Úvod, čo sa vlastne stalo a prečo píšem tento článok

 

V najväčšej československej vape skupine sa nedávno objavila kauza, v ktorej zákazník kritizoval monočlánky SONY VTC5A z e-shopu VAPEKLUB a to nasledovným statusom:

 

K tomuto statusu sa samozrejme strhla vlna komentárov, v ktorých sa udialo niekoľko ďalších zásadných vecí:

1. niektorí užívatelia kritizovali prístup zákazníka z hľadiska metrológie – ako si nato prišiel? meral si to? máš nejaké dáta?
2. v komentároch sa objavil online tool na zisťovanie veku batérií a podľa tohto toolu boli dotknuté batérie vyrobené v roku 1992
3. komentár zákazníka, ktorým objasnil svoje tvrdenie, prečo si myslí, že batériu majú horšiu kapacitu (použitie „certifikovanej nabíjačky“, atď…)

 

Po zistení, že batérie sú údajne vyrobené v roku 1992, boli okamžite stiahnuté z predaja. Z komunikácie s európskym dodávateľom batérií ale vyplynulo, že tool na zisťovanie veku je nedorobok, ktorý poskytuje mylné údaje. Dotknuté batérie Sony VTC5A, ktoré VAPEKLUB predáva, boli vyrobené koncom roka 2018, a nie v roku 1992, ako nedomyslený program tvrdí. Abeceda číslovania batérií SONY totiž ide od A po Z podľa roku výroby, a po Z nasleduje opäť A. Na to program nemyslel. Vysvetlenie systému číslovania batérií nájdete na tomto linku.

Ako metrológ z povolania naozaj oceňujem prístup užívateľov, ktorí by okrem tvrdenia zákazníka v statuse radi videli aj nejaké čísla a fakty, ktoré by jeho tvrdenia podporili. Na pretras sa dostala „smart“ nabíjačka Golisi S4 2.0A na ktorej výsledkoch boli pravdepodobne vyslovené domnienky o nekvalite batérií Sony VTC5A.

 

Napriek tomu som však žiadne konkrétne čísla nevidel. Z tvrdenia zákazníka ale jednoznačne usudzujem, že pomocou uvedenej nabíjačky nameral menšiu kapacitu batérií, ako udáva nominálna hodnota (2600mAh) uvádzaná výrobcom. V úvode nemá zmysel zachádzať do podrobností, ale v texte sa určite vrátim aj k tejto nabíjačke a jej funkcii merania kapacity batérie.

Okrem dodávateľa batérií Ďula kontaktoval aj najväčšieho guru v odbore vape batérií, samotného Moocha, so žiadosťou o radu  ohľadom výberu zariadenia na meranie kapacity batérie. Na trhu sú totiž okrem „smart“ nabíjačiek aj špecializované zariadenia na meranie kapacity batérie, ktoré sa pohybujú v cenových reláciach od desiatok po stovky eur. Podľa Moocha sa však ani relatívne drahšie (50 eur) nabíjačky/vybíjačky nedajú považovať za hodnoverný spôsob merania kapacity batérie.

 

Preto bolo potrebné na overenie kapacity batérie vymyslieť iný spôsob, čo viedlo k zostrojeniu vlastného jednoduchého meracieho reťazca na meranie kapacity batérie. Princíp jeho fungovania a ďalšie detaily rozoberiem v nasledujúcich odsekoch.

Motiváciu k napísaniu tohto textu som v sebe dlho hľadať nemusel. Predovšetkým sa mi nepáčilo ničím nepodložené obvinenie na kvalitu tovaru vo VK, ktoré bolo zdieľané v skupine s veľkým počtom užívateľov, v druhom rade som sa tešil na zaujímavú výzvu a skúšku mojich technických znalostí a získanie nových vedomostí. Samozrejme ma trochu vyprovokoval aj štýl, ktorým bol tento status napísaný, pretože podľa žmurkajucého emotikona v kombinácii so slovom zľava si o sebe zákazník myslel, že je SHERLOCK a odhalil nejakú brutálnu konšpiráciu.

Tento článok bude na pomery VK nezvyčajne dlhý, tak mi to snáď prepáčite a dočítate to až do konca. Možno sa aj vy niečo nové naučíte. Kedže sa v odbore „elektro“ ani zďaleka nepovažujem za odborníka, bol by som rád, ak by ste mi v prípade nejakého omylu alebo nezmyslu ktorý som tu napísal, zanechali dole pod článkom komentár. Nikto nie je neomylný a ja sa vždy rád niečomu novému priučím.

---

 

Meranie kapacity batérií SONY VTC5A

 

Ak sa vám nechce celý článok čítať do konca a radi by ste vedeli ako test dopadol, môžem vám veľmi rýchlo a stručne oznámiť, že všetky testované batérie majú svoje charakteristiky porovnateľné s údajmi, ktoré výrobca uvádza v technickej príručke k batériám. Nie je teda dôvod na obavy o kvalite batérií SONY VTC5A predávaných na VAPEKLUB-e. V ďalších podkapitolách sa budem bližšie venovať problematike merania kapacity batérií, od počiatočných podmienok, cez zostrojenie meracieho reťazca, až po vyhodnotenie výsledkov výpočtom aj graficky.

---

Podklady pre meranie, alebo z čoho som pred meraním vychádzal

Ako každé iné elektro zariadenie, aj batérie majú svoje technické príručky (datasheet-y, resp. katalógové listy), kde sú zvyčajne uvedené základné parametre daného zariadenia. Kedže technická príručka k batériám SONY VTC5A je na pomery tohto článku rozsiahla a obsahuje dôležité informácie, odporúčam si ju stiahnuť na tomto linku, pretože s ňou budeme počas tohto článku ďalej pracovať.

 

Objektom merania je, ako som už niekoľkokrát spomínal, batéria SONY VTC5A s nominálnou kapacitou 2600mAh. V tabuľke vľavo (strana 2 – Performance) je možné vidieť, že reálne nameraná kapacita batérie je za meniacich sa podmienok rôzna a určite nižšia ako nominálna. Pod rôznymi podmienkami v tomto prípade myslím zaťažujúci prúd, pod ktorým bola batéria vybíjaná. Ako je možné vidieť v tabuľke, reálne nameraná kapacita výrobcom sa pohybuje niekde v rozmedzí od 2500 – 2524 mAh (meranie prestáva pri napätí 2V, resp. 2,5V pri teplote 23°C). Analogicky, pri kúpe napr. 1TB HDD reálne nemôžete využiť celú jeho nominálnu kapacitu, čo rovnako platí aj pri batériách, no zákonitosti ktoré to spôsobujú sú zložitejšie a záleží na mnohých premenných.

Pre potreby ďalšieho postupu merania nás bude z tejto tabuľky zaujímať ešte jedna hodnota a to konkrétne „Charge Up Voltage“, ktorá udáva napätie batérie pri jej plnom nabití, v prípade VTC5A je to teda 4,2±0,05V.

 

 

Ďalšie zaujímavé a podstatné informácie nájdeme v technickej príručke na stranách 4 a 5 v podobe grafu. Oba grafy reprezentujú vybíjaciu charakteristiku batérie pod zaťažením.

Graf na strane číslo 4 zobrazuje závislosť kapacity batérie na veľkosti zaťaženia, ktoré batériu vybíja. Z grafu vyplýva, že pri akomkoľvek vybíjacom prúde (zaťažení) sa kapacita batérie pohybuje zhruba v rozmedzí 2400 – 2600 mAh. Meranie bolo vykonávané za nasledujúcich podmienok: teplota prostredia 23°C, vybíjacie prúdy – 0,5A; 2,5A; 10A; 20A; 30A; a cut off napätie 2,5V – napätie batérie, pri ktorom sa skončí jej vybíjanie.

---

 

Graf zo strany 5 ukazuje niekoľko ďalších závislostí, nás ale najviac zaujíma závislosť pokelsu napätia batérie v závislosti na využitej kapacite pri rôznych vybíjacích prúdoch. Z grafu vyplýva, že pri rôznych vybíjacích prúdoch sa vybíjacia krivka mení a kapacita batérie dosahuje rôzne hodnoty, povedzme že znova zhruba v rozmedzí od 2400 do 2600 mAh.

 

 

 

---

Pozn. 1 – Z grafov teda vyplýva, že kapacita batérie je mimo iné závislá aj na veľkosti prúdu, ktorý ju vybíja. Preto sa batérie môžu aj pri nenápadnej zmene buildu chovať trochu inak, ako ste boli zvyknutý.

Pozn. 2 – Ak nabíjate vaše 18650 (alebo iné) batérie v externej nabíjačke s displayom, určite ste si všimli, že batéria, ktorá Vám už v mode nechce „dávať štavu“ má napätie (naprázdno) niekde na úrovni 3 – 3.2V, čo majú na svedomí ochranné obvody v modoch, ktoré vás z dôvodu ochrany voči podbitiu batérie ďalej nepustia. Kapacita batérie uvedená výrobcom bola ale meraná až pri vybití batérie na úroveň 2,5V. K tejto poznámke sa vrátim ku koncu textu, kde budem vysvetľovať pravdepodobné nedorozumenie spojené s meraním kapacity v nabíjačke Golisi.

Pre zhrnutie, počiatočné podmienky pre moje meranie, vyplývajúce z technickej príručky sú:

---

 

Príprava merania

Z celej zásielky „údajne vadných“ batérií som dostal náhodne vybraných 8 kusov, z ktorých som si pre potreby merania znova náhodne vybral 5 z nich, ktoré podstúpili experiment. Batérie som pomocou externej nabíjačky s displayom LiitoKala Lii-202 dobil na úroveň „full“. Pomocou ručného digitálneho multimetra Metex M-4460M som potom zmeral napätie každého článku po dobití. Namerané hodnoty sú zobrazené v tabuľke nižšie. Z nameraných údajov v tabuľke vyplýva, že napätie všetkých testovaných monočlánkov bolo v tolerancii, ktorú určuje technická príručka k batériám.

 

 

---

 

Merací reťazec

Východiskom pre skonštruovanie vlastného zariadenia na meranie kapacity batérie je jednotka, v ktorej je kapacita batérie zvyčajne udávaná (mAh, resp. Ah). Hodnota kapacity udávaná v mAh (napr. batéria s kapacitou 1000 mAh) hovorí o schopnosti batérie dodávať učitý prúd (1000 mA) po nejakú dobu (1 hodina). Ak by sme tú istú batériu (1000mAh) zatažili prúdom 2000mA, dodávala by tento prúd po dobu 30 minút. Z toho samozrejme vyplýva jednoduchý vzťah pre výpočet kapacity batérie:

čas(h) x konštantný prúd (mA) = kapacita (mAh)

Zariadenie, ktoré sme potrebovali skonštruovať teda muselo spĺňať minimálne dve podmienky – zabezpečiť konštantný odber prúdu a schopnosť zaznamenať čas od začiatku vybíjania batérie až po jej úplné vybitie. Aby však moje meranie bolo porovnateľné s meraním výrobcu batérií, bolo potrebné do meracej sústavy zaviesť isté riadenie, ktoré by dokázalo vypnúť vybíjanie pri konkrétnej hodnote napätia zaťaženej batérie – 2,5V. Na obrázku nižšie sa nachádza celý merací reťazec, popis jednotlivých súčastí sa nachádza pod obrázkom.

 1 – meraná batéria SONY VTC5A uložená v slote pre batérie
2 – prúdová sonda k osciloskopu
3 – obvod s rezistormi
4 – Arduino
5 – multimeter
6 – osciloskop

Princíp fungovania je jednoduchý. Batéria 18650 (1) je vybíjaná konštantným prúdom, ktorý zabezpečuje obvod s rezistormi (3), ktorý je napájaný klasickou 9V batériou. Mikrokontroler Arduino slúži na prenos dát (aktuálne prúdové zaťaženie a zostávajúce napätie batérie, čas merania) do PC. Prúdová sonda s osciloskopom (2, 6) a multimeter (5) slúžia ako sekundárne kontrolné meradlá pre overenie presnosti dát z Arduina.

---

 

Realizácia merania

Merania jednotlivých batérií som realizoval približne 24 hodín od ich dobita, preto som ešte pred ich pripojením na záťaž znova odmeral ich napätie. Výsledok merania je zobrazený v tabuľke nižšie. Z uvedenej tabuľky vyplýva, že v priebehu približne 24 hodín došlo k poklesu napätia batérií, jeho hodnota je ale zanedbateľná. V najhoršom prípade – batéria č. 1 – došlo k úbytku napätia 0,03V, čo v porovnaní s nominálnym napätím nabitej batérie (4,2V) činí pokles o zanedbateľných 0,7% po zaokrúhlení.

 

Po premeraní napätia každého monočlánku teda bolo možné realizovať samotné meranie. Program nahraný v mikrokontroleri mal za úlohu zapisovať hodnoty aktuálneho prúdového zaťaženia a zostávajúce napätie batérie každých 5 sekúnd. Hodnoty boli zapisované do txt súboru, ktorý som ďalej použil ako podklad pre ďalšie výpočty v Exceli. Na nasledujúcom obrázku je screenshot z Excelu s popisom významu jednotlivých stĺpcov. Súbor údajov je samozrejme pre potreby screenshotu zmenšený.

 

 

Stĺpce A – D reprezentujú údaje získané z Arduina:
A – aktuálny čas
B – aktuálne napätie batérie
C – aktuálny prúd odoberaný z batérie
D – stav vybíjania batérie (0 – nevybíja, 1 – vybíja)

Stĺpce E – G reprezentujú výpočty potrebné k určeniu kapacity jednotlivých meraných monočlánkov:
E – čas od počiatku vybíjania batérie až po jeho ukončenie (s)
F – čas od počiatku vybíjania batérie až po jeho ukončenie (h)
G – časový prírastok medzi zaznamenaním údajov (s)
H – časový prírastok medzi zaznamenaním údajov (h)
I – čiastková odobraná kapacita z batérie v každom meranom intervale (mAh)
J – kapacita odobraná z batérie od začiatku merania až po jeho koniec (mAh)

Riadky 504 – 506 reprezentujú vypočítané hodnoty:
A/C – priemerný hodnota prúdu počas celého procesu vybíjania batérie (mA)
E/F – kapacita batérie vypočítaná metódou 1
H/I – kapacita batérie vypočítaná metódou 2

---

 

Vyhodnotenie merania

Ak sa teda vrátime v texte trochu vyššie, vzorec na výpočet kapacity stále platí ako, čas(h) x konštantný prúd (mA) = kapacita (mAh), za podmienky, že sme pri meraní batériu vybíjali konštantným prúdom. Ako ale vyplýva z údajov, ktoré som získal z Arduina, prúd sa v čase mení – od začiatku merania až po jeho koniec približne 0,4A. Okrem iného to spôsobuje aj zahriatie obvodu s rezistormi, ktorým sa odpor jemne mení so zmenou ich teploty. Keďže bola ale táto zmena nepretržite sledovaná, nebude zložité kapacitu dopočítať. V tomto bode vyhodnocovania mám v podstate dve možnosti:

1. z priebežných nameraných hodnôt prúdu vypočítať aritmetický priemer, ktorý vynásobím časom trvania vybíjania batérie, teda
   čas(h) x priemerný prúd (mA) = kapacita (mAh)

2. alebo vynásobiť všetky čiastkové prúdy s čiastkovým časom, teda spočítať odobranú kapacitu počas každých piatich sekúnd a spraviť celkový súčet

Výsledok merania všetkých batérií nájdete v tabuľke nižšie. Oboma spôsobmi výpočtu sme sa dostali k rovnakému výsledku celkovej kapacity testovaných batérií. Keď si tieto údaje porovnáme s údajmi z technickej príručky k batériám, vidíme, že vypočítané hodnoty sa nachádzajú v rozmedzí nameraným výrobcom. Najhoršie v teste dopadla batéria číslo 3, čo sa vzhľadom na jej najmenšiu hodnotu napätia pred meraním dalo očakávať. Závislosť poklesu napätia batérie v závislosti na využitej kapacite batérie (Discharge Load Characteristics) zas zobrazuje graf pod tabuľkou.

 

 

Podľa teórie merania by každý výsledok merania mal zahŕňať aj neistotu merania, čo je istý interval hodnôt, v ktorom sa, ľudovo povedané, nachádza „správny výsledok“. Zdroje neistôt merania môžu byť rôzne – v tomto prípade minimálne

1. teplota pri meraní, ktorá nebola žiadnym spôsobom sledovaná,
2. nepresnosť meracích zariadení

Pri opise meracieho reťazca som spomínal prúdovú sondu s osciloskopom a multimeter ako kontrolné zariadenia k údajom presnášaným z Arduina. Rozdiel medzi údajmi prúdiacimi do PC a údajmi na meradlách bol približne 0,03V a o,03A. Oproti nominálym hodnotám týchto veličín je to zanedbateľný rozdiel. Konkrétnu hodnotu neistoty merania nie je z časového hľadiska pre účely tohto článku efektívne počítať pre účely tohto článku. Dovolím si teda urobiť hrubý odhad a neistotu výsledku merania odhladnúť na maximálne ±5%.

---

 

Bonus

Ako som sľúbil, rád by som sa ešte vrátil ku kauze nabíjačka. Jedným z tvrdení, prečo sú údajne batérie z VK vadné, bolo, že boli premerané na nabíjačke, ktorá dokáže merať aj kapacitu a nameraná hodnota bola pravdepodobne nižšia, ako užívateľ očakával. Ako som už ale spomínal v poznámke vyššie, mody zvyknú batériu stopnúť niekde pri 3 – 3,2V, čo si môžete ľahko overiť tak, že vložíte batériu do nabíjačky s ukazovateľom napätia. Pri meraní kapacity batérie sme vybíjali batériu „konštantným prúdom“ po určitú dobu, z čoho sme vypočítali celkovú kapacitu batérie. Predpokladám, že nabíjačka s funkciou merania nabitej kapacity funguje na presne opačnom princípe. Pri nabíjaní vieme zvoliť konštantný nabíjací prúd a novšie „smart“ nabíjačky už pravdepodobne vedia merať aj čas nabíjania. Na základe týchto parametrov nabíjačka vypočíta nabitú kapacitu.

Ak sa zadívate na graf vyššie, môžete z neho vyčítať, že pri napätí 3V batéria dokázala dodať približne 2200 – 2300 mAh, čo je oproti nominálnej hodnote podstatne nižšie číslo. Aby som sa dostal k presnejším číslam, batériu 1 a 2 som premeral znova, tentokrát s cut – off napätím 3V. Výsledok tohto merania môžete vidieť na grafe nižšie. V prípade batérie číslo 1 som nameral kapacitu približne 2193 mAh, v prípade batérie číslo 2 to bolo približne 2237 mAh, čo je oproti nominálnej hodnote 2600 mAh už podstatne menej.

---

 

Záver

Batérie SONY VTC5A predávané na VK sú teda naozaj v poriadku a vykazujú všetky charakteristiky zhodné s technickou príručkou od výrobcu, čo dokazujú namerané hodnoty. Panika, ktorá vznikla ohľadom ich kvality bola ničím nepodložená kačica. Pre každého podnikateľa je veľmi dôležité dostávať feedback od svojich zákazníkov, či už pochvalu, alebo kritiku. Kritika by však mala byť konštruktívna a podložená nejakým reálnym faktom, čo v tomto prípade zákazník zanedbal. Ak ste tento článok dočítali až sem, chcem sa vám veľmi poďakovať a pripájam ešte niekoľko slov od Ďulu:

Ja by som rád dodal, že žiaden tovar na e-shope NIE JE vadný ani pochybný, a zľava neznamená nižšiu kvalitu. A pokiaľ mám takú vedomosť, NEriešim to len zľavou a mlčaním. Oznámim to jasne v popise produktu, alebo na našej FB stránke, či priamo zákazníkovi, kým balíček odíde. Alebo ho proste stiahnem z predaja a darujem, prípadne ponúknem vo FB skupine formou bazáru.

Zľavy dávam preto, aby bola zábava, aby som vám uľahčil rozhodovanie, keďže zľavy sú vždy dočasné. Sám viem, keď si vyberám niečo v potravinách, a som nerozhodný, tak siahnem po tom, čo je akurát v zľave. Pri arómach a liquidoch môže byť zľava kvôli blízkej expirácii, ale to tiež oznamujem pri propagácii zľavy aj s konkrétnym dátumom expirácie. Nie som žiaden vekslák a je o mne známe, že pri prvom-druhom probléme mením dodávateľa.

Nechcem sa opúšťať,  ale celkovo beriem trochu emocionálne, keď niekto šliape po poctivej práci. Verím, že tento konkrétny prípad bol omylom a nevedome (hoc sa v diskusii akosi rýchlo objavili aj „známe firmy“), no existujú aj ľudia, ktorí to robia cielene. Nemôžem však ku každej kauze písať článok a tak mi ostáva len veriť v tých rozumných, ktorí majú uši, oči i myseľ otvorenú. A presne takým chcem rozdávať kvalitné myšlienky a predávať kvalitný tovar.

Ďakujem vám a ďakujem hlavne Vapernestovi za tento vyčerpávajúci výskum a článok, ktorý nás zbavil akýchkoľvek pochybností. Môžete nás podporiť komentárom alebo nákupom na e-shope.