Измерение внутреннего сопротивления аккумулятора: Измерение сопротивления

внутреннее сопротивление аккумулятора как измерить

Внутреннее сопротивление это одна из важнейших характеристик аккумулятора. Чем меньше этот показатель, тем больший ток аккумулятор способен отдавать в нагрузку.

Если взять два аккумулятора одинаковой ёмкости с разным внутренним сопротивлением и разрядить их на одинаковую мощную нагрузку, энергии на нагрузке выделится не одинаковое количество. Часть энергии выделится на аккумуляторе в виде тепла. Аккумулятор с бОльшим внутренним сопротивлением будет греться больше и отдаст меньше энергии. При сборке аккумуляторной батареи также важно подобрать элементы по внутреннему сопротивлению, как и по ёмкости, чтобы добиться максимально эффективной работы.

Как внутреннее сопротивление влияет на производительность аккумулятора.

Схема из аккумулятора и резистора, как на рисунке выше поможет объяснить то, для чего мы здесь собрались.

Напряжение аккумулятора U=3,7 В, ёмкость 3 А/ч (для упрощения расчетов аккумулятор будет выдавать на всём протяжении разряда одинаковое напряжение

), сопротивление резистора Rнагр=1 Ом. Условно представим что они соединены идеальными проводами с нулевым сопротивлением. Сопротивление амперметра также нулевое. Сопротивление вольтметра бесконечно велико. То есть амперметр, вольтметр и провода никаких влияний на нашу цепь не оказывают. Ток течет только через аккумулятор и нагрузку.

По закону Ома сила тока в цепи должна быть I=U/Rнагр, то есть 3,7/1=3,7А, но амперметр покажет меньший ток, к примеру 3 ампера. Это произошло из-за того, что в цепи есть ещё одно сопротивление – сопротивление аккумулятора. Идеальных источников тока, как и идеальных проводов, амперметров и других вещей в реальности не бывает.

Мы можем найти это сопротивление используя тот же закон Ома:

Rвн=U/I-Rнагр=3,7/3-1=0,23 Ом

А теперь посчитаем сколько мощности выделится на аккумуляторе в виде тепла за 1 час (за такое время он отдаст весь заряд):

P=I² *Rвн=3*3*0,23=2,07 Вт

На резисторе в то же время выделится:

3*3*1=9 Вт, (а могло бы быть, в случае с идеальным аккумулятором – 3,7*3,7*1=13,69 Вт)

Общий выход мощности на аккумуляторе и нагрузке составит Pобщ=2,07+9=11,07 Вт

Учитывая то, что в ячейке 18650 может быть запасено около 9 – 12,5 Вт энергии, из которых 2 Вт уйдут в нагрев, перспектива использования оказывается непривлекательной.

Аккумулятор будет перегреваться. В реальных условиях аккумулятор с таким большим внутренним сопротивлением уже пора отправить на покой, либо разряжать низким током. Например при разряде током 1А картина будет немного лучше:

P=I² *Rвн=1*1*0,23=0,23 Вт, за время полного разряда (3А/ч израсходуется за 3 часа) 0,23*3=0,69 Вт

Такой ток будет в цепи с нагрузкой сопротивлением Rнагр=3,47 Ом

и на нагрузке мощности выделится уже больше:

P=I² *Rнагр=1*1*3,47=3,47 Вт, за 3 часа – 3,47*3=10,41 Вт (вместо 9 как прошлый раз)

В сумме получим такую же общую мощность Pобщ=0,69+10,41=11,1 Вт (погрешность в 0,03 Вт получилась из-за округления при расчетах)

Именно из за этого необходимо учитывать внутреннее сопротивление аккумулятора и чем мощней нагрузка, тем оно должно быть ниже для эффективной и безопасной работы.

Более реалистичные сопротивления у современных среднетоковых литий ионных аккумуляторов, например формата 18650 составляет порядка 40 мОм (милли Ом), у высокотоковых – менее 30 мОм.

Измерение внутреннего сопротивления.

Существует несколько методик измерения внутреннего сопротивления. Две из них прописаны в ГОСТ Р МЭК 61960-2007. Перед замером любым из приведенных ниже методов аккумулятор должен быть полностью заряжен. Испытания проводятся при температуре 20±5ºC.

Измерение внутреннего сопротивления методом переменного тока (а.с.)

С помощью этого метода измеряется импеданс, который на частоте 1000 Гц приблизительно равен сопротивлению.

Электрический импеданс (комплексное электрическое сопротивление) (англ. impedance от лат. impedio «препятствовать») — комплексное сопротивление между двумя узлами цепи или двухполюсника для гармонического сигнала.

Описание методики из ГОСТ

В течение одной – пяти секунд измеряем среднеквадратичное значение переменного напряжения Urms, возникающего при прохождении через аккумулятор переменного тока со среднеквадратичным значением Irms , следующего с частотой 1000 Гц. Внутреннее сопротивление Ra.c., Ом рассчитываем по формуле Ra.c.= Urms / Irms .

Irms (rms – Root Mean Square – среднеквадратичное значение).

Переменный ток должен иметь такое значение, чтобы пиковое напряжение не превышало 20 мВ.

Этот метод сложно воплотить в домашних условиях без специального оборудования. Популярный прибор YR1035 отлично справляется с измерениями с точностью 0,01 мОм. Зарядные устройства SKYRC MC3000 ,Opus BT-C3100V2.2, Liitokala Lii-500 также измеряют методом АС, но весьма с посредственной точностью.

Измерение внутреннего сопротивления методом постоянного тока (d.c.)

Этот метод возможно выполнить в домашних условиях с помощью обычных вольтметра и амперметра и пары подходящих нагрузочных сопротивлений. В качестве сопротивлений вполне можно использовать несколько автомобильных ламп накаливания или импровизированный резистор из нихромовой проволоки.

Описание метода из ГОСТ

• Разряжаем аккумулятор постоянным током I1= 0,2 Iн. На десятой секунде измеряем значение напряжения U1 на клеммах аккумулятора.
• Увеличиваем разрядный ток до значения I2=Iн. На следующей секунде измеряем значение напряжения U2 на клеммах аккумулятора.

Внутреннее сопротивление Rd.c., Ом рассчитываем по формуле Rd.c. = (U1-U2)/(I2-I1)

• Iн – номинальный ток разряда аккумулятора.

Схема для измерения внутреннего сопротивления по методике постоянного тока (d.c.)

Сопротивление R1 и R2 подбирается таким образом, чтобы протекали токи I1 и I2 нужной величины. Ориентироваться нужно на номинальный разрядный ток аккумулятора.

Вольтметр необходимо подключать непосредственно на полюса источника, чтобы исключить влияние от падения напряжения на проводах .

От чего зависит внутреннее сопротивление аккумуляторов.

Производство.

Изначально, на этапе производства аккумуляторов этот параметр конечно заложен в “рецепт”. Ячейка может быть либо мощной и отдавать большой ток (низкое внутреннее сопротивление), либо более энергоёмкой. При условии одинаковых прочих составляющих (компонентов электродов, химии электролита итд.) в более ёмких ячейках необходима бОльшая площадь обкладок. И для того, чтобы эта конструкция уместилась в предоставленный объём, необходимо эти обкладки сделать тоньше. И наоборот. Тонкие обкладки естественно имеют большее сопротивление.

Также влияют и расстояние между электродами, толщина и вещество их обмазки, толщина сепаратора, химия электролита и множество других факторов. Из-за производственного брака ячейки, сделанные по одному “рецепту” могут отличаться как по внутреннему сопротивлению, так и по ёмкости, сроку жизни итд. Из-за длительного и неправильного хранения по пути к потребителю качество также страдает.

Эксплуатация.

Rвн изменяется в зависимости от степени заряженности аккумулятора. При низком и высоком уровне заряда растёт, в среднем – минимально.

Температура электролита (чем холоднее тем выше сопротивление). При отрицательных температурах большинство литий-ионных и литий-полимерных ячеек на столько увеличивают внутреннее сопротивление, что использовать их становится невозможно. Литий-железо-фосфатные и литий-титанатные при таких условиях ведут себя гораздо лучше.

Также в процессе эксплуатации, по мере износа элемента Rвн будет увеличиваться.

Похожее

Внутреннее сопротивление химических источников тока и его измерение — Компоненты и технологии

Внутреннее сопротивление химических источников тока (ХИТ) — параметр, на который
многие пользователи не обращают внимания. Однако его величина существенно влияет
на работоспособность устройств с автономным питанием.

Многие радиостанции получали питание
от батарей, состоящих из никель-кадмиевых аккумуляторов емкостью 700 мА.ч (ти-
поразмер АА).

При замене деградировавшей батареи пользователь часто выбирает современные никель-металлгидридные аккумуляторы того же типоразмера, емкость которых достигает 2000–2200 мА·ч. Однако может оказаться, что продолжительность работы новых
батарей (особенно при низкой температуре) значительно меньше ожидаемой. И объясняется это более

высоким внутренним сопротивлением новых аккумуляторов, из-за чего при большом энергопотреблении в режиме передачи радиостанция отключается, хотя ее емкость еще не исчерпана.

Напряжение химического источника тока при разряде может быть записано в виде уравнения

U = НРЦ – IR = НРЦ – I (R_Ω + R_пол),

где I — разрядный ток, R — полное сопротивление
ХИТ, R_Ω — чисто омическое сопротивление, определяемое сопротивлением токоподводящих деталей
электродов, их активных масс и сопротивлением электролита, R_пол — поляризационное сопротивление,
отражающее скорость электрохимических реакций.
Сопротивление R_пол представляется сложной эквивалентной схемой, содержащей емкость двойного
электрического тока, активное сопротивление переноса заряда и RС-цепочки, отражающие диффузионное сопротивление, адсорбционные процессы
и другие особенности электрохимического процесса. Оно зависит от тока разряда.

Для оценки сопротивления ХИТ может использоваться регистрация его отклика на подачу импульса
постоянного тока и на воздействие переменного тока в некотором диапазоне частот.

В первом случае при анализе отклика ХИТ на импульс постоянного тока можно оценить составляющие его полного сопротивления: на R_Ω происходит
мгновенное изменение напряжение, R_пол обеспечивает экспоненциальное изменение напряжения ХИТ
до его нового стационарного состояния. Аппаратура для таких измерений достаточно проста, проблема состоит только в способе и скорости регистрации
отклика, а также в задании продолжительности периода регистрации.

Регистрация отклика на переменный синусоидальный сигнал дает более детальное представление о поляризационном сопротивлении и позволяет оценить
все его составляющие. Отклик обычно представляется в виде годографа импеданса (на плоскости в координатах действительной и реактивной составляющих полного комплексного сопротивления).

Измерения производятся при последовательном
тестировании на разных частотах из диапазона от десятков килогерц до сотых долей герца. Тестовый сигнал должен быть очень малым, что приводит к очень
сложной аппаратурной реализации метода и делает
его исключительно лабораторным.

Оценка внутреннего сопротивления ХИТ

как одной из его электрических
характеристик

В настоящее время характеристика внутреннего
сопротивления (импеданса) ХИТ должна обязательно включаться в список его технических характеристик. Стандарт МЭК и отечественный ГОСТ разрешают использовать оба описанных ранее метода измерения. Но они приводят к разным величинам
параметра и необходимо понять, можно ли сравнивать характеристики сопротивления аналогичной
продукции отечественных и зарубежных производителей.

Величина импеданса ХИТ, которая дается в каталогах зарубежных производителей, оценивается при измерениях на переменном токе частотой 1000 ±100 Гц
(в течение 1–5 с). Сопротивление вычисляется по формуле

R₁₀₀₀ Гц = U_—/I_—;,

где I_~и U_~ — переменный ток и напряжение с откли-
ком на него источника тока. Переменный ток выбирается так, чтобы пиковое значение напряжения
не превышало 20 мВ. Для широкого спектра
источников тока величина R₁₀₀₀ Гц соответствует их омическому сопротивлению RΩ.

В России характеристика внутреннего сопротивления ХИТ обычно измеряется при подаче импульса постоянного тока. Оценивается величина сопротивления

R= (U₁–U₂)/(I₂–I₁)  (1)

где U₁ и U₂ — напряжение, которое регистрируется после пропускания тока I₁ и I₂ соответственно в течение регламентированных интервалов времени τ 1 и Τ 2. В таблице указаны эти параметры для источников тока разных электрохимических систем.

Таблица

При такой методике измеренная величина
включает кроме R_Ω еще и поляризационное
сопротивление. Она заметно больше величины R₁₀₀₀ Гц. А так как стационарное состояние
источника тока к моменту Τ
2 может и не до-
стигаться, эта величина не всегда характеризует и полное сопротивление источника тока.

Использование параметра

внутреннего сопротивления
при отработке технологии
изготовления источников тока
и диагностике их состояния

Измерения внутреннего сопротивления ХИТ
могут быть использованы разработчиками при
отработке технологии их изготовления. В этом
случае наиболее полезной является информация о сопротивлении R_Ω, так как она дает возможность лучше выявить все зависимости
между конструктивными и технологическими
параметрами и конечными характеристиками
изделия. Такая информация помогает быстрее
выбрать лучший сепарационный материал, определить допуски при дозировке электролита,
оценить плотность сборки.

Для диагностики технического состояния
ХИТ (степени разряженности, степени деградации, состояния после длительного хранения) в зависимости от природы источников
тока разных электрохимических систем полезной может быть информация и об омическом сопротивлении, и о поляризационном.

У герметичных источников тока с водным
электролитом (щелочных и свинцово-кислотных) осушение сепаратора в результате разбухания электродов и некоторых потерь воды,
изменение плотности сборки электродов и деформация аккумуляторов в результате повышенного давления приводят к увеличению
омического сопротивления. У литиевых источников тока этот эффект выражен меньше, а изменение поверхностной анодной пленки сказывается на поляризационном сопротивлении.

К сожалению, изменения параметров внутреннего сопротивления ХИТ в литературе обычно описывают только качественно.
Из-за большого спектра используемых в разных приложениях источников тока, разнообразия их конструкций и технологий изготовления диагностика состояния ХИТ по величине их внутреннего сопротивления может стать
возможной лишь при накоплении данных относительно конкретных источников тока [1],
так как:

• разброс R_Ω свежеизготовленных ХИТ конкретного типа может быть соизмерим с изменением RΩ этого источника тока в процессе разряда; это в наибольшей степени касается отечественных аккумуляторов;
• разброс внутреннего сопротивления аккумуляторов ведущих зарубежных компаний, таких как SAFT, SANYO, PANASONIC, обычно не превышает 20%;
• изменения R_Ω при изменении степени разряженности зависят от типа источника тока и его емкости;
• изменения R_Ω при изменении степени разряженности и степени деградации различны у разных производителей;
• диагностика литиевых источников тока по их внутреннему сопротивлению затруднена из-за быстрой пассивации анода, а разброс сопротивления пассивной пленки значительно увеличивается со временем хранения.

Возможности диагностирования состояния
литий-ионных аккумуляторов изучены плохо, но известно, что их омическое сопротивление в процессе разряда увеличивается мало,
а пассивация их анодов разного состава соизмерима с пассивацией металлического литиевого анода в литиевых элементах.

Из сказанного следует, что определение состояния источника тока с неизвестной предысторией эксплуатации весьма проблематично.
Однако при периодическом измерении R_Ω
ХИТ в процессе эксплуатации (при одинаковой высокой степени заряженности и температуре) можно прогнозировать его работоспособность. Обычно источники тока считаются работоспособными до тех пор, пока их
фактическая разрядная емкость С_раз не станет
менее 60–50% от номинальной емкости (С_н).
Зависимость С_раз и омического сопротивления в пределах этого периода эксплуатации
достаточно точно описывается эмпирическим
уравнением

С_раз R_Ω = const

Поэтому, измерив омическое сопротивление
R_Ω используемого источника тока в начале эксплуатации, при периодических последующих
его измерениях можно с достаточной точностью предсказывать реальную емкость ХИТ.
И эта процедура занимает всего несколько секунд. Измерения сопротивления возможны
и на работающих в буферном режиме батареях.

Выявление момента ускорения деградации
источников тока позволяет своевременно принять меры по восстановлению их работоспособности или замене.

По скорости изменения сопротивления в течение срока службы можно судить и о правильности условий эксплуатации.

Сравнение величин R_Ω аккумуляторов в составе батареи можно использовать для быстрого выявления «слабых». Деформация аккумуляторов или высыхание сепаратора приводит
к значительному увеличению сопротивления
относительно среднего его значения для всех
аккумуляторов батареи.

Аппаратура для измерений внутреннего сопротивления источников тока

В России до настоящего времени стандартизованной аппаратуры для измерений внутреннего сопротивления ХИТ на постоянном
токе нет. А аппаратура для импедансных исследований очень дорога и используется только в исследовательских центрах.

Измерения сопротивления источников тока, которые реализованы в зарубежной диагностической аппаратуре для ХИТ небольшой
емкости, привязаны к методике измерений
на постоянном токе, но обычно не к стандарту, и потому разрешают вопрос только сравнительных испытаний однотипных источников тока.

В настоящее время, когда стала обязательной оценка характеристики внутреннего сопротивления выпускаемых источников тока,
и вопросы диагностирования технического состояния массовой продукции требуют решения, необходима аппаратура, достаточно простая и универсальная, доступная как компаниям, производящим источники тока, так
и сервисным службам.

В ООО «Мегарон» разработан тестер-анализатор внутреннего сопротивления химических источников тока, который осуществляет измерения сопротивления как постоянному току, так и переменному частотой 1 кГц.

Технические характеристики:

Внешний вид тестера показан на рисунке.

Рисунок. Тестер для измерения внутреннего сопротивления источников тока

Временная диаграмма соответствует ГОСТу
на щелочные аккумуляторы.

Омическое сопротивление, а также импеданс на частоте 1000 Гц измеряются в гальваностатическом режиме при токе разряда I₁ в течение первых десяти секунд. За это время производится несколько измерений с усреднением результатов. Полное сопротивление вычисля-
ется в соответствии с формулой (1). Поляризационное сопротивление вычисляется как
разница полного и омического сопротивлений.

Тестер обеспечивает точные измерения омического сопротивления и сопротивления на частоте 1000Гц, а полное и поляризационное сопротивления вычисляются при токах меньше
регламентированных, однако и эти параметры
могут использоваться для сравнительных оценок однотипных источников тока.

Результаты измерений (НРЦ, величины
омического сопротивления, поляризационного и полного, импеданса при 1000 Гц) считываются поочередно с 4-разрядного дисплея.

Разработан измеритель позволяющий работать автономно и совместно с компьютером.

При подключении к компьютеру имеются
дополнительные возможности:

• Автоматическая регистрация и сохранение параметров ХИТ.
• Ведение базы обслуживавшихся ХИТ
• Отбраковка ХИТ. Параметры по которым ведется отбраковка и их величины могут задаваться во всем рабочем диапазоне.
• При подключении внешнего зарядно-разрядного устройства снятие зависимостей измеряемых параметров от степени заряженности ХИТ.

Разрабатывается модификация тестера для
измерения сопротивления герметизированных свинцово-кислотных батарей, которая дает возможность также и измерения тока короткого замыкания.

Разрабатываются модификации тестера:

• с подключением к компьютеру через СОМ- порт для мониторинга всех параметров сопротивления в процессе заряда-разряда;
• Пригодные для измерения сопротивления герметизированных свинцово-кислотных батарей, которые дают возможность также и измерения тока короткого замыкания.

Расширение диапазона обследуемых в соответствии со стандартом МЭК источников
тока возможно при создании универсального
стационарного прибора, где тестовый ток для
измерений внутреннего сопротивления на постоянном токе будет задаваться вшироком диапазоне, а временная его диаграмма будет соответствовать стандарту на любые источники
тока. Изготовление такого прибора планируется в самое ближайшее время.

Авторы выражают благодарность А. А. Тагановой за помощь в подготовке материала.

Литература

1. Таганова А. А., Бубнов Ю. И., Орлов
   Б. Герметичные химические источники тока: элементы и аккумуляторы, оборудование для испытаний и эксплуатации. СПб:Химиздат. 2005.
2. Таганова А. А., Пак И. А. Герметичные химические источники тока для портативной аппаратуры: Справочник. СПб: Химиздат. 2003.
3. Таганова А. А., Бубнов Ю. И. Герметичные химические источники тока: элементы и аккумуляторы, способы и устройства заряда. СПб: Химиздат. 2002.

Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора? — Все о квадрокоптерах

Любой аккумулятор имеет внутреннее сопротивление, независимо от его типа, объема и других данных. Но само сопротивление зависит от емкости аккумулятора, его размеров, возраста, температуры, его химических свойств, был ли критический разряд, а также от тока разряда.

Чем выше температура окружающей среды, тем меньше внутреннее сопротивление. Именно по этой причине, зимой получается летать немного меньше, да и токоотдача меньше, поэтому, аккумулятор перед использованием рекомендуется немного нагреть (до температуры вашего тела, а не в печке какой-нибудь).

Почему важно измерять внутреннее сопротивление LiPo аккумуляторов?

Если вы будете знать внутреннее сопротивление, вы сможете примерно знать текущее состояние аккумулятора и примерный срок жизни. У Lipo аккумуляторов внутреннее сопротивление не зависит от того, до какого предела заряжен или разряжен аккумулятор, но зависит от возраста батареи. Чем меньше сопротивление — тем новее аккумулятор.

Если на одной из банок (секций) аккумулятора начало расти сопротивление, то аккумулятор начнет выдавать меньший ток, а также, будет нагреваться и скоро эта секция выйдет из строя первой.

Помните о рейтинге С? Так вот, внутреннее сопротивление и рейтинг С — это прямая зависимость показателей. Чем выше рейтинг, тем ниже сопротивление и больше токоотдача.

Читайте также: Как выбрать LiPo аккумуляторы для квадрокоптера

Как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора?

Вам потребуется зарядное устройство, у которого будет функция измерения внутреннего сопротивления аккумулятора. Такая функция есть в оригинальном iMax B6, ToolkitRC M8 , M6 , M600 и в других зарядных устройствах. Они измеряют сопротивление не в процессе зарядки. ISDT Q6 Lite , Q6 , Q8 — умеют измерять внутреннее сопротивление в процессе зарядки.

Читайте также: Как выбрать зарядное устройство LiPo для квадрокоптера? Советы и примеры

ISDT Q6iMax B6ToolkitRC M6

Из-за чего может повыситься внутреннее сопротивление?

Причинами повышения сопротивления LiPo и других аккумуляторов может быть следующее:

• Множество циклов зарядки-разрядки неизбежно приводят к повышению внутреннего сопротивления.
• Возраст аккумулятора. Чем он выше, тем больше сопротивление. К тому же, аккумулятор разряжается, даже если вы его не используете.
• Хранение аккумулятора в полностью разряженном и полностью заряженном состоянии приводит к быстрому повышению внутреннего сопротивления.
• Глубокая разрядка или сильная перезарядка сильно повышает сопротивление аккумулятора, будьте с этим осторожны.
• Перегрев. Если аккумулятор перегреется, это приведет к химическим изменениям внутри него, а это уже в свою очередь приведет к вздутию и повышению сопротивления.

Что еще нужно знать о внутреннем сопротивлении аккумулятора?

• Значение внутреннего сопротивления должно быть одинаковым, либо близким по значению для всех банок (секций) аккумулятора. Если хотя бы секция будет с увеличенным значением сопротивления, производительность всего аккумулятора будет уменьшаться.
• Чем выше внутреннее сопротивление, тем меньший ток выдаст аккумулятор.
• Чем выше внутреннее сопротивление, тем сильнее аккумулятор будет греться при том же энергопотреблении квадрокоптера или другой модели.
• Запишите значения внутреннего сопротивления нового аккумулятора, чтобы в будущем понимать в каком состоянии аккумулятор и не пора ли его менять.
• Для аккумулятора с высоким внутренним сопротивлением потребуется больше времени для полной зарядки.
• Аккумулятор с низким внутренним сопротивлением можно заряжать более высокими токами (2C — 5C).

10 полезных приборов и инструментов для тестирования аккумуляторов на Aliexpress

10 полезных приборов и инструментов для тестирования аккумуляторов на Aliexpress. В топике представлены интересные и полезные инструменты для полного тестирования литиевых аккумуляторов и не только. Они позволяют измерять емкость на разряд токами до 30А, замерять внутреннее сопротивление и прочее. Отличаются вполне демократичными ценами.

 

 

Измеритель внутреннего сопротивления YR1035+

Замечательный недорогой прибор для измерения внутреннего сопротивления аккумуляторов. Если вы занимаетесь сборками батарей, то он должен быть у вас в арсенале, ибо с помощью него можно отобрать банки с одинаковыми параметрами. Также он дает представление о «старении» банок и их подлинности.

По второй ссылке предыдущая модель еще дешевле.

Измеритель внутреннего сопротивления RC3563

Еще один полезный прибор для измерения внутреннего сопротивления аккумуляторов. Диапазон рабочего напряжения до 100V. Является аналогом LQ1060 для международного рынка. Используется четырехпроводное подключение для компенсации сопротивления щупов. Также можно измерять сопротивление электролитических конденсаторов и отсортировывать старые или подделки.

Зарядное устройство Liitokala Lii-500

Одно из лучших универсальных зарядных устройств для дома. Имеет четыре независимых слота, различные режимы, поддерживает практически все типы аккумуляторов. Из наиболее интересных режимов присутствуют тест емкости и замер внутреннего сопротивления. Последний не так точен, но общее представление дать может.

По второй ссылке новая версия Lii-500S

Электронная нагрузка-измеритель ZKE EBC-A20H

Оригинальная нагрузка-анализатор от известной компании. Помимо разряда с построением графиков, умеет корректно заряжать аккумуляторы и измерять внутреннее сопротивление. Ток разряда до 20А, а это значит, что можно делать тесты любых высокотоковых аккумуляторов 18650.

По второй ссылке альтернатива

Электронная нагрузка-измеритель Atorch DL24/P

По сравнению с предыдущим вариантом – очень бюджетный измеритель емкости. Может работать и как обычная нагрузка, но бонусом подсчет энергии. Заявленная мощность 180W и максимальный ток разряда 20А, но параметры немного завышены. Есть функция передачи показаний и графиков на смартфон. Очень интересная «игрушка».

По второй ссылке альтернатива, чуть больше заточенная под замер емкости

Зарядно-балансировочное устройство iCharger X8

Мощное и функциональное зарядно-балансировочное устройство от одного из лидеров рынка. Сам пользуюсь зарядным от этой же фирмы, только возможности у моего поскромнее. Сабж умеет корректно работать со всеми типами аккумуляторов, суммарная мощность 1100W, а максимальный ток разряда 30А. Отлично подойдет для тестов высокотоковых банок 21700.

На этом пока все. Если тема будет интересной, выложу вторую часть, с другими приборами: и более бюджетными, и более дорогими.

Калькулятор внутреннего сопротивления элемента питания батареи или аккумулятора • Электротехнические и радиотехнические калькуляторы • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Калькулятор определяет внутреннее сопротивление батареи по падению напряжения на нагрузочном резисторе с известным сопротивлением, напряжению без нагрузки или протекающему в цепи нагрузки току.

Пример 1: Рассчитайте внутреннее сопротивление литий-полимерного (Li-PO) аккумулятора, если напряжение на нем без нагрузки составляет 3,90 В, а на нагрузочном резисторе сопротивлением 10 ом напряжение равно 3,89 В. Ниже вы найдете еще пять примеров.

Вычислить

R_I и I из U_NL, R_L, U_LR_I и U_L из U_NL, R_L, IR_I и R_L из U_NL, U_L, IU_L и I из U_NL, R_I, R_LR_L и I из U_NL, R_I, U_LR_L и U_L из U_NL, R_I, IU_NL и I из R_I, R_L, U_LU_NL и U_L из R_I, R_L, IU_NL и R_L из R_I, U_L, I

Напряжение на батарее без нагрузки

U_NLмикровольт (мкВ)милливольт (мВ)вольт (В)киловольт (кВ)мегавольт (МВ)

Внутреннее сопротивление батареи

R_Iмиллиом (мОм)ом (Ом)килоом (кОм)мегаом (МОм)

Для расчета введите значения в любые три поля из пяти и нажмите Рассчитать. Исключение: при вводе только параметров нагрузки R_L, U_L и I невозможно вычислить параметры батареи U_NL и R_I, поэтому вычисления не выполняются.

Определения и формулы

В соответствии с теоремой Тевенена—Гельмгольца любую линейную цепь с любым количеством источников напряжения (например, шесть аккумуляторов, соединенных последовательно в автомобильной аккумуляторной батарее) можно заменить источником ЭДС (ℰ) или эквивалентным источником напряжения без нагрузки U_NL, соединенным последовательно с внутренним сопротивлением R_I или импедансом Z_I. В результате подачи напряжения U_NL на внешнюю нагрузку с сопротивлением R_L в ней протекает ток I.

Отдаваемый батарее в нагрузку ток определяется сопротивлением нагрузки и в то же время этот ток ограничивается внутренним сопротивлением батареи. Внутреннее сопротивление батареи состоит из сопротивления электродов (например, пластин), активной массы и электролита.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи имеют очень малое внутреннее сопротивление (обычно порядка 0,01 ом) — именно поэтому они могут подавать большой ток, необходимый для запуска двигателя. Внутреннее сопротивление свинцово-кислотных аккумуляторов так мало, потому что в каждом элементе батареи отрицательные и положительные пластины соединены параллельно. Кроме того, расстояние между отрицательными и положительными пластинами очень мало и, следовательно, толщина слоя электролита между ними также очень мала, что приводит к еще большему уменьшению внутреннего сопротивления. Если батарея отдает большой ток, на этом внутреннем сопротивлении рассеивается тепло — и в результате батарея нагревается.

Внутреннее сопротивление батареи можно посчитать, зная ее напряжение без нагрузки U_NL (NL — от англ. no load — без нагрузки), напряжение, измеренное на нагрузке U_L (L — от англ. load — нагрузка) и сопротивление нагрузки R_L. Измеренное напряжение без нагрузки эквивалентно электродвижущей силе (ЭДС) батареи.

Через нагрузочный резистор протекает ток

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении:

Внутреннее сопротивление:

Полная формула для определения внутреннего сопротивления:

Внутреннее сопротивление батареи можно также рассчитать по току в сопротивлении нагрузки I_L, напряжению батареи без нагрузки U_NL и сопротивлению нагрузки R_L.

Напряжение на нагрузочном резисторе

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении:

Внутреннее сопротивление:

Полная формула для этого метода расчета:

Измерение внутреннего сопротивления батареи

Как мы уже отметили, для определения внутреннего сопротивления нужно иметь три исходные величины:

• напряжение без нагрузки U_NL, напряжение, измеренное на нагрузке U_L и сопротивление нагрузки R_L.

или

• ток в сопротивлении нагрузки I_L, напряжение батареи без нагрузки U_NL и сопротивление нагрузки R_L.

Для правильного определения внутреннего сопротивления необходимо выполнить несколько измерений с разными резисторами. Также следует учесть, что внутреннее сопротивление изменяется при изменении температуры, а также зависит от срока эксплуатации батареи и других факторов. Поэтому ваше измерение представляет собой лишь оценку, а такой вещи, как точное внутреннее сопротивление, не существует в принципе, так как его невозможно измерить точно.

На внутреннее сопротивление батареи влияют несколько факторов, в частности, емкость батареи, электрохимическая реакция, которая в нем происходит, количество элементов, срок эксплуатации батареи, температура и режим (скорость) разряда. Подробнее о батареях и других источниках питания вы можете узнать в наших калькуляторах аккумуляторных батарей и литий-полимерных аккумуляторов для дронов.

Для измерения напряжения на подключенной к батарее нагрузке вольтметр подключают параллельно нагрузке к клеммам батареи. Если сопротивление нагрузки намного меньше внутреннего сопротивления вольтметра, он показывает достаточно точный результат.

Для измерения тока, отдаваемого батареей в нагрузку, амперметр включается в разрыв цепи между нагрузкой и батареей, как показано выше на схеме. Если внутреннее сопротивление амперметра относительно мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, можно считать, что измерение достаточно точное.

Конечно, теоретически и даже практически (например, для марганцево-цинкового элемента) измерить ток короткого замыкания батареи вполне возможно прямым методом, закоротив батарею амперметром. Однако если батарея способна отдать значительный ток, она может перегреться или даже загореться при коротком замыкании. Литий-ионные батареи могут даже взорваться, если замкнуть их клеммы. Поэтому ток почти всегда измеряют, если батарея подключена к нормальной для нее нагрузке.

Для измерения напряжения батареи без нагрузки вольтметр подключают к выводам батареи без подключения нагрузки. Если внутреннее сопротивление вольтметра намного выше внутреннего сопротивления батареи, то можно предположить, что напряжение без нагрузки будет измерено достаточно точно.

Нужно также измерить сопротивление нагрузки, если только не используется прецизионный резистор. Следует помнить, что, если нагрузочный резистор сильно нагреется, его сопротивление увеличится, поэтому измерение тока батареи следует выполнять достаточно быстро.

Когда все измерения выполнены, можно вставить их результаты в наш калькулятор и получить величину внутреннего сопротивления батареи. Конечно, выпускаются измерители внутреннего сопротивления батареи, а также его способны измерять зарядные устройства с расширенными возможностями.

Для полноты картины следует отметить, что любая батарея имеет целый спектр внутренних сопротивлений и для их измерения часто используется сложная схема с питанием от источника переменного тока с частотой, изменяющейся от нескольких герц до нескольких килогерц. Внутреннее сопротивление обычно характеризуют графиками его зависимости от различных факторов.

Примеры расчетов

Пример 2. Батарея с ЭДС ℰ = 14,5 В отдает 25 Вт мощности во внешний нагрузочный резистор. Напряжение на клеммах батареи 11,9 В. Определите внутреннее сопротивление батареи. Подсказка: воспользуйтесь нашим Калькулятором закона Ома для определения тока, текущего через нагрузочный резистор. Затем используйте этот калькулятор для определения внутреннего сопротивления.

Пример 3. Лампа накаливания сопротивлением 4 Ом подключена к батарее, имеющей внутреннее сопротивление 0,15 Ом. Подключенный к клеммам батареи вольтметр показывает 11,5 В. Какова ЭДС ℰ батареи?

Пример 4. Две установленные в фарах грузового автомобиля 55-ваттные галогенные лампы соединены параллельно и подключены к клеммам батареи, имеющей внутреннее сопротивление 0,02 Ом. Напряжение на клеммах батареи при этом 23,6 В. Какова ЭДС ℰ батареи? Подсказка: воспользуйтесь нашим Калькулятором мощности постоянного тока для определения сопротивления горячих ламп. Затем воспользуйтесь нашим Калькулятором параллельных сопротивлений для определения сопротивления двух ламп, включенных параллельно. И, наконец, введите полученные данные в этот калькулятор для определения ЭДС батареи.

Пример 5. Определите ток короткого замыкания 12-вольтовой автомобильной аккумуляторной батареи с ЭДС ℰ = 13,5 В и внутренним сопротивлением 0,04 Ом. Подсказка: 12 В — это номинальное напряжение батареи и в расчетах оно не используется.

Пример 6. Батарея с ЭДС ℰ = 1,5 В закорочена реальным амперметром с внутренним сопротивлением 0,02 Ом, который показывает ток 2,7 А. Определите внутреннее сопротивление батареи и рассеиваемую батареей мощность. Совет: вначале используйте этот калькулятор для определения внутреннего сопротивления батареи, затем воспользуйтесь нашим калькулятором мощности постоянного тока для определения рассеиваемой батареей мощности.

Пример 7. Пульт управления запуском модели ракеты запускает двигатель ракеты путем разогревания нихромового провода воспламенителя. Пульт работает от четырех соединенных последовательно батареек АА напряжением 1,5 В. Каждая батарейка имеет внутреннее сопротивление 200 мОм. Сопротивление двух воспламенителей равно 0,7 Ом и 3 Ом. Определите ток через воспламенитель с сопротивлением 0.7 Ом и воспламенитель сопротивлением 3 Ом. Подсказка: напряжение четырех батареек, соединенных последовательно, равно 1.5 × 4 = 6 V а их общее внутреннее сопротивление равно 200 × 4 = 0.8 Ω.

Автор статьи: Анатолий Золотков

Измерение внутреннего сопротивления аккумуляторов

Статьи   02 Сентября 2018 г.     Измерение Rвн аккумуляторов     Для измерения внутреннего сопротивления аккумуляторов на постоянном токе использованы зарядные устройства iMAX B6 Mini и ISDT Q6 Plus, на переменном токе прибор YR1035 с паспортной точностью выше 1%.   Измерено по банкам внутреннее сопротивление пяти экземпляров аккумулятора Multistar 8000mAh 4S 10C, предлагаемых к продаже. Результаты в первой таблице. Во второй таблице ниже такие же измерения нескольких других аккумуляторов, имеющихся под рукой. Предлагаю свои выводы и рассуждения по поводу этих измерителей и измерений. Multistar 8000mAh 4S Сопротивление (мОм) по банкам iMAX B6 Mini ISDT Q6 Plus YR1035 (~1000Гц) 1 8 7 6 6 4,8 5,2 4,3 5,1 1,53 1,56 1,54 1,55 2 9 7 4 4 4,6 5,3 6,0 5,1 1,54 1,55 1,56 1,55 3 9 7 6 5 5,3 4,1 5,5 5,0 1,58 1,59 1,56 1,55 4 6 4 3 3 3,8 3,6 3,8 4,2 1,53 1,53 1,53 1,55 5 8 6 6 3 5,2 4,8 5,4 4,9 1,57 1,60 1,57 1,55   Аккумуляторы Сопротивление (мОм) по банкам iMAX B6 Mini ISDT Q6 Plus YR1035 (~1000Гц) RINO 1550 4S 15 12 12 11 13.6 11.7 14.6 13.1 6.89 7.16 7.19 6.91 RINO 1550 4S 18 16 16 16 12.4 14.4 13.9 16.3 6.79 6.91 7.28 7.40 RINO 1550 4S 31 29 29 29 32.4 35.4 39.3 42.3 8.00 7.74 7.56 7.62 TURNIGY 2200 3S 13 9 11   14.0 11 12.5   3.50 3.66 4.12   ZIPPY 850 4S 39 37 36 36 53.3 55.2 50.0 52.4 12.69 11.56 12.60 12.44   1. Зарядное устройство iMAX B6 Mini. Имеющийся экземпляр дает завышенное сопротивление первой банки на 2-3мОм. При повторном измерении показания в основном те же, иногда показывает на единицу больше или меньше. В целом разброс показаний дает основание предположить точность измерения больше-меньше в два раза, при сопротивлении до 10 — 15 мОм. При сопротивлении выше 20 мОм возможно погрешность 20 -30%.   2. Зарядное устройство ISDT Q6 Plus. У этого устройства младший разряд измерения сопротивления 0,1мОм, что само по себе дает основания предположить лучшую достоверность измерения. Но посмотрим таблицу пяти последовательных измерений (без паузы) одного и того же аккумулятора 8000mAh-4S. ISDT Q6 Plus 2,9 4,9 5,9 5,9 2,9 1,9 1,9 3,9 5,0 3,0 4,0 4,0 2,9 2,9 2,9 2,9 5,2 5,2 4,1 4,1   Младший разряд сопротивления разных банок одинаков почти в каждом измерении. Так не бывает. Младший разряд устройство не измеряет, а приписывает по неизвестному алгоритму. Величина сопротивления одной банки меняется более чем в два раза при измерениях. Такой разброс результатов привел к необходимости подсчета среднеарифметического от двух до восьми измерений ISDT Q6 Plus для записи в 1ю и 2ю таблицы. Результат одного измерения достоверен не больше, чем у первого устройства. Все эти результаты получены при токе заряда ISDT Q6 1 ампер. При токах более 5 ампер разброс показаний малых сопротивлений меньше 20%. Так же для более высоких сопротивлений разброс измерений меньше.   3. В приборе YR1035 немного переделаны измерительные провода. На красный и черный поставлены крокодилы для подключения к силовым выводам аккумулятора. На белые поставлены тонкие штыри для побаночного подключения к балансировочному разъему аккумулятора. Измеритель дает повторяемые значения сопротивления банок аккумуляторов на переменном токе. Прибор подробно рассмотрен в статье по ссылке. Однако посмотрим измерения второго и третьего аккумулятора во второй таблице. Оба зарядника определяют сопротивление третьего аккумулятора примерно в два раза больше, чем второго. Третий аккумулятор потерял часть своего ресурса. Измеритель YR1035 показывает сопротивление третьего в пределах +10% от второго, то есть не показывает двойной разницы. Если хоть немного доверять показаниям зарядников, то измерения на переменном токе недостаточно характеризуют работоспособность аккумулятора.   Негативный результат тоже результат. Из примененных устройств правдивые недостаточно показательны, а немного показательные недостаточно правдивы. Мнение, что измерения на переменном токе дают величины внутреннего сопротивления аккумуляторов пропорционально меньше, чем при измерениях на постоянном токе, не нашло подтверждения.   Для понимания, к чему все эти попытки измерения, внутреннее сопротивление аккумулятора имеет значение в трех смыслах: 1. Нагрузочная способность нового аккумулятора, т.е. каким максимальным током можно его разряжать, сохраняя эффективную отдачу запасенной энергии. Чем меньше сопротивление, тем меньше внутренние потери и больше допустимый нагрузочный ток. 2. Старение аккумулятора от отработанных циклов и времени. Старея аккумулятор, кроме потери емкости, увеличивает внутреннее сопротивление. Для токовых нагрузок большее значение имеет рост сопротивления. Увеличение внутреннего сопротивления есть мера негодности и старости аккумулятора 3. В последовательной сборке нескольких банок аккумуляторов 2S…10S, для питания токовых нагрузок, общую емкость и мощность определяет самая слабая банка. Важным показателем «здоровья» сборки является близость параметров составляющих сборку банок. Малый разброс значений внутреннего сопротивления банок в сборке говорит о ее хорошем состоянии.   02.09.2018 К другим статьям

RunCam ScopeCam, новинка в продаже ScopeCam для Страйкбола (Airsoft) объектив 35мм, 50мм, полностью алюминиевый корпус, поворот объектива на 90°, крепление на оружие, индикатор заряда аккумулятора. 10.07.2018 Mobius Maxi в продаже Mobius Maxi — «старший брат» Mobius Mini, с большими корпусом и аккумулятором, и светосильным объективом «В» с диафрагмой f/1.5. 09.06.2018 В продаже RunCam 2 Airsoft. RunCam 2 Airsoft — компактная видеокамера RunCam2 для Страйкбола (Airsoft) с объективом 35мм, 50мм и креплением на оружие. 01.06.2018 Архив новостей Отличие камер ScopeCam 4K 40mm, ScopeCam Lite 40mm и ScopeCam2 40mm Сравнение разрешения и угла обзора камер. 04.04.2021 Измерение внутреннего сопротивления аккумуляторов Измерение внутреннего сопротивления аккумуляторов на постоянном и переменном токе. 02.09.2018 Объективы «А» и «В» камер Mobius Maxi Сравнение характеристик объективов «А» и «В» камер Mobius Maxi. 10.07.2018 Архив статей

Тестер аккумуляторных батарей Fluke BT510

23.01.2015

Прибор для проверки батарей Fluke BT510 — это идеальное средство для технического обслуживания, поиска и устранения неисправностей и тестирования производительности отдельных стационарных батарей и блоков батарей, используемых в критических задачах аккумуляторного резервирования. Интуитивно понятный пользовательский интерфейс, компактная и надежная конструкция гарантируют производительность, надежность и оптимальные результаты тестирования.

Основные особенности Fluke BT510:

• Напряжение батареи — во время измерения внутреннего сопротивления, прибор также измеряет напряжение тестируемой батареи.
• Напряжение при разрядке — режим разрядки собирает данные по напряжению каждой батареи несколько раз при определенном интервале в ходе разрядки или теста на нагрузку. Пользователи могут сосчитать , сколько времени необходимо батарее, чтобы сбросить заряд до отключения и использовать это время для определения потери мощности данной батареи.
• Измерение пульсирующего напряжения — измеряет неблагоприятную составляющую переменного тока выпрямленного напряжения в схемах зарядки постоянного тока и инвертированных схемах. Дает возможность пользователям измерять составляющие переменного тока в схемах зарядки постоянного тока и находить одну из проблем, которая приводит к ухудшению состояния батареи.
• Режим измерения и последовательный режим — режим измерения используется для быстрого тестирования или для обнаружения неисправности. В этом режиме вы можете сохранять и считывать показания в цикле измерения или времени. Режим цикла предназначен для задач обслуживания с несколькими энергосистемами и линейками батарей. До начала выполнения задачи пользователи могут настроить профиль под выполнение задачи касательно систематизации данных и предоставления отчета.
• Пороговые значения и предупреждение — пользователи могут настроить до 10 комплектов пороговых значений и получать индикацию прохождения/непрохождения/предупреждения после каждого измерения.
• Авто-удержание — когда включена функция автоудержания, показания регистрируются, сохраняя стабильность на 1 секунду. Замороженное показание сбрасывается, когда начинается новое измерение.
• Автосохранение — когда включено автосохранение, измеренные значения сохраняются во внутренней памяти автоматически после регистрации показания с помощью автоудержания.
• Оптимизированный пользовательский интерфейс — быстрая, направляемая настройка помогает всегда регистрировать нужные данные.
• Самый высокий рейтинг безопасности в отрасли — CAT III 600 В, 1000 В пост. тока макс. для безопасности измерений вокруг оборудования питания батарей.

Функции	Диапазон	Разрешение	Погрешность	BT510
Сопротивление батареи1	3 мОм	0,001 мОм	1% + 8	•
	30 мОм	0,01 мОм	0,8% + 6	•
	300 мОм	0,1 мОм	0,8% + 6	•
	3000 мОм	1 мОм	0,8% + 6	•
В пост. тока	6 В	0,001 В	0,09% + 5	•
	60 B	0,01 В	0,09% + 5	•
	600 В	0,1 В	0,09% + 5	•
	1000 В	1 В	0,09% + 5
В пер. тока (от 45 Гц до 500 Гц с фильтром 800 Гц)	600 В	0,1 В	2% + 10	•
Частота (отображается с В и А пер. тока)2	500 Гц	0,1 Гц	0,5% + 8	•
Пульсация напряжения пер. тока (макс. 20 кГц)	600 мВ	0,1 мВ	3% + 20	•
	6000 мВ	1 мВ	3% + 10	•
А пост. тока / А пер. тока (с аксессуаром Fluke i410)	400 А	1:00 AM	3,5% + 2
Температура	от 0°C до 60°C	1°C	2°C (4°F)
Режим измерения	999 записей для каждой позиции измерения с меткой времени
Циклический режим	До 100 профилей и 100 шаблонов профилей (в каждом профиле хранится до 450 батарей) с меткой времени
1 Измерение основано на методе введения перем. тока. Вводится исходный сигнал < 100 мА, 1 кГц. 2 Уровень переключения В пер. тока: 10 мА, А пер. тока: 10 А

Аккумуляторная батарея онлайн | Как измерить внутреннее сопротивление батареи с помощью метода прерывания тока

Джеймс Ниманн, A nalog инженер-конструктор, Tektronix

Одна из демонстраций, которые мы часто устраиваем на конференциях по аккумуляторным батареям, — это использование единицы измерения источника (SMU) для измерения внутреннего сопротивления устройства накопления энергии, такого как аккумулятор или топливный элемент. В таких демонстрациях SMU изменяет ток нагрузки с рабочего тока батареи или поляризационного тока на потенциал холостого хода и одновременно измеряет изменение напряжения элемента.В этом «методе прерывания тока» внутреннее сопротивление батареи равно изменению напряжения, деленному на изменение тока.

Демонстрация популярна среди инженеров по аккумуляторным батареям, потому что она показывает, как можно измерить внутреннее сопротивление батареи при больших токах поляризации с помощью экономичного SMU, типа прибора, способного одновременно получать и измерять напряжение и ток.

Это сложное измерение, которое даже гораздо более дорогой прибор спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) не может выполнить при высоких уровнях тока.Исторически сложилось так, что электрохимики использовали осциллограф и выключатель (для нагрузки) для выполнения этих измерений и достигли того, что лучше всего назвать добротностью, а не реальным внутренним сопротивлением.

Давайте посмотрим, как мы можем достичь достоверно точных измерений с помощью SMU. Главное здесь — обратить пристальное внимание на несколько неочевидных деталей.

Комплексный импеданс
Внутреннее сопротивление батареи является мерой действительной части комплексного импеданса ячейки.На рисунке 1 показана простая электрическая модель этого сложного импеданса, известная как модель цепи Рэндлса.

Рисунок 1: Пример эквивалентной схемы

модели Randles В модели Randles каждая окислительно-восстановительная реакция электрода моделируется с помощью резистора и конденсатора, представляющих сопротивление переноса заряда и емкость двойного слоя для электрода соответственно.

• Сопротивление переносу заряда представляет собой энергию активации, необходимую для ускорения предполагаемой электродной реакции с определенной скоростью.
• Емкость двойного слоя является мерой медленности электродной реакции, возникающей в результате накопления зарядов на каждой стороне электрода, опять же с той же удельной скоростью.
• R _int — реальная составляющая импеданса ячейки.

Для большинства ячеек поддерживающий электролит (ионный проводник) является источником наибольшего внутреннего сопротивления. Электроды и внешние соединительные сопротивления обычно вносят гораздо меньший вклад.При протекании тока выделяется тепло, которое может повлиять на измерения внутреннего сопротивления и должно быть принято во внимание.

Измерения повышенного внутреннего сопротивления могут быть признаком того, что элемент приближается к отказу, поскольку сопротивление электролита имеет тенденцию увеличиваться с возрастом элемента. В то время как сопротивление может увеличиваться по множеству других причин, а также в зависимости от химического состава элемента, измерение характеристик внутреннего сопротивления может быть полезным показателем общего состояния электрохимического элемента, особенно при оценке с течением времени.

Измерения внутреннего сопротивления также полезны для оценки того, может ли батарея эффективно отдавать накопленную энергию. В общем, батарея с низким внутренним сопротивлением лучше способна выдавать высокий ток по запросу. Высокое сопротивление приводит к чрезмерному нагреву аккумулятора и падению выходного напряжения при высокой нагрузке. Это особенно важно для тяжелых нагрузок, таких как электроинструменты и электрические трансмиссии.

Метод прерывания по току
Чтобы понять, как использовать метод прерывания по току для измерения действительной части комплексного импеданса, вернитесь к модели цепи Рэндлса на рисунке 1.В модели геометрическая индуктивность ячейки и межсоединений испытательной аппаратуры показана вместе с параметрами электродов, обсуждавшимися ранее.

Если это измерение настроено без включенного дистанционного зондирования, индуктивность, показанная в модели, будет полной индуктивностью измерительного контура a, показанного в части 2А на Рисунке 2. При включенном дистанционном зондировании только индуктивность самой ячейки измеряется, как показано на 2B, измеряется только полное сопротивление между измерительными выводами, комплексное или нет.

Когда SMU настроен на источник напряжения в конфигурации дистанционного считывания (4-проводной), внешнее считывание обеспечивает напряжение обратной связи, которое измеряется и сравнивается с запрограммированным уровнем. Источник напряжения регулируется до тех пор, пока напряжение обратной связи не станет равным запрограммированному уровню напряжения. Дистанционное измерение компенсирует падение напряжения в измерительных проводах (и анализируемом веществе в случае электрохимической ячейки), обеспечивая подачу запрограммированного уровня напряжения на рабочий электрод.

Для измерения R _int необходимо измерить прерывание или изменение тока ячейки в течение нужного промежутка времени, чтобы сумма реактивного сопротивления была равна нулю, оставив, таким образом, измерение только реальной части внутреннего сопротивления, как показано в 2С.Как правило, существует только одна задержка прерывания, которая может удовлетворить это требование для любой заданной ячейки и геометрии измерения. Интервалы прерывания могут варьироваться от 80 микросекунд до нескольких миллисекунд в зависимости от размера и конфигурации ячейки.

Рисунок 2: Измерение внутреннего сопротивления ячейки

Для правильного измерения внутреннего сопротивления электрохимической ячейки обычно запускают график EIS или измеряют комплексное сопротивление ячейки в рабочем диапазоне токов ячейки.Внутреннее сопротивление — это точка на кривой, где комплексный импеданс пересекает действительную ось или когда сумма реактивных компонентов равна нулю.

Метод измерения тока прерывания R _int передает скалярное измерение, представляющее величину векторов импеданса, показанных наложенными на график комплексного импеданса, показанный на рисунке 3. Правильное время прерывания можно легко найти, изменив задержку прерывания, чтобы минимизировать модуль вектора, показанный как R _int на рисунке 3.Остальные векторы R1 и R2, полученные изменением интервала прерывания, имеют большие значения. Обратите внимание, что второе пересечение оси x — это не внутреннее сопротивление батареи, а скорее сумма всех сопротивлений в модели из рисунка 1. Эта точка показана как Rt на рисунке 3.

Рис. 3: Пример комплексной диаграммы импеданса

SMU для измерения потенциала разомкнутой цепи
Использование этого краткого краткого метода обеспечивает стабильные правильные измерения внутреннего сопротивления батарей и электрохимических ячеек.SMU хорошо подходят для измерения потенциала холостого хода на электрохимических ячейках, поскольку для них требуются инструменты с высоким входным импедансом, который обеспечивает SMU. В сочетании со сценариями электрохимических испытаний SMU полностью способны работать как гальваносат или потенциостат и могут измерять внутреннее сопротивление батарей, топливных элементов или любого электрохимического элемента, обеспечивая при этом ток поляризации.

Джеймс Ниманн (James Niemann) — инженер-разработчик аналоговых устройств компании Tektronix. Он работал в подразделении Keithley Instruments в Кливленде, штат Огайо, с 1988 года.В настоящее время он является главным инженером-конструктором, отвечающим за общие исследования и разработки, а также за разработку новых продуктов, используемых для электрохимических исследований.

Измерить внутреннее сопротивление аккумулятора очень просто!

На конференции по батареям несколько месяцев назад я продемонстрировал, как блок измерения источника (SMU) может измерять внутреннее сопротивление устройств накопления энергии, таких как батарея или топливный элемент, изменяя ток нагрузки от рабочего тока батареи (обычно называемый поляризационный ток) к потенциалу холостого хода, и одновременно измерять изменение напряжения ячейки на протяжении всего события.В этом «методе прерывания тока» измерения внутреннего сопротивления электрохимического элемента внутреннее сопротивление батареи равно изменению напряжения, деленному на изменение тока.

Демонстрация имела большой успех, потому что она показала, как внутреннее сопротивление батареи может быть измерено при больших токах поляризации, чего не могут выполнить анализатор частотной характеристики (FRA) или анализатор электрохимического импеданса (EIS). Исторически сложилось так, что электрохимики применяли этот метод, используя осциллограф и переключатель (для нагрузки), и добились того, что я бы назвал показателем качества, а не реальным внутренним сопротивлением.Дело в том, что существует множество неочевидных деталей, которые необходимо учитывать, чтобы получить правильное внутреннее сопротивление с помощью этого метода.

Давайте обсудим, как я смог с помощью этого метода прерывания получить результаты своих измерений внутреннего сопротивления, чтобы они соответствовали измерениям внутреннего сопротивления, измеренным с помощью дорогостоящего прибора FRA или EIS.

Внутреннее сопротивление батареи является мерой действительной части комплексного импеданса ячейки. На рисунке 1 показана простейшая электрическая модель этого сложного импеданса, известная большинству электрохимиков как модель цепи Рэндлса.

Рисунок 1: Пример эквивалентной схемы модели цепи Рэндлса.

В модели каждая окислительно-восстановительная реакция электрода моделируется с помощью резистора и конденсатора, представляющих сопротивление переноса заряда и емкость двойного слоя для электрода соответственно.

• Сопротивление переносу заряда представляет собой энергию активации, необходимую для ускорения предполагаемой электродной реакции с определенной скоростью.
• Емкость двойного слоя является мерой медленности электродной реакции, возникающей в результате накопления зарядов на каждой стороне электрода, опять же с той же удельной скоростью.
• R _int — реальная составляющая импеданса ячейки.

Для большинства ячеек именно вспомогательный электролит (являющийся ионным проводником) в конечном итоге определяет величину этого сопротивления. Электронная проводимость электродов и внешние межсоединительные сопротивления обычно вносят гораздо меньший вклад в общее внутреннее сопротивление батареи. Прохождение тока через это реальное сопротивление приведет к выделению тепла, что является очень важным условием, которое следует учитывать.Многие механизмы отказа ячейки проявляются в повышенных измерениях внутреннего сопротивления. Характеристики внутреннего сопротивления обычно очень полезны для определения общего состояния электрохимической ячейки.

Так как же метод прерывания тока измеряет действительную часть комплексного импеданса? Что ж, в этом легко убедиться, обратившись к модели цепи Рэндлса на рисунке 1. В модели геометрическая индуктивность ячейки и межсоединений испытательной аппаратуры показана вместе с параметрами электродов, которые мы обсуждали ранее.Обратите внимание, что если это измерение настроено без включения дистанционного зондирования, индуктивность, показанная в модели, будет полной индуктивностью измерительного контура, показанного на Рисунке 2A ниже. При включенном дистанционном зондировании будет измеряться только индуктивность самой ячейки (рис. 2B). Здесь мы измеряем только полное сопротивление между измерительными проводами, сложными или нет. Чтобы измерить R _int , нам нужно прервать или изменить ток ячейки на нужный промежуток времени, чтобы сумма реактивного сопротивления равнялась нулю, тем самым оставив только измерение реальной части внутреннего сопротивления (рисунок 2D). .Как правило, будет только одна задержка прерывания, которая удовлетворит это требование для любой данной ячейки и геометрии измерения. Я ожидаю, что интервалы прерывания будут варьироваться от 80 микросекунд до нескольких миллисекунд в зависимости от размера и конфигурации ячейки.

Рисунок 2: Внутреннее сопротивление измерительной ячейки

Чтобы правильно измерить внутреннее сопротивление электрохимической ячейки, обычно проводят график EIS или измеряют комплексное сопротивление ячейки по рабочий диапазон токов ячеек.Внутреннее сопротивление будет точкой на кривой, где комплексный импеданс пересекает действительную ось, или когда сумма реактивных компонентов равна нулю. График комплексного импеданса показан ниже для справки. Текущий метод прерывания измерения R _int даст скалярное измерение, представляющее величину векторов импеданса, показанных наложенными на график комплексного импеданса, показанный на рисунке 3. Правильное время прерывания можно легко найти, изменив задержку прерывания, чтобы минимизировать модуль вектора, показанный как R _int на рисунке 3.Другие векторы R1 и R2, полученные путем изменения интервала прерывания, будут иметь большие значения. Вы также должны заметить, что второе пересечение оси x — это не внутреннее сопротивление батареи, а скорее сумма всех сопротивлений в модели с рисунка 1. Эта точка показана как Rt на рисунке 3.

Рисунок 3: Пример комплексной диаграммы импеданса

Итак, у вас есть краткий и краткий метод получения правильного внутреннего сопротивления для батарей и электрохимических ячеек с использованием метода прерывания тока.В зависимости от потребности в измерениях, различные инструменты Keithley могут использоваться в качестве электрохимических инструментов, способных работать как гальваностат или потенциостат. Многие из этих инструментов достаточно быстрые, чтобы выполнить это измерение. Источники-измерители Keithley (SMU) могут измерять внутреннее сопротивление батарей, топливных элементов или любых электрохимических элементов, обеспечивая при этом ток поляризации. SMU Keithley 2651A особенно интересен тем, что один 2651A способен обеспечить ступенчатое изменение тока нагрузки на 50 А до 10 В элементов одновременно!

Джеймс Ниманн работал инженером-проектировщиком аналоговых устройств в компании Keithley Instruments в Кливленде с 1988 г. по настоящее время.В настоящее время он является главным инженером-конструктором, отвечающим за общие исследования и разработки, а также за разработку новых продуктов. Джеймс Ниманн работал инженером-проектировщиком аналоговых устройств в компании Keithley Instruments в Кливленде с 1988 года по настоящее время. В настоящее время он является главным инженером-конструктором, отвечающим за общие исследования и разработки, а также за разработку новых продуктов, используемых для электрохимических исследований.

Тестер внутреннего сопротивления для всех батарей

В наличии Номер позиции: BVIR Количество: * Всего Тестер внутреннего сопротивления батарей EQ-BVIR может использоваться для измерения внутреннего сопротивления и напряжения холостого хода почти всех коммерческих батарей, таких как вторичная батарея, свинцово-кислотная батарея, никель-кадмиевая, никель-металл-гидридная и литий-ионная батареи. Характеристики Товар . Описание Метод измерения AC 4 клеммы Напряжение Измерение напряжения 0 ～ 20 В Точность 0.1% Сопротивление Измерение сопротивления 20 мОм \ 200 мОм \ 2000 мОм Автоматический / ручной переключатель Точность 0 ～ 200 мОм 1% 201 мОм ～ 2000 мОм 3% A / D 12 цифр SAR для сравнения Тестирование Частота дискретизации 1 кГц Частота дискретизации 1000 раз / сек Текущий <20 мА перем. Тока Ответ Обновить 5 раз / сек. Компаратор Вкл / Выкл (ручной) Номер компаратора 10 комплектов Хранение данных 100000 записей Калибровка Резистор 100 мОм в стандартной комплектации для калибровки Размер Ш * Д * В: 120 * 75 * 25 (мм) Масса 200 г Рекомендуемая среда 10 ℃ ~ 40 ℃ при температуре и относительной влажности 30% ~ 80% Руководство по эксплуатации Ваша корзина пуста. Пожалуйста, очистите историю просмотров перед заказом продукта. В противном случае доступность и цена не гарантируются. Спонсорская поддержка MTI: MTI Спонсоры Мастерская по термоэлектричеству MTI- MTI- 9017 9017 9017 9017 9017 MTI- MTI-UCSD Лаборатория 9017 VISTEC Cylindrical Cell Pilot Line MTI спонсирует постдокторские награды Предстоящие выставки:

Внутреннее сопротивление аккумулятора калькулятора • Электрические, радиочастотные и электронные калькуляторы • Онлайн-преобразователи единиц

Этот калькулятор определяет внутреннее сопротивление электрической батареи по падению напряжения на нагрузочном резисторе с известным сопротивлением и напряжению холостого хода или ток в нагрузочном резисторе.

Пример 1: Рассчитайте внутреннее сопротивление Li-PO батареи, если ее напряжение без нагрузки составляет 3,90 В, а с нагрузкой 10 Ом — 3,89 В. Ниже вы найдете еще пять примеров.

Рассчитать

R _I и I от U _NL , R _L и U _L R _I и U _{от U U NL , R L и I R I и R L от U NL , U L и I L} и I от U _NL , R _I и R _L R _L и I от U _NL

05

R R _I и U _L R _L и U _L от U _NL , R _I и I U _NL и 900 03 I с R _I , R _L и U _L U _NL и U _L с R _I , R _L и I U _NL и R _L от R _I , U _L и I

Напряжение на аккумуляторе, без нагрузки

U _NL микровольт (мкВ) милливольт (мВ) вольт (В) киловольт (кВ) мегавольт (МВ)

Внутреннее сопротивление батареи

R _I миллиом (мОм) Ом (Ом) кило кОм) мегаом (МОм)

Для расчета введите любые три из пяти значений и нажмите или коснитесь кнопки Рассчитать .Исключение: при вводе только трех параметров нагрузки R _L , U _L и I невозможно рассчитать параметры батареи U _NL и R _I и никаких расчетов выполняются.

Определения и формулы

Согласно теореме Гельмгольца – Тевенина любую линейную сеть с любым количеством источников напряжения (например, шесть гальванических элементов, соединенных последовательно в автомобильном аккумуляторе), можно заменить электродвижущей силой (ЭДС ) или эквивалентное напряжение холостого хода U _NL источник последовательно с внутренним сопротивлением R _I или импедансом Z _I .Напряжение U _NL питает внешнюю нагрузку R _L с током I .

Ток, подаваемый батареей на нагрузку, будет определяться сопротивлением внешней нагрузки, и в то же время этот ток будет ограничен внутренним сопротивлением батареи. Внутреннее сопротивление складывается из сопротивления пластин аккумулятора, его активного материала и электролита.

Свинцово-кислотные батареи имеют очень маленькое внутреннее сопротивление (обычно 0.01 Ом) — именно поэтому они способны обеспечить большой ток, необходимый для запуска двигателя. Внутреннее сопротивление свинцово-кислотных ячеек настолько мало, потому что в каждой ячейке есть несколько отрицательных и положительных пластин, соединенных параллельно. Кроме того, расстояние между отрицательной и положительной пластинами очень мало, и, следовательно, толщина слоя электролита между ними уменьшается, что, в свою очередь, делает их внутреннее сопротивление еще меньше. Когда батарея выдает большой ток, это внутреннее сопротивление рассеивает тепло, и батарея нагревается.

Внутреннее сопротивление батареи можно рассчитать по ее напряжению холостого хода U _NL , напряжению, измеренному на нагрузке U _L , и сопротивлению нагрузки R _L . Это напряжение холостого хода эквивалентно электродвижущей силе батареи.

Ток, протекающий через нагрузочный резистор:

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении:

Внутреннее сопротивление:

Полная формула:

В качестве альтернативы внутреннее сопротивление батареи можно рассчитать по току I _L через сопротивление нагрузки, напряжение холостого хода аккумулятора и сопротивление нагрузки.

Напряжение на нагрузочном резисторе

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении:

Внутреннее сопротивление:

Полная формула:

Как измерить внутреннее сопротивление батареи

As Как мы объяснили выше, для определения внутреннего сопротивления нам нужны три значения:

• напряжение холостого хода батареи U _NL , напряжение, измеренное на нагрузке U _L , и сопротивление нагрузки R _L

или

• ток I _L через сопротивление нагрузки, напряжение холостого хода батареи U _NL и сопротивление нагрузки R _L .

Чтобы правильно определить внутреннее сопротивление, нужно произвести несколько измерений с разными резисторами. Кроме того, внутреннее сопротивление может варьироваться в зависимости от температуры, возраста батареи и ряда других факторов. Таким образом, ваше измерение является лишь приблизительным, и не существует такого понятия, как «истинное» внутреннее сопротивление, которое можно было бы точно измерить.

На внутреннее сопротивление батарей влияет несколько факторов, включая их емкость, химический состав, качество элементов, возраст, температуру и скорость разряда.Дополнительную информацию об аккумуляторах вы найдете в наших калькуляторах энергии и времени автономной работы и калькуляторе LiPo аккумуляторов для дрона.

Для измерения напряжения на нагрузке, подключенной к батарее , вольтметр подключается параллельно нагрузке или клеммам батареи. Если сопротивление нагрузки относительно низкое по сравнению с внутренним сопротивлением измерителя, вы получите достаточно точное показание напряжения нагрузки.

Для измерения тока , подаваемого на нагрузку, подключенную к батарее , между нагрузкой и батареей подключается амперметр, как показано на рисунке.Если его внутреннее сопротивление относительно мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, вы можете предположить, что ваши измерения точны.

Конечно, теоретически и даже практически (например, для угольно-цинковой батареи) ток короткого замыкания батареи измерить путем короткого замыкания батареи амперметром вполне возможно. Однако, если батарея способна выдавать значительный ток, она может перегреться или даже загореться при коротком замыкании. Литий-ионные батареи могут даже взорваться, если их клеммы закорочены.Следовательно, ток почти всегда измеряется, когда батарея подключена к разумной нагрузке.

Для измерения напряжения холостого хода аккумулятора к его клеммам без нагрузки подключается вольтметр. Это напряжение также называется напряжением холостого хода. Если внутреннее сопротивление вольтметра намного выше внутреннего сопротивления аккумулятора, можно предположить, что напряжение холостого хода измеряется относительно точно.

Также необходимо измерить сопротивление нагрузки , если вы не используете прецизионный резистор.Помните, что если нагрузочный резистор нагревается, его сопротивление увеличивается, поэтому измерение тока необходимо проводить быстро.

Теперь вы можете поместить результаты ваших измерений в наш калькулятор и получить внутреннее сопротивление вашей батареи. Конечно, в продаже имеется множество специальных измерителей внутреннего сопротивления. Кроме того, более емкие зарядные устройства могут измерять внутреннее сопротивление батареи.

Чтобы получить полную картину, мы можем отметить, что каждая батарея имеет спектр внутренних сопротивлений или, скорее, импедансов, и для их измерения часто используется более сложная схема, которая питается от источника переменного тока с частотой изменяется от очень низкого до нескольких килогерц.Внутреннее сопротивление обычно характеризуется графиками, показывающими его зависимость от различных факторов.

Примеры расчетов

Пример 2. Батарея с ЭДС = 14,5 В выдает 25 Вт мощности на внешний нагрузочный резистор. Напряжение на выводе аккумулятора составляет 11,9 В. Определите внутреннее сопротивление аккумулятора. Намек. Воспользуйтесь нашим калькулятором закона Ома, чтобы определить ток через нагрузочный резистор. Затем используйте этот калькулятор для определения внутреннего сопротивления.

Пример 3. Лампа накаливания на 4 Ом подключена к батарее с внутренним сопротивлением 0,15 Ом. Вольтметр, подключенный к клеммам аккумулятора, показывает 11,5 В. Какая ЭДС аккумулятора?

Пример 4. Две галогенные лампы головного света мощностью 55 Вт подключены параллельно к клеммам аккумуляторной батареи грузового автомобиля, имеющей внутреннее сопротивление 0,02 Ом. Напряжение на выводах АКБ 23,6 В. Какая ЭДС ℰ АКБ? Совет: используйте наш калькулятор мощности постоянного тока, чтобы определить сопротивление горячей лампы.Затем используйте наш калькулятор параллельного сопротивления, чтобы определить сопротивление двух параллельно соединенных ламп. Затем используйте этот калькулятор для определения ЭДС аккумулятора.

Пример 5. Определите ток короткого замыкания автомобильного аккумулятора на 12 В с ЭДС = 13,5 В и внутренним сопротивлением 0,04 Ом. Подсказка: 12 В — это номинальное напряжение аккумулятора, и это число не используется при решении этой проблемы.

Пример 6. Аккумулятор с ЭДС ℰ = 1.5 В замкнут накоротко с помощью неидеального амперметра с внутренним сопротивлением 0,02 Ом, которое показывает 2,7 А. Определите его внутреннее сопротивление и мощность, рассеиваемую внутри батареи. Подсказка: сначала используйте этот калькулятор для определения внутреннего сопротивления батареи, затем воспользуйтесь нашим калькулятором мощности постоянного тока, чтобы определить мощность, рассеиваемую в батарее.

Пример 7. Контроллер запуска модели, который используется для запуска ракетного двигателя путем нагрева нихромовой проволоки воспламенителя, питается от четырех АА 1.Батареи 5 В соединены последовательно. Каждая батарея имеет внутреннее сопротивление 200 мОм. Сопротивление двух разных воспламенителей ракетных двигателей составляет 0,7 и 3 Ом. Определите ток, подаваемый на воспламенитель 0,7 Ом и воспламенитель 3 Ом. Подсказка: напряжение четырех последовательно соединенных батарей составляет 1,5 × 4 = 6 В, а их общее внутреннее сопротивление составляет 200 × 4 = 0,8 Ом.

Эту статью написал Анатолий Золотков

Измерения внутреннего сопротивления батареи — Часть 2

Введение

В этой статье объясняется, как метод соединения между устройством измерения импеданса и батареей влияет на показания импеданса.

Как упоминалось в первой статье, существует ряд факторов, которые могут повлиять на измерение импеданса, сравнение результатов без понимания этих факторов приведет к неправильной интерпретации.

Например, попытка сравнить показания, когда соединение между батареей и измерительным устройством использует два полюса батареи по сравнению с четырьмя выводами батареи, невозможна, и причина этого будет объяснена.

Для того, чтобы понять различные значения омического сопротивления, необходимо понимать 4-проводное соединение, также известное как соединение по Кельвину, которое также будет рассмотрено.

Размер полного сопротивления батареи

Свинцово-кислотные батареи имеют низкий импеданс и, следовательно, способность обеспечивать высокие токи. Отсюда большой ток короткого замыкания, указанный в паспортах батарей, например 2500 А для аккумулятора 12 В 80 Ач.

Типичный импеданс батареи в режиме ожидания:

• 12В 80Ач VRLA аккумулятор = 0,003 Ом (3,0 мОм)
• 2 В 800 Ач VRLA аккумулятор = 0,0002 Ом (0,2 мОм)

Чтобы получить представление о величине импеданса, давайте сравним типичное сопротивление батареи с сопротивлением провода в стандартном кабеле питания IEC.Эквивалентные длины проводов для указанных импедансов составляют 330 мм (13,0 дюйма) и 22 мм (0,87 дюйма).

Как вы можете видеть, импеданс батареи невелик, что затрудняет измерения и легко вносит ошибки в измерения.

Измерения

Для получения результатов использовалось следующее оборудование.

• Hioki BT3554-01 Тестер батарей
• 2 аккумулятора 2 В 400 Ач VRLA AGM
• Батарейные бирки из луженой латуни, 16 шт.

Был проведен ряд измерений с различными типами соединений между тестером аккумулятора и аккумулятором, результаты приведены ниже.

#	Соединение	Аккумулятор A	Аккумулятор B
1	Измерительный щуп на болте	1223	1179	мкОм
2	Тестовый зонд на бирке	640	598	мкОм
3	Измерительный щуп на клемме аккумулятора	560	554	мкОм
4	Испытательный жгут, соединенный с метками с помощью двух клемм батареи	569	564	мкОм
5	Испытательный жгут, соединенный с бирками с помощью четырех клемм батареи	186	194	мкОм

Фотографии и детали подключений приведены в конце статьи.

Как видите, значения для одной и той же батареи имеют широкий диапазон в зависимости от используемого метода подключения.

4-проводное соединение

Для измерения импеданса батареи на батарею подается тестовый сигнал и измеряется ее характеристика по напряжению.

Но мы знаем из информации о проводе провода питания IEC, что сопротивление испытательного жгута находится в том же диапазоне, что и полное сопротивление батареи, поскольку длина кабеля между батареей и измерительным устройством может составлять от 500 мм до 1000 мм (19.От 7 дюймов до 39,4 дюйма).

Например:

Общее сопротивление измерительных проводов составляет 1,0 мОм, а полное сопротивление батареи — 3,0 мОм. Погрешность, вызванная сопротивлением измерительного провода, существенна по отношению к батарее, в идеале сопротивление измерительного провода должно быть 0 мОм, чтобы он не оказывал никакого воздействия, но это невозможно. Следовательно, для точного измерения низкого сопротивления или низкого импеданса требуется метод измерения, который снижает сопротивление испытательного провода.Этого можно добиться, используя 4-проводное соединение, также известное как соединение Кельвина.

Ниже представлена ​​схема всех ключевых компонентов устройства измерения импеданса, подключенного к батарее с помощью 4-проводного соединения.

Из приведенной выше схемы видно, что цепи тестового сигнала и сигнала считывания разделены. Ток тестового сигнала проходит только через провода тестового сигнала и аккумулятор. В результате разделения сопротивление провода тестового сигнала не влияет на измерение.

По цепи считывания протекает крошечный ток, который в этом случае может быть приближен к нулю. Поскольку ток не течет, на сопротивлении измерительного провода нет падения напряжения (закон Ома; напряжение = сопротивление x ток), поэтому вольтметр считывает напряжение только на импедансе батареи (полное сопротивление батареи x ток тестового сигнала). Таким образом, устранено влияние сопротивления сенсорного провода.

Как вы можете видеть, 4-проводная технология учитывает сопротивление в испытательном жгуте, не влияя на точность измерения.Этот метод не является уникальным для индустрии измерения аккумуляторов и широко используется в других приборах.

Дополнительное сопротивление

Показания батареи, снятые с различными типами соединений, имеют широкий диапазон значений, даже если это одна и та же батарея.

Батарея A: от 186 мкОм до 1223 мкОм

Батарея B: от 194 мкОм до 1179 мкОм

Диапазон значений обусловлен разными соединениями между глюкометром и батареей. Наиболее точные показания получены при четырехполюсном соединении, наихудшие — при нахождении измерительного щупа на болте.

Ниже электрическая модель, которая показывает введение дополнительного сопротивления на пути, такого как болт, шайба / бирка, столб аккумуляторной батареи и т. Д.

Когда дополнительное сопротивление вводится в контур цепи считывания, через который проходит ток тестового сигнала, дополнительное сопротивление становится частью измерения и, следовательно, более высоким показанием.

Портативное против постоянного

Самым точным результатом считывания было 4-проводное соединение с использованием четырех выводов батареи, этот тип соединения может быть достигнут с помощью постоянного монитора, но не очень практичен для портативного прибора.

Датчики для портативного прибора могут создавать соединение в градусах Кельвина при использовании многоточечного подхода, но расстояние между датчиком и точкой сигнала небольшое и фиксированное, поэтому соединение с четырьмя выводами батареи невозможно.

Пример подключения зонда Кельвина (4-проводный) ниже.

На приведенном выше рисунке вы можете видеть, что зонд имеет внешнее соединение, затем изоляцию и внутреннее соединение. Таким образом, цепи тестового сигнала и считывания разделены.

Тестер аккумуляторов Hioki обеспечивает доступ к соединениям датчиков и тестовых сигналов, что позволяет подключать различные типы жгутов вместо стандартных тестовых щупов. Поскольку соединения доступны, Hioki можно подключать ко всем четырем клеммам батареи в соответствии с типом соединения №5 с другим жгутом проводов. Это практично только в лабораторных условиях и нецелесообразно и не безопасно при реальной установке.

Детали подключения

#	Соединение	Аккумулятор A	Аккумулятор B	Детали
1	Зонд на болтовом соединении	1223	1179	Болт имеет значительное сопротивление, и это сопротивление становится частью цепи считывания, потому что ток тестового сигнала течет через болт.
2	Зонд на батарее	640	598	Это соединение является улучшением по сравнению с №1. Однако сопротивление меток батареи является частью измерения.
3	Зонд на посту	560	554	Это самое низкое показание для датчиков портативного тестера, и такое расположение позволило устранить сопротивление болта и шайбы аккумулятора. Этот тип подключения не подходит для постоянных мониторов батарей.

Все показания в приведенной выше таблице даны в микроомах.

# 4 Соединение на две стойки и четыре метки

Батарея A 569 мкОм и батарея B 564 мкОм. Тестовый сигнал подается через большие зажимы типа «крокодил» на фотографии, а сигнал считывания — зажимы меньшего размера, оба сигнала подключаются с помощью ярлыков батареи.

Этот результат очень похож на результат подключения 3 и обеспечивает сопоставимые значения между подключением ручного датчика и постоянным подключением монитора батареи. Таким образом, это рекомендуемые точки подключения при сравнении ручного измерения с постоянным системным измерением в полевых условиях.

# 5 Соединение с четырьмя стойками и четырьмя бирками

Батарея A 186 мкОм и батарея B 194 мкОм. Тестовый сигнал подается через большие зажимы типа «крокодил» на клеммах аккумулятора A-1, а сигнал считывания подключается к клеммам аккумулятора A-2, оба сигнала подключаются с помощью меток аккумулятора.

Это соединение обеспечивает наименьшее и наиболее точное показание для батареи, так как в цепи считывания не вводится дополнительное сопротивление, но этот тип соединения практичен только для систем постоянного контроля заряда батареи.

Ниже представлена ​​электрическая модель четырехполюсного соединения, и в этой модели вы можете видеть, что ток тестового сигнала не течет в тракте A-2, поэтому дополнительное сопротивление в тракте A-1 и A-2 не имеет влияние на измерение импеданса.

Сводка

Из измерений видно, что расположение датчика очень важно, так как оно оказывает большое влияние на показания.

Значение чтения также очень зависит от типа соединения. В многополюсной батарее измеренное значение зависит от количества столбов, используемых при измерении.

Невозможно сравнить портативный прибор с двумя выводами на батарее с постоянным монитором батареи с четырьмя выводами на батарее, даже если они используют один и тот же тестовый сигнал / метод.

При сравнении выполненных измерений импеданса необходимо проявлять осторожность и понимание.

Хотите узнать, как PowerShield может помочь вашей организации в управлении батареями? Не стесняйтесь обращаться к нам.

Об авторе

Обладая более чем 20-летним опытом работы в сфере мониторинга аккумуляторов в качестве технического менеджера в PowerShield, Пол Гекторс является опытным экспертом, предоставляющим ценную информацию об управлении аккумуляторными батареями. Опыт работы Пола связан с разработкой электроники, а также с проектированием и разработкой датчиков для аккумуляторов в резервных приложениях.

(PDF) Сравнение нескольких методов определения внутреннего сопротивления литий-ионных элементов

Сенсоры 2010, 10

9. Хуэт, Ф. Обзор измерений импеданса для определения состояния заряда или

состояние аккумуляторных батарей. J. Power Sources 1998, 70, 59-69.

10. Copetti, J.B .; Chenlo, F. Обзор измерений импеданса состояния заряда или состояния

вторичных батарей.J. Power Sources 1994, 47, 109-118.

11. BS 6290-4: 1997 Свинцово-кислотные стационарные элементы и батареи. спецификация классифицирующей арматуры

регулируемых типов; Британский институт стандартов: Лондон, Великобритания, 1997.

12. Стационарные свинцово-кислотные батареи ― Часть 11: Вентилируемые типы ― Общие требования и методы испытания

; IEC: Женева, Швейцария, 2002.

13. Sajfar, I .; Malaric, M; Буллоу, Р.П. Герметичные батареи в распределительных сетях с ограничением переходных процессов

Методы измерения их внутреннего сопротивления.In Proceedings of

Intelec’96 ― International Telecommunications Energy Conference, Boston, MA, USA,

6-10 октября 1996 г.

14. Метод внутренней диагностики собранных литий-ионных элементов; Исследования в области электрических технологий

Институт: Токио, Япония, 1996.

15. Донепуди, В.С.; Конвей, Б. Электрохимическая калориметрия цинковых и бромных электродов в цинк-бромных и цинково-воздушных батареях

. J. Electrochem.Soc. 1984, 131, 1477–1485.

16. Gualous, H .; Bouquain, D .; Бертон, А .; Кауфманн, Дж. М. Экспериментальное исследование последовательного изменения сопротивления и емкости суперконденсатора

в зависимости от температуры. J. Power Sources 2003, 123,

86-93.

17. Kobayashi, Y .; Miyashiro, H .; Kumai, K .; Takei, K; Ивахори, Т .; Uchidab, I. Прецизионная электрохимическая калориметрия

LiCoO2 / графитового литий-ионного элемента, понимание термического поведения

и оценка механизма деградации.J. Electrochem. Soc. 2002, 149, A978-A982.

18. Карден Э. Использование низкочастотной импедансной спектроскопии для определения характеристик, мониторинга и моделирования

промышленных батарей; Shaker Verlag GmbH: Аахен, Германия, 2001.

19. Кумар В.Г .; Munichandraiah, N .; Шукла, А. Параметры импеданса электрода и внутреннее сопротивление

герметичной никель / металлогидридной ячейки. J. Power Sources 1996, 63, 203-208.

20. Schweiger, H.-G .; Мультерер, М.; Горс, Х.Дж. Быстрый многоканальный прецизионный термометр. IEEE T.

Instrum. Измер. 2007, 56, 2002-2009.

21. Система накопления энергии в рамках инициативы VDA для HEV, спецификация испытаний литий-ионных аккумуляторных систем для гибридных и электромобилей

; VDA: Франкфурт, Германия, 2007.

22. Фиксированные электрические двухслойные конденсаторы для использования в электронном оборудовании ― Часть 1: Общая спецификация

; IEC: Женева, Швейцария, 2006.

23. Berndt, D.Необслуживаемые батареи, 3-е изд .; Research Studies Press: Baldock, UK, 2003.

24. Schiller, C.A .; Каус, Р. Определение и обработка ошибок в режиме онлайн для данных измерений EIS

на основе автокорреляции взвешенных гармоник; Европейский интернет-центр импеданса

Спектроскопия: София, Болгария, 2008.

25. Schiller, C.A .; Каус, Р. Обработка онлайн-определения ошибок EIS. Bulg. Chem. Commun. 2009,

41, 192–198.

26.Van Schalkwijk, W.A .; Scrosati, B .; Аурбах, Д. Достижения в литий-ионных батареях; Kluwer

Academic: New York, NY, USA, 2002.

Почему внутреннее сопротивление батареи со временем увеличивается? Импеданс?

Зависимость полного сопротивления батареи от сопротивления батареи Сопротивление — это противодействие текущему току. Импеданс включает сопротивление и любое дополнительное сопротивление потоку переменного тока из-за факторов такие как индуктивность, емкость и выпрямление.В большинстве аккумуляторных приложений импеданс = сопротивление, но измерения импеданса на более высоких частотах утилита в импульсных приложениях и при тестировании батарей. Кроме того, AC Измерение импеданса выполняется быстрее и включает в себя измерение постоянного тока, поэтому сортировка батарейки практичны. Общие факторы, влияющие на аккумулятор сопротивление Факторы, влияющие на сопротивление батареи: Сопротивление проводника, как в металлическом компоненте электродные пластины и конвейерные и соединительные провода, пластины и фольга Электролитное сопротивление. Ионная подвижность Эффективность сепаратора Скорость реакции на электродах Концентрационная поляризация из-за переноса реактивного сопротивления а также удаление и проводимость продуктов реакции Активационная поляризация из-за узких мест в стадия переноса заряда электродной реакции Температурные эффекты реакции и скорости переноса Сопротивление проводника По мере старения батареи коррозия металлические носители тока, в частности, пластины или фольги, на которых активные материалы могут уменьшить их поперечное сечение, и поэтому увеличивайте их сопротивление Сопротивление электролита и ионная подвижность Электролит сопротивление зависит от количества носителей заряда и подвижности носители заряда через него.По мере старения батареи компоненты электролит расходуется на коррозию металлических компонентов в батарее, и в других вторичных химических реакциях, что снижает их концентрацию и уменьшение количества носителей заряда. Скопление продуктов реакции может также увеличьте вязкость и поляризуйте электролит так, чтобы ион подвижность снижена. Конкретный пример — свинцово-кислотная химия. В виде аккумулятор разряжен, концентрация электролита снижается, становясь чистой водой, когда аккумулятор полностью разряжен.Из-за этого изменения в концентрация электролита сопротивление батареи увеличивается во время увольнять. Потеря электролита также является частой причиной повышенного электролитное сопротивление. Это может происходить из-за миграции воды через пластик. или резиновые уплотнения, перезарядка и вентиляция. Эффективность сепаратора Сепараторы непроводящие листы, которые предотвращают электрический контакт электродов, но все же должны быть пористыми, чтобы позволить ионам проходить через них.Как батарея стареет реакция продукты и продукты коррозии могут забивать поры, тем самым уменьшая ионную расход и увеличение сопротивления батареи. Скорость реакции на электродах При старении батареи электроды могут менять пористость, кристаллическую структуру и химический состав. состав, увеличивающий сопротивление батареи. Из никелевого металла гидридные батареи отрицательный электрод состоит из слоя металлических частиц связаны с никелевой фольгой. Частицы металла поглощают водород во время зарядки и десорбировать во время разряда.Электролит медленно разъедает металлические частицы, увеличение мертвого слоя на поверхности зерна, что делает его более твердым чтобы ионы водорода попадали в металл и выходили из него, увеличивая сопротивление. В свинцово-кислотных аккумуляторах больших размеров, непроводящие, менее растворимые кристаллы сульфата свинца растут, когда аккумулятор остается незаряженным или частично заряжен, что увеличивает сопротивление аккумулятора. Литий-ионный аккумуляторы ионных рецепторных каналов как в положительном, так и в отрицательном электроды могут разрушиться или забиться металлическим литием или продуктами коррозии Концентрационная поляризация Батареи с жидким электролитом полагаться на диффузию для получения свежих реагентов на поверхности электродов.Диффузия обычно является медленным процессом, поэтому реагенты обычно истощаются около поверхность электрода. Разница в концентрации, существующая между поверхность электрода и объем электролита создают разность потенциалов, которая похоже на повышение сопротивления. Активационная поляризация Активационная поляризация происходит от скорость химической реакции на поверхности электрода. Факторы, которые На это влияют термодинамика реакции и площадь поверхности.Пористые электроды часто используются для увеличения площади поверхности, но в качестве батарея стареет, поры могут закупориваться продуктами реакции, электродный материал или продукты коррозии. No related posts. Previous Как определить обслуживаемый аккумулятор или нет: «Как различить обслуживаемый и необслуживаемый аккумулятор?» – Яндекс.Кью Next Источники энергии традиционные и альтернативные: Альтернативные источники энергии | Ecodevelop Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт