Измеряем внутреннее сопротивление аккумулятора

Отличная запись и толковые обсуждения по теме. Думать.
Особенно понравилось замечание об удовольствии в амперчасах… )))

ИСТОЧНИК.

Сделал поиск по Форуму , разговоров про внутреннее сопротивление много , но отдельной Темы про простой способ его измерения не нашёл , а оно очень её заслуживает …Хочу здесь поделиться своим скромным опытом …Писанина займет некоторое время , поэтому буду пополнять буквы постепенно , здесь , в первом сообщении… Большая просьба к присутствуюшим воду в теме попусту не лить ( свою эрудицию по-пусту не показывать )…Замечаниям по-существу вопроса , буду только рад . Надеюсь , что в итоге , с учётом Ваших замечаний и дополнений , Тема будет раскрыта полностью…
Пара слов о том , что представляет собой внутреннее сопротивление …- в моём представлении ,это совокупность разных физических и химических процессов происходящих в элементе отражающая способность проводить электрический ток , плюс собственно сопротивление выводов элемента….Глубже вникать особого практического смысла — нет….
Давно знал и понимал как это сделать , но впервые сделал это практически …Измерения очень просты , но доставили массу удовольствия и главное — позволили глубже понять суть работы аккумулятора , что очень необходимо при экплуатации аккумулятора…Но об этом более подробно , чуть позже…
Измерял внутренне сопротивление отдельных б\у Li-ion элементов 18650 от ноутбуков , а затем внутренне сопротивление нескольких элементов включенных впараллель…Метод измерения следующий : для измерения достаточно иметь цифровой мультиметр , позволяющий измерять постоянные напряжения и ток , и автомобильную лампочку ( лучше , если это будет лампочка помощнее , двух-спиральная )…
Ниже приведу реальные результаты измерений и расчёты , которые получились у меня…
1.Измеряем напряжение на элементе БЕЗ нагрузки — Uб=4,08 Вольт;
2.Измеряем напряжение на элементе  при подключенной лампочке Uн=3,91 Вольта;
3.Измеряем силу тока через лампочку Iн = 1,55 Ампер ( сама величина тока в данном случае особого значения не имеет, важна лишь численная его величина и величина падения напряжения на элементе при данном токе…, — реально измерив вн. сопротивление при разных токах ,Вы получите практически одну и ту же величину Rвн );
Закончив измерения , можно уже сосчитать внутренне сопротивление и сделать кое-какие важные выводы….Rвн=(Uб — Uн)/Iн=(4,08 — 3,91)/1,55= 0,1097 ОмСамо значение Rвн=0,11 Ом пока мало о чём говорит , но лишь до тех пор , пока мы не сделаем попытку как-то его использовать практически…
Рассмотрим пример , немного утрированный , но очень показательный , который проявит саму СУТЬ….
Допустим , мы хотим из именно таких пяти  элементов сделать батарею на 21 Вольт ( 4,2*5=21) , соединив их последовательно, и нагружать эту батарею током 10 Ампер …( пока не важно , что данный элемент с ёмкость С=2,2 А/ч нельзя грузить током 4С , речь о другом )…
Подключать сразу не будем — пока просто посчитаем….
Имеем заряженный до 4,2 В элемент с внутренним сопротивлением  Rвн=0,11 Ом…
Падение напряжения на внутреннем сопротивлении будет равно:Urвн= Rвн*Iн=0,11 Ом * 10А = 1,1 Вольт …,напряжение на элементе равно -4,2 — 1,1 = 3,1 Вольт !Вот УЖАС в чистом виде ….Мало того , что вместо ожидаемых 21 Вольта мы будем иметь — 3,1*5=15,5 Вольт , кроме того мы ещё 55 Вт( 1,1 В * 10 А * 5 ) будем тратить просто на нагрев элементов ( и поверьте — он их нагреет , мама , не горюй…)!
И что , на элементах от ноутбука ездить нельзя ? На самом деле — можно , но для этого придётся соединить элементы параллельно….Но ведь внутреннее сопротивление элементов не изменится , как их не соединяй , возразите Вы …Да , не изменится , но здесь дело уже не во внутреннем сопротивлении элемента , как таковом …Ситуация будет совсем иной потому , что при параллельном соединении элементов снизится отбираемый от каждого элемента ток во столько раз , сколько элементов Вы соединили в параллель ….Немного цифр -Ток нагрузки Iн=10 Ампер . Если соединить параллельно пять элементов , ток , отбираемый от каждого элемента снизится в пять раз , т.е. будет равен -Iэ=Iн/5=10А/5=2Ампера …И это круто меняет ситуацию — падение напряжение на вн. сопр. составит :Urвн= Rвн*Iн=0,11 Ом * 2А = 0,22 Вольт …,напряжение на элементе ( и на всей секции из пяти параллельных элементов ) будет равно —

4,2 — 0,22 = 3,98 Вольт .

И это совсем другое дело ….Если взять и соединить последовательно пять таких параллельных секций , мы получим батарею с напряжением —

Uбат=3,98В*5=19,9 Вольт , емкостью —
Сбат=2,2А/ч*5=11А/ч….

способную отдать в нагрузку ток 10 Ампер….
Вот , как-то так…

P.S. ….поймал себя на мысли , что удовольствие тоже можно мерить в А/ч….. :-)

____________________

Согласен , что описанный выше метод может привести к большой погрешности в измерениях внутреннего сопротивления , но …., на самом деле , абсолютная величина этого сопротивления нас интересует мало — нам важен сам способ , который даст возможность объективно и достаточно быстро оценить » здоровье » каждого элемента …Практика показала , что сопротивления элементов отличаются в разы…, и зная только величину внутреннего сопротивления можно легко найти «симулянтов»….
Измерение внутреннего сопротивления LiFePO4 элементов , рассчитанных на очень большие разрядные токи , может вызвать некоторые трудности , связанные с необходимостью нагружать их очень большими токами …, но про это ничего сказать не могу , тк практически этого не делал….

« Последнее редактирование: 18 Май 2013 в 17:29:22 от варп »



И ещё немного:
Источник

Как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора

Условная схема аккумулятора       с внутренним источником тока и внутренним сопротивлением

Если замкнуть плюс и минус аккумулятора, то получим ток короткого замыкания Ie = U / Re , как будто внутри есть сопротивление Re . Внутреннее сопротивление зависит от электрохимических процессов внутри элемента, в том числе и от тока.

При слишком большом токе аккумулятор испортится, и даже может взорваться. Поэтому не замыкайте плюс и минус. Достаточно мысленного эксперимента.

Величину Re можно оценить косвенно по изменению тока и напряжения на нагрузке Ra . При небольшом уменьшении сопротивления нагрузки Ra до Ra‑dR ток увеличивается от Ia до Ia+dI. Напряжение на выходе элемента Ua=Ra×Ia при этом уменьшается на величину dU = Re × dI . Внутреннее сопротивление определяется по формуле Re = dU / dI

Для оценки внутреннего сопротивления аккумулятора или батарейки я добавил в схему измерителя ёмкости резистор 12ом и тумблер (ниже на схеме показана кнопка), чтобы изменять ток на величину dI = 1.2 V / 12 Ohm = 0.1 А . Одновременно нужно измерять напряжение на аккумуляторе или на резисторе R .

Можно сделать простую схему только для измерения внутреннего сопротивления по образцу, показанному на рисунке внизу. Но всё же лучше сначала немного разрядить аккумулятор, и после этого измерить внутреннее сопротивление. В середине разрядная характеристика более пологая, и измерение будет более точным. Получится «среднее» значение внутреннего сопротивления, которое остаётся стабильным достаточно большое время.

Пример определения внутреннего сопротивления

Подключаем аккумулятор и вольтметр. Вольтметр показывает 1.227V . Нажимаем кнопку: вольтметр показывает 1.200V .
dU = 1.227V — 1.200V = 0.027V
Re = dU / dI = 0.027V / 0.1A = 0.27 Ohm
Это внутреннее сопротивление элемента при токе разряда 0.5А

Тестер показывает не dU, а просто U. Чтобы не ошибиться в устном счёте, я делаю так.
(1) Нажимаю кнопку. Аккумулятор начинает разряжаться, и напряжение U начинает уменьшаться.
(2) В момент, когда напряжение U достигнет круглой величины, например 1.200V, я отжимаю кнопку, и сразу вижу величину U+dU, например 1.227V
(3) Новые цифры 0.027V — и есть нужная разница dU.

По мере старения аккумуляторов их внутреннее сопротивление увеличивается. В какой-то момент вы обнаружите, что ёмкость даже свежезаряженного аккумулятора невозможно измерить, так как при нажатии кнопки Start реле не включается и часы не запускаются. Это получается потому, что напряжение на аккумуляторе сразу снижается до 1.2V и менее. Например, при внутреннем сопротивлении 0.6 ом и токе 0.5 А падение напряжения составит 0.6×0.5=0.3 вольта. Такой аккумулятор не может работать при токе разряда 0.5А, который требуется, например, для кольцевой светодиодной лампы. Этот аккумулятор можно использовать при меньшем токе — для питания часов или беспроводной мышки. Именно по большой величине внутреннего сопротивления современные зарядные устройства, вроде MH-C9000, определяют, что аккумулятор неисправен.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора

Для оценки внутреннего сопротивления АКБ можно использовать лампу от фары. Это должна быть лампа накаливания, например, галогеновая, но не светодиодная. Лампа 60вт потребляет ток 5А.

При токе 100А на внутреннем сопротивлении АКБ не должно теряться более 1 Вольта. Соответственно, при токе 5А не должно теряться более 0.05 Вольта (1В * 5А / 100А). То есть, внутреннее сопротивление не должно превышать 0.05В / 5А = 0.01 Ома.

Подключите параллельно аккумулятору вольтметр и лампу. Запомните величину напряжения. Отключите лампу. Обратите внимание, насколько увеличилось напряжение. Если, допустим, напряжение возросло на 0.2 Вольта (Re = 0.04 Ома), то аккумулятор испорчен, а если на 0.02 Вольта (Re = 0.004 Ома), то он исправен. При токе 100А потеря напряжения будет всего 0.02В * 100А / 5А = 0.4В

С помощью лампочки можно также оценить ёмкость автомобильной батареи.




Источник информации

Внутреннее сопротивление аккумулятора. Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора?

1. Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора?

Возьмем свинцовый кислотный аккумулятор с емкостью 1 А*час и с номинальным напряжением 12 В. В полностью заряженном состоянии аккумулятор имеет напряжение примерно U = 13 В. Какой ток I потечет через аккумулятор, если к нему подключить резистор с сопротивлением R=1 Ом? Нет, не 13 ампер, а несколько меньше — около 12.2 А. Почему? внутреннее сопротивление аккумулятора Если мы измерим напряжение на аккумуляторе, к которому подключен резистор, то увидим, что оно примерно равно 12.2 В — напряжение на аккумуляторе упало из-за того, что скорость диффузии ионов в электролите не бесконечно велика.

Электрики в своих расчетах привыкли составлять электрические цепи из элементов с несколькими полюсами. Условно, можно и аккумулятор представить в виде двухполюсника с ЭДС (электродвижущей силой — напряжением без нагрузки) E и внутренним сопротивлением r. При этом предполагается, что часть ЭДС аккумулятора падает на нагрузке, а другая часть — на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Иначе говоря, предполагается, что верна формула:

E = ( R + r ) * I

Почему внутреннее сопротивление аккумулятора — условная величина? Потому что свинцовый аккумулятор — принципиально нелинейное устройство и его внутреннее сопротивление не остается постоянным, а изменяется в зависимости от нагрузки, заряженности аккумулятора и многих других параметров, о которых мы поговорим чуть позднее. Поэтому точные расчеты работы аккумуляторов нужно проводить, пользуясь разрядными кривыми, предоставляемыми производителем аккумуляторов, а не внутренним сопротивлением аккумулятора. Но для расчетов работы цепей, связанных с аккумулятором, внутреннее сопротивление аккумулятора использовать можно, отдавая себе каждый раз отчет в том, о какой величине идет речь: о внутреннем сопротивлении аккумулятора при зарядке или разряде, о внутреннем сопротивлении аккумулятора на постоянном токе или переменном, а если переменном, то какой частоты и т.д.

Теперь, вернувшись к нашему примеру, мы можем примерно определить внутреннее сопротивление аккумулятора 12 В, 1 А*час на постоянном токе.

r = ( E — U ) / I = (13В — 12.2В ) / 1А = 0.7 Ом.

2. Как связаны внутреннее сопротивление аккумулятора и проводимость аккумулятора?

По определению, проводимость — есть величина обратная сопротивлению. Поэтому и проводимость аккумулятора S обратна внутреннему сопротивлению аккумулятора r.

S = 1 / r

Единицей проводимости аккумулятора в системе СИ являются Сименсы (См).

3. От чего зависит внутреннее сопротивление аккумулятора?

Падение напряжения на свинцовом аккумуляторе не пропорционально разрядному току. При больших разрядных токах, диффузия ионов внутреннее сопротивление аккумулятора и ток электролита происходит в свободном пространстве, а при маленьких токах разряда аккумулятора — сильно ограничивается порами активного вещества пластин аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумулятора при больших токах в несколько раз (для свинцового аккумулятора) меньше, чем внутреннее сопротивление того же аккумулятора при малых токах.

Как известно, аккумуляторы большой емкости больше и массивнее аккумуляторов малой емкости. У них больше рабочая поверхность пластин и больше пространства для диффузии электролита внутри аккумулятора. внутреннее сопротивление аккумулятора и емкость Поэтому внутреннее сопротивление аккумуляторов большой емкости меньше, чем внутреннее сопротивление аккумуляторов меньшей емкости.Измерения внутреннего сопротивления аккумуляторов на постоянном и переменном токе показывают, что внутреннее сопротивление аккумулятора сильно зависит от частоты. Ниже приводится график зависимости проводимости аккумуляторов от частоты, который взят из работы австралийских исследователей.

внутреннее сопротивление аккумулятора и частота
Из графика следует, что внутреннее сопротивление свинцового аккумулятора имеет минимум при частотах порядка сотен герц.

При высокой температуре скорость диффузии ионов электролита выше, чем при низкой. Эта зависимость имеет линейный характер. Она и определяет зависимость внутреннего сопротивления аккумулятора от температуры. внутреннее сопротивление аккумулятора и температура При более высокой температуре, внутреннее сопротивление аккумулятора ниже, чем при низкой температуре.

Во время разряда аккумулятора, количество активной массы на пластинах аккумулятора уменьшается, что приводит к уменьшению активной поверхности пластин. внутреннее сопротивление аккумулятора и заряженность Поэтому внутреннее сопротивление заряженного аккумулятора меньше, чем внутреннее сопротивление разряженного аккумулятора.

4. Можно ли использовать внутреннее сопротивление аккумулятора для проверки аккумулятора?

Уже довольно давно известны приборы для проверки аккумуляторов, принцип действия которых базируется на связи между внутренним сопротивлением аккумулятора и емкостью аккумулятора. Некоторые приборы (нагрузочные вилки и подобные приборы) предлагают оценить состояние аккумулятора по напряжению аккумулятора под нагрузкой (что похоже на измерение внутреннего сопротивления аккумулятора на постоянном токе). Применение других (измерителей внутреннего сопротивления аккумулятора на переменном токе) основано на связи внутреннего сопротивления с состоянием аккумулятора. Третий тип приборов (измерители спектров) позволяет сравнивать спектры внутреннего сопротивления аккумуляторов на переменном токе различных частот и делать выводы о состоянии аккумулятора на их основе.

Само по себе внутреннее сопротивление (или проводимость) аккумулятора позволяет только качественно оценить состояние аккумулятора. К тому же, производители подобных приборов не указывают, на какой частоте происходит измерение проводимости и каким током производится испытание. А, как мы уже знаем, внутреннее сопротивление аккумулятора зависит и от частоты и и от тока. Следовательно, измерение проводимости не дает количественной информации, которая позволила бы пользователю прибора определить, сколько времени проработает аккумулятор при следующем разряде на нагрузку. Этот недостаток связан с тем, между емкостью аккумулятора и внутренним сопротивлением аккумулятора нет однозначной зависимости.

Самые современные тестеры аккумуляторов основаны на анализе осциллограммы отклика аккумулятора на сигнал специальной формы. Они быстро оценивают емкость аккумулятора, что позволяет следить за износом и старением свинцового аккумулятора, рассчитать длительность разряда аккумулятора при данном его состоянии и составить прогноз оставшегося ресурса свинцового аккумулятора.

Берегите природу. Не выбрасывайте вышедшие из строя аккумуляторы — сдавайте их для утилизации в специализированную фирму.

 



Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Об авторе

Толстый
Сервисный инженер. IT-ветеринар. Починяю ноутбуки, мониторы и прочие примусы...

Оставить комментарий

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: