Ako merať vnútorný odpor batérie

Vnútorný odpor (IR) lítium-iónovej batérie je možné merať pomocou rôznych techník. Najpoužívanejšie sú skúšky zaťaženia EIS a DC. EIS alebo elektrochemická impedančná spektroskopia zahŕňa aplikáciu malého sínusového signálu (zvyčajne v rozsahu MHz) na batériu a meranie výsledného napätia a prúdu. Pomer napätia k prúdu je známy ako impedancia, ktorú možno použiť na výpočet vnútorného odporu batérie. EIS sa môže vykonávať pomocou špecializovaného zariadenia, ako je potenciostat alebo analyzátor frekvenčnej odozvy. Táto metóda je široko používaná v priemysle a má vysokú presnosť a vedecké aplikácie.

Druhou a oveľa bežnejšou metódou merania vnútorného odporu (IR) lítium-iónovej batérie je zaťaženie batérie a meranie poklesu napätia cez svorky. Táto metóda je tiež známa ako testovanie zaťaženia alebo testovanie odporu jednosmerného prúdu. Je to jednoduchá a široko používaná metóda na meranie IR batérie. Pri tejto metóde sa zaťaženie batérie aplikuje pripojením odporu cez jej svorky. Záťaž sa zvyčajne volí ako odpor s nízkou hodnotou, aby sa minimalizoval vplyv na batériu. Multimeter sa potom používa na meranie napätia na svorkách batérie. IR batérie je možné vypočítať vydelením poklesu napätia cez svorky zaťažovacím prúdom.

V tomto článku vysvetlíme, čo je IR (vnútorný odpor). Prejdeme si tiež, ako ho testovať a aký je normálny rozsah IR pre zdravé batériové články.

Čo je IR (vnútorný odpor)?

Vnútorný odpor (IR) je dôležitou charakteristikou lítium-iónovej batérie, pretože môže výrazne ovplyvniť výkon batérie. IR batérie predstavuje odpor voči toku prúdu v batérii a ako taký môže mať významný vplyv na schopnosť batérie dodávať energiu.

Vysoký vnútorný odpor môže viesť k mnohým problémom vrátane:

• Pokles napätia: Keď sa batéria zaťaží, napätie na svorkách klesne, čo môže viesť k zníženiu dostupného výkonu.
• Znížená účinnosť: Vysoké IR môže viesť k zníženiu celkovej účinnosti batérie, pretože viac energie sa stráca ako teplo namiesto toho, aby sa dodávalo do záťaže.
• Znížená kapacita: Vysoké IR môže viesť k zníženiu kapacity batérie, pretože napätie naprieč svorkami klesne rýchlejšie, keď sa batéria vybije.
• Znížená životnosť: Vysoký IR môže viesť k zníženiu počtu cyklov nabíjania/vybíjania, ktorými môže batéria prejsť predtým, ako ju bude potrebné vymeniť.

Nízky vnútorný odpor je žiaduci, pretože vedie k lepšiemu výkonu a dlhšej životnosti batérie. Nízky vnútorný odpor umožňuje, aby batéria dodávala viac energie a udržiavala vyššie napätie naprieč terminálmi, čo vedie k lepšej účinnosti a kapacite. Použitie IR na výber optimálnych článkov pri stavbe batérie môže zabezpečiť najlepší výkon.

Meranie vnútorného odporu lítium-iónovej batérie je dôležité, aby sa zabezpečilo, že batéria je v dobrom stave a že bude fungovať podľa očakávania. Je tiež dôležité, aby systémy riadenia batérií BMS monitorovalo vnútorný odpor batérií, aby zistili akékoľvek problémy a prijalo nápravné opatrenia na ich zmiernenie.

Ako merať IR krok za krokom

Krok 1: Pripojenie odporu: Pripojte odpor cez svorky batérie pripojením kladného vodiča odporu k kladnému pólu batérie a záporného vodiča odporu k zápornému pólu batérie. Použite vzorec uvedený nižšie na určenie, aký odpor použiť.

Krok 2: Zmerajte pokles napätia: Pomocou multimetra zmerajte pokles napätia cez svorky batérie. Uistite sa, že multimeter je nastavený na meranie jednosmerného napätia.

Krok 3: Vypočítajte IR: Vydeľte pokles napätia cez svorky zaťažovacím prúdom. Zaťažovací prúd je možné vypočítať vydelením napätia cez odpor hodnotou odporu.

Krok 4: Zaznamenajte výsledky: Zaznamenajte si získanú hodnotu IR, pretože ju možno použiť na porovnanie s inými batériami a na monitorovanie výkonu batérie v priebehu času.

Testery vnútorného odporu (IR)

Ak chcete jednoduchší a priamočiarejší spôsob merania IR, môžete vždy použiť špecializované IR testovacie zariadenie. Bez ohľadu na to, či to robíte manuálne alebo používate zariadenie, ktoré to robí za vás, je dôležité mať na pamäti, že hodnoty IR sa budú líšiť v závislosti od toho, ako je batéria nabitá. Z tohto dôvodu je vždy najlepšie merať IR, keď je batéria alebo článok v rozsahu menovitého napätia. To sa však líši od bunky k bunke, preto si vždy prečítajte údajový hárok buniek.

V našom obchode ponúkame nabíjačku Xtar VP4 Plus Dragon, ktorá dokáže merať vnútorný odpor batérie pomosov samostatných hrotov:

Nevýhody vysokého IR

Vysoký IR, tiché sklamanie

Je dôležité vedieť, čo je vysoký IR a ako ovplyvňuje výkon. V dôsledku toho, že si používateľ nie je vedomý, si nemusí uvedomiť, že nedostáva plný výkon svojej batérie. Vysoké IR v batérii spôsobuje pokles napätia pri zaťažení, čo znamená, že napätie dodávané do záťaže je nižšie ako napätie samotnej batérie.

To má za následok znížené množstvo energie dodávanej do záťaže a používateľ nezíska plný potenciálny výkon batérie. Ak si používateľ nie je vedomý tohto javu, môže si myslieť, že jeho batéria funguje normálne, hoci v skutočnosti nedodáva plný výkon, ktorý je schopná. To môže mať za následok, že batéria nebude schopná napájať zariadenie tak dlho, ako by mala, alebo zariadenie nebude fungovať optimálne.

Zníženie výkonu dodávaného do záťaže v dôsledku vysokého IR môže mať tiež významný vplyv na celkovú životnosť napájaného zariadenia. Keď zariadenie nedostáva plný výkon, ktorý potrebuje na prevádzku, je vystavené väčšiemu namáhaniu a môže generovať viac tepla.

Vysoký IR, indikátor rizika požiaru

Keď dôjde k poklesu napätia, znamená to, že sa stráca určitá energia a táto energia musí niekam ísť. V elektrických systémoch sa energia často premieňa na teplo, a preto pokles napätia môže spôsobiť, že sa niekde zahreje. Môže k tomu dôjsť v samotnej batérii alebo v iných komponentoch v elektrickom systéme, ako sú káble alebo konektory.

Teplo generované poklesom napätia môže spôsobiť poškodenie komponentov, čo vedie k zníženej spoľahlivosti a kratšej životnosti. Okrem toho môže teplo predstavovať aj bezpečnostné riziko, pretože môže spôsobiť, že komponenty sa dostatočne zahrejú na to, aby spôsobili požiar. Preto je dôležité minimalizovať poklesy napätia v elektrických systémoch, aby sa zachovala bezpečnosť, spoľahlivosť a výkon.

Aký je dobrý IR pre lítium-iónové články?

Rozsah normálneho vnútorného odporu (IR) pre lítium-iónové články sa môže líšiť v závislosti od typu článku a špecifikácií výrobcu. Vo všeobecnosti by však IR nového a zdravého lítium-iónového článku mal byť menší ako 20 miliohmov (mΩ) pre malé články (ako sú články používané v mobilných zariadeniach) a menší ako 100 mΩ pre väčšie články (ako sú články používané v elektrických vozidlách). Ako bunka starne alebo sa používa častejšie, IR sa môže zvýšiť.

Je dôležité poznamenať, že rôzne typy lítium-iónových batérií budú mať rôzne rozsahy vnútorného odporu. Napríklad batérie LiFePO4, ktoré sú známe svojou vysokou tepelnou stabilitou, majú nižší vnútorný odpor v porovnaní s batériami LiCoO2 alebo LiMn2O4. Okrem toho sa vnútorný odpor môže líšiť v závislosti od teploty, stavu nabitia a histórie cyklov nabíjania a vybíjania. Nová batéria bude mať nižší vnútorný odpor ako použitá.

Vo všeobecnosti je žiaduca nižšia hodnota vnútorného odporu, pretože to znamená, že batéria bude schopná dodať viac energie a bude mať dlhšiu životnosť. Je však dôležité mať na pamäti, že vnútorný odpor je len jedným z mnohých faktorov, ktoré ovplyvňujú výkon a životnosť batérie. Úlohu zohrávajú aj ďalšie faktory, ako je kapacita, teplota a cykly nabíjania a vybíjania.

Záver

Vnútorný odpor (IR) lítium-iónovej batérie zohráva rozhodujúcu úlohu pri určovaní výkonu a životnosti batérie. Vysoké IR má za následok pokles napätia pri zaťažení, čo môže viesť k zníženiu účinnosti, kapacity a životnosti batérie. To môže tiež viesť k tomu, že batéria nedodáva zariadeniu plný potenciálny výkon, čo môže zariadenie viac namáhať a generovať viac tepla. Meranie vnútorného odporu batérie je dôležité na zabezpečenie jej dobrého stavu a na monitorovanie jej výkonu v priebehu času.

Dve najbežnejšie používané metódy na meranie IR sú EIS (elektrochemická impedančná spektroskopia) a testovanie zaťaženia jednosmerným prúdom. EIS je vysoko presná metóda používaná v priemysle a vedeckých aplikáciách, zatiaľ čo testovanie zaťaženia jednosmerným prúdom je jednoduchá a široko používaná metóda na meranie IR. Testovanie zaťaženia jednosmerným prúdom zahŕňa aplikáciu záťaže na batériu a meranie jej poklesu napätia. Pokles napätia sa používa na výpočet vnútorného odporu batérie. Zvyčajne sa to robí aplikáciou konštantného prúdového zaťaženia na batériu a meraním napätia v batérii pred a po použití záťaže. Vnútorný odpor potom možno vypočítať pomocou Ohmovho zákona (V = IR).

Aby sa maximalizoval výkon a životnosť lítium-iónovej batérie, je dôležité monitorovať jej vnútorný odpor a v prípade potreby prijať nápravné opatrenia. Pochopením dôležitosti IR a jeho pravidelným monitorovaním môžu používatelia zabezpečiť, aby ich batéria dodávala plný potenciálny výkon a aby napájané zariadenie fungovalo optimálne.

Článok prevzatý z originálu na stránkach CELL SAVIORS

Prípadne iný článok na Mr Toogood's Physics