Как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора 18650: Как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора

Содержание

Как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора

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 лампочи можно также оценить ёмкость автомобильной батареи .

Внутреннее сопротивление аккумулятора – как определить правильное сопротивление

Любой электрический приемник обладает внутренним сопротивлением. Понятие включает омическое сопротивление и сопротивление поляризации, зависит от материалов изготовления внутренних конструкций, свойств электролита, состояния токопроводов. Внутреннее сопротивление аккумулятора – величина переменная, зависит от температуры, степени сульфатации, состояния клемм и контактов внутри корпуса АКБ.

Норма определяется экстраполированием разрядной кривой. Абстрактная величина внутреннего сопротивления в расчетах не используется.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора

Разберем, как измерить внутреннее сопротивление стартовых кислотных аккумуляторов. Используем галогеновую автомобильную лампу мощностью 60 Вт, силой тока 5 А в качестве сопротивления с известными параметрами. При условии, что потери на внутреннее сопротивление не должны превышать 1 %, проведем замеры.

Параллельно аккумулятору нужно подключить вольтметр и лампу. Записать напряжение. Отключить лампу, записать напряжение. Сопротивление лампы в 5А должно создать потерю напряжения 0,05 В при токе в 100 А. ( 1В*5А/100А)

Если при замерах сопротивление увеличилось до 0,05 В, аккумулятор исправен. Величина больше 0,2 В показывает, в аккумуляторе велико внутреннее сопротивление, нужно искать причину.

Измерение внутреннего измерения свинцового аккумулятора мало изменяется от конструктивных элементов , отрицательных электродов и губчатого свинца.

А вот активная замазка и положительный электрод оказывают сопротивление прохождению тока в 10 тысяч раз большее. С повышением степени сульфатирования, усиливается сопротивление, при постоянном напряжении падает сила тока. При получении зарядного тока кристаллы разрушаются, сопротивление уменьшается.

Важно, что прямое воздействие на внутреннее сопротивление оказывает температура электролита. При замерзании электролита он работает, как изолятор. Идеально электролитическая реакция идет при 15 ⁰ С и плотности электролита 1,25 г/см3. Повышение температуры также негативно сказывается на проходимости заряда-разряда в аккумуляторе автомобиля. Каким должно быть внутреннее сопротивление в рассматриваемый момент зависит от температуры и степени заряда аккумулятора.

Отдельно нужно рассмотреть сопротивление сепаратора – прокладки между положительной и отрицательной пластиной. Она не является препятствием для движения диссациированной массы электролита, но создает сопротивление поляризации. На поверхности создается двойной электрический слой, являющийся препятствием к прохождению заряда.

Свойство стартерных аккумуляторов накапливать и отдавать большой ток, обусловлено низким внутренним сопротивлением этого вида аккумуляторов. Показатель также зависит от частоты питающего тока.

Норма внутреннего сопротивления нового аккумулятора составляет 0,005 Ом при температуре 15-20 ⁰ С, но с момента эксплуатации величина неуклонно растет. Какое состояние устройства в текущий момент можно определить с помощью нагрузочной вилки.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора – таблица

От внутреннего сопротивления каждого свинцового аккумулятора и батареи зависят технические характеристики импульсная сила тока и время отдачи энергии. Определить параметр приблизительно можно, используя инструмент – нагрузочную вилку.

Однако есть и другие способы – косвенные. Кривые зависимости температуры электролита и сопротивления, график повышения сопротивления в зависимости от степени заряда аккумулятора. Этот показатель можно определить по плотности электролита или напряжению. Поэтому нет таблиц, проверить внутреннее сопротивление можно как по графикам, так по косвенным характеристикам. При этом следует учитывать, что частота тока оказывает на сопротивление большое влияние. В бытовом анализе используют таблицы для тока в 50Гц.

Чаще всего, как измеритель внутреннего сопротивления аккумуляторов, используют нагрузочную вилку. Можно применить программу измерения в универсальном заряднике Аймакс Б6.

Внутреннее сопротивление аккумулятора 18650

Аккумулятор форм фактор 18650 представляет цилиндр, в котором спиралью свернуты банки, состоящие из пар лент с разными полюсами, разделенные сепараторами. Внутренняя начинка может быть никель-кадмиевой, металлогидридной или литий-ионной. В зависимости от активной пары аккумуляторы имеют разную емкость и разность потенциалов на клеммах.

Какое должно быть внутреннее сопротивление в аккумуляторах 18650 литий-ионного типа? Меняется ли сопротивление с потерей емкости. Все это можно определить, составив схему для измерения.

Ra – активное сопротивление 18650

Cдв – емкость двойного электрического слоя

R0 – сопротивление переноса заряда на границе электролит-электрон

Zw – диффузионный импеданс Варбурга

При этом измерение производится током в 1000 Гц, согласно международным стандартам. Связано это с устройством аккумулятора, который является одновременно конденсатором и резистором. Стандартное внутреннее сопротивление новых литиевых аккумуляторов 18650 около 100мОм. Это норма. Со временем аккумулятор неизбежно теряет емкость, внутреннее сопротивление возрастает.

Видео

Предлагаем посмотреть видео материал о том, как практически измеряют внутреннее сопротивление специальным прибором.

Как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора прибором YR1035

Возможно, это будет интересно любителям измерять внутреннее сопротивление аккумуляторов и батареек.

Материал местами не относится к развлекательному чтиву. Но я старался изложить максимально просто. Не стреляйте в пианиста. Обзор получился огромным (и даже в двух частях), за что приношу глубочайшие извинения.
В начале обзора приведен краткий список литературы. Первоисточники выложены в облако, искать не надо.

0. Введение

Приборчик купил из любопытства. Просто на всяко-разных общалках в рунете по вопросам измерения внутреннего сопротивления гальванических элементов где-то на 20-30 странице появлялись сообщения о чудесном китайском девайсе YR1030, который это самое внутреннее сопротивление меряет и уверенно и совершенно правильно. На этом споры утихали, тема впадала в коллапс и плавно уходила в архив. Поэтому ссылки на лоты с YR1030 у меня валялись в хотелках года полтора. Но жаба душила, всегда находилась причина бУхнуть «накопленное непосильным трудом» во что-либо более интересное или полезное.
Когда увидел первый и единственный лот YR1035 на Али — сразу понял: час пробил, надо брать. Или сейчас, или никогда. А с запутанным вопросом о внутреннем сопротивлении разберусь, пока прибор дойдет до моего почтового отделения. Покупку оплатил, начал разбираться. Лучше бы я этого не делал. Как говорится: меньше знаешь — крепче спишь. Результаты разбирательств кратко изложены в Части II настоящего обзора. Загляните на досуге.

Я купил YR1035 в максимальной комплектации. На страничке товара она выглядит так:

И еще ни разу не пожалел о содеянном (в смысле полноты комплектации). На самом деле все 3 способа подключения YR1035 к батарейке/АКБ/чему угодно нужны (или могут пригодится) и очень здорово взаимодополняют друг друга.
Передняя панелька на фото выглядит покоцанной, но это не так. Просто продавец сначала снял защитную пленку. Потом подумал, прилепил назад и сфоткал.
Все это дело обошлось мне в 4083 руб ($65 по нынешнему курсу). Сейчас продавец чуток поднял цену, ибо продажи худо-бедно, но пошли. Да и отзывы на страничке товара сплошняком более чем положительные.
Комплект был упакован очень хорошо, в какой-то ядреной коробке (пишу по памяти, все давно выброшено). Внутри все было разложено по отдельным зип-мешочкам из полиэтилена и уложено плотно, нигде не болталось. Дополнительно к щупам в виде спаренных трубочек (pogo pins) шел комплект запасных наконечников (4 шт.). Про эти самые pogo pins тут есть обзор.

СЛОВАРИК аббревиатур и терминов

ХИТ — химический источник тока. Бывают гальванические и топливные. Далее речь идет только о гальванических ХИТ.
Импеданс (Z) – комплексное электрическое сопротивление Z=Z’+iZ’’.
Адмиттанс – комплексная электропроводность, величина обратная импедансу. A=1/Z
ЭДС – «чисто химическая» разность потенциалов между электродами в гальваническом элементе, определяемая как разность электрохимических потенциалов анода и катода.
НРЦ — напряжение разорванной цепи, для одиночных элементов обычно примерно равно ЭДС.
Анод (химическое определение) – электрод, на котором происходит окисление.
Катод (химическое определение) – электрод, на котором происходит восстановление.
Электролит (химическое определение) – вещество, которое в растворе или расплаве (т.е. в жидкой среде) распадается на ионы (частично или полностью).
Электролит (техническое, НЕ химическое определение) – жидкая, твердая или гелеобразная среда, проводящая электрический ток за счет движения ионов. Ежели по-простому: электролит (техн.) = электролит (хим.) + растворитель.
ДЭС — двойной электрический слой. Всегда есть на границе раздела электрод/электролит.

ЛИТЕРАТУРА – все выложено в библиотечку НА ОБЛАКЕ

ОБЛАКО

А. По измерениям внутр. сопротивления и попыткам вытянуть из этого хоть какую-либо полезную информацию
01. [очень рекомендую ознакомиться с гл.1, там все очень просто]
Чупин Д.П. Параметрический метод контроля эксплуатационных характеристик аккумуляторных батарей. Дисс… уч. ст. к. т. н. Омск, 2014.
Читать – только гл.1 (Литобзор). Далее – очередное изобретение велосипеда…
02. Таганова А. А., Пак И.А. Герметичные химические источники тока для портативной аппаратуры: Справочник. СПб: Химиздат, 2003. 208 с.
Читать – гл.8 «Диагностика состояния химических источников тока»
03. [это лучше не читать, больше ошибок и опечаток, а нового ничего]
Таганова А. А., Бубнов Ю. И., Орлов С. Б. Герметичные химические источники тока: элементы и аккумуляторы, оборудование для испытаний и эксплуатации. СПб: Химиздат, 2005. 264 с.
04. Химические источники тока: Справочник / Под ред. Н. В. Коровина и А. М. Скундина. М.: Изд-во МЭИ. 2003. 740 с.
Читать – разд.1.8 «Методы физико-химических исследований ХИТ»

Б. По импедансной спектроскопии
05. [классика, три книжки ниже – это упрощенный и укороченный книги Стойнова, методички для студентов]
Стойнов, 3.Б. Электрохимический импеданс / 3. Б. Стойнов, Б.М. Графов, Б.С. Савова-Стойнова, В. В. Елкин // М.: «Наука», 1991. 336 с.
06. [это самый краткий вариант]
07. [это вариант подлиннее]
Жуковский В.М., Бушкова О.В. Импедансная спектроскопия твердых электролитических материалов. Метод. пособие. Екатеринбург, 2000. 35 с.
08. [это еще более полный вариант: расширенный, углубленный и разжеванный]
Буянова Е.С., Емельянова Ю.В. Импедансная спектроскопия электролитических материалов. Метод. пособие. Екатеринбург, 2008. 70 с.
09. [можно пролистнуть как Мурзилку – много красивых картинок; в тексте я находил очепятки и явные ляпы… Внимание: весит ~100 Мб]
Springer Handbook of Electrochemical Energy
Наиболее интересный раздел: Pt.15. Lithium-Ion Batteries and Materials

В. Инф. листки от BioLogic (имп. спектроскопия)
10. EC-Lab — Application Note #8-Impedance, admittance, Nyquist, Bode, Black
11. EC-Lab — Application Note #21-Measurements of the double layer capacitance
12. EC-Lab — Application Note #23-EIS measurements on Li-ion batteries
13. EC-Lab — Application Note #38-A relation between AC and DC measurements
14. EC-Lab — Application Note #50-The simplicity of complex number and impedance diagrams
15. EC-Lab — Application Note #59-stack-LiFePO4(120 шт)
16. EC-Lab — Application Note #61-How to interpret lower frequencies impedance in batteries
17. EC-Lab — Application Note #62-How to measure the internal resistance of a battery using EIS
18. EC-Lab — White Paper #1-Studying batteries with Electrochemical Impedance Spectroscopy

Г. Сравнение методов измерения внутр. сопротивления
19. H-G. Schweiger et al. Comparison of Several Methods for Determining the Internal Resistance of Lithium Ion Cells // Sensors, 2010. №10, р.5604-5625.

Д. Обзоры (оба на английском) по SEI — защитных слоях на аноде и катоде в Li-Ion акк.
20. [краткий обзор]
21. [полный обзор]

Е. ГОСТы – куда же без них… В облаке не все, только те, что оказались под рукой.
ГОСТ Р МЭК 60285-2002 Аккумуляторы и батареи щелочные. Аккумуляторы никель-кадмиевые герметичные цилиндрические
ГОСТ Р МЭК 61951-1-2004 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Портативные герметичные аккумуляторы. Часть 1. Никель-кадмий
ГОСТ Р МЭК 61951-2-2007 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Портативные герметичные аккумуляторы. Часть 2. Никель-металл-гидрид
ГОСТ Р МЭК 61436-2004 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы никель-металлгидридные герметичные
ГОСТ Р МЭК 61960-2007 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы и аккумуляторные батареи литиевые для портативного применения
ГОСТ Р МЭК 896-1-95 Свинцово-кислотные стационарные батареи. Общие требования и методы испытаний. Часть 1. Открытые типы
ГОСТ Р МЭК 60896-2-99 Свинцово-кислотные стационарные батареи. Общие требования и методы испытаний. Часть 2. Закрытые типы

1. Коротенько для тех, кто пользуется YR1030 или хотя бы знает зачем оно нужно
(если Вы пока не в курсе, то этот пункт пока пробросьте и сразу переходите к п.2. Вернуться никогда не поздно)

Если кратко, то YR1035 – это по сути YR1030 с некоторым улучшайтингом.

Что мне известно о YR1030?
Обзор Vapcell YR1030 от датчанина HKJ
Обзор Vapcell YR1030 от Mooch (перевод Mooch — «Попрошайка» ;))

Лот на Тао
Вот видио, как наш умелец соорудил стенд для замера внутреннего сопротивления 18650, подключаемый к YR1030.
На Али YR1030 торгуют несколько продавцов, 1-2 есть на иБее. Все, что там продается – идет без лейбла «Vapcell». Я побывал на сайте Vapcell, с огромным трудом нашел страничку сабжа.
У меня создалось впечатление, что Vapcell к разработке и производству YR1030 имеет примерно такое же отношение как Муська к балету Большого театра. Единственное, что привнес Vapcell в YR1030 – так это перевел меню с китайского на английский и упаковал в красивую картонку. И задрал цену в 1.5 раза. Всеж-таки «бренд» ;).

YR1035 отличается от YR1030 в следующем.

1. Добавлен 1 разряд в строке вольтметра. Здесь удивляют 2 момента.
а) Поразительно большая точность измерения разности потенциалов. Она одинакова с топовыми DMM на 50 тыс. отсчетов (ниже будет проведено сравнение с Fluke 287). Прибор явно калибровали, что не может не радовать. Так что разряд тот добавлен не зря.

б) Риторический вопрос:
Зачем она нужна, такая бешеная точность, если этот вольтметр использовать по прямому назначению, т.е. для замера НРЦ (напряжения разорванной цепи)?
Весьма слабый аргумент:
С другой стороны, приборчик за 50-60 бакинских может периодически выступать а роли домашнего образцового вольтметра постоянного напряжения. И никаких заморочек с ИОНами и их табличками от китайцев, которые нередко оказываются откровенной дезой.

2. Наконец-то унылый USB, к которому подключаются электроды/щупы в YR1030, заменен на куда как более вменяемый четырехконтактный цилиндрический разъем (название не нашел, думаю в комментах подскажут правильное название).
UPD. Разъем называется XS10-4P. Спасибо Lupus_sat!

Вменяемый как в плане крепежа, так и в плане долговечности/надежности контактов. Конечно, у щупов для самых крутых (стационарных) измерителей на конце каждого из 4-х проводов по BNS-у, но лепить 4 ответные части на небольшую легкую коробочку корпуса YR1035… Это было бы, наверное, слишком.

3. Верхний предел измерения напряжения подняли с 30 вольт до 100. Даже не знаю, как это прокомментировать. Лично я рисковать не буду. Ибо мне оно не нужно.

4. Разъем для зарядки (micro-USB) перенесли с верхнего торца на нижний торец корпуса. Стало удобнее пользоваться прибором в процессе подзарядки встроенного элемента питания.

5. Изменили цвет корпуса на темный, но оставили переднюю панель глянцевой.

6. Вокруг экранчика сделали ярко-синий кантик.

Так что никому неведомое китайское предприятие потрудилось-таки над улучшайтингом YR1030—>YR1035 и сделало как минимум два полезных нововведения. А вот какие именно – каждый пользователь решит сам.

2. Для тех, кто не знает что это и зачем оно нужно

Как известно, на свете есть люди, которые интересуются таким параметром ХИТ, как его внутреннее сопротивление.
«– Наверное, это очень важно для пользователей. Несомненно, что опция измерения внутреннего сопротивления будет способствовать росту продаж наших замечательных зарядок-тестилок» — подумали китайцы. И влепили это дело во всяко-разные Опусы, Лиитокалы, айМаксы и прочая, прочая… Китайские маркетологи не ошиблись. Подобная фича не может не вызывать ничего, кроме тихой радости. Только вот реализовано это через одно место. Ну, дальше вы сами увидите.

Попробуем применить эту «опцию» на практике. Берем [к примеру] Lii-500 и какой-нибудь аккумулятор. Первой мне попалась под руку «шоколадка» (LG Lithium Ion INR18650HG2 3000mAh). По даташиту внутреннее сопротивление «шоколадки» должно быть не более 20 мОм. Я сделал 140 последовательных замеров R по всем 4 слотам: 1-2-3-4-1-2-3-4-… и т.д., по кругу. Получилась вот такая табличка:

Зеленым обозначены значения R = 20 мОм и меньше, т.е. «то, что доктор прописал». Всего их 26 или 18.6%.
Красным — R = 30 мОм и больше. Всего их 13 или 9.3%. Предположительно, что это так называемые промахи (или «вылеты») – когда полученное значение резко отличается от «среднего по больнице» (думаю, многие догадались почему половина вылетов в первых двух строках таблицы). Возможно, их следует отбросить. Но, что бы сделать это обоснованно, нужно иметь репрезентативную выборку. Если по-простому: сделать однотипные независимые измерения много-много раз. И задокументировать. Что, собственно я и сделал.
Ну, и подавляющее число замеров (101 или 72.1%) уложилось в диапазон 20< R< 30 мОм.
Эту табличку можно перенести на гистограмму (значения 68 и 115 отброшены как явные вылеты):

О, уже что-то проясняется. Тут ведь глобальный максимум (в статистике – «мода») на 21 мОм. Значит, это и есть «истинное» значение внутреннего сопротивления LG HG2? Правда, на диаграмме есть еще 2 локальных максимума, но если построить гистограмму по правилам прикладной стат. обработки, то они неизбежно исчезнут:

Как это сделано

Открываем книжку (на странице 203)
Прикладная статистика. Основы эконометрики: В 2 т. – Т.1: Айвазян С.А., Мхитарян В.С. Теория вероятностей и прикладная статистика. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. – 656 с.

Строим группированный ряд наблюдений.
Замеры в промежутке 17-33 мОм образуют компактное множество (кластер) и все расчеты будут сделаны для этого кластера. Что делать с результатами замеров 37-38-39-68-115? 68 и 115 – явные промахи (вылеты, выбросы) и их следует отбросить.

37-38-39 образуют свой локальный мини-кластер. В принципе, его тоже можно далее не учитывать. Но не исключено, что это продолжение «тяжелого хвоста» данного распределения.
Число наблюдений в основном кластере: N = 140-5 = 135.
а) R(min) = 17 мОм R(max) = 33 мОм
б) Число интервалов s = 3.32lg(N)+1 = 3.32lg(135)+1 = 8.07 = 8 (округление до целого)
Ширина интервала D = (R(max) – R(min))/s = (33 – 17)/8 = 2 мОм
в) Середины интервалов 17.5, 19.5, 21.5…

Из диаграммы видно, что кривая распределения несимметричная, с т.н. «тяжелым хвостом». Поэтому среднее арифметическое по всем 140 замерам равно 24.9 мОм. Если отбросить первые 8 замеров, пока контакты «притирались» друг к другу, то 23.8 мОм. Ну а медиана (центр распределения, средневзвешенное значение) чуть больше 22…
Вы можите выбрать любой из способов оценки величины R. Ибо распределение несимметричное и поэтому ситуация неоднозначная***:
21 мОм (мода на гистограмме №1),
21.5 мОм (мода на гистограмме №2),
22 мОм (медиана),
23.

8 мОм (среднее арифметическое с поправкой),
24.9 мОм (среднее арифметическое без поправки).
***Примечание. В случае асимметричного распределения в статистике мягко рекомендуют использовать медиану.

Но при любом выборе окажется, что R больше [предельно допустимых для живого, здорового, хорошо заряженного аккумулятора] 20 мОм.

У меня просьба к читателям: повторить данный эксперимент на своем экземпляре измерялки внутреннего сопротивления типа Lii-500 (Опусы и т.п.). Только не менее 100 раз. Составить табличку и нарисовать гистограмму распределения для какого-нибудь аккумулятора с известным даташитом. Аккумулятор должен быть заряжен не обязательно до упора, но близко к тому.
Если Вы догадаетесь подготовить контактирующие поверхности — зачистить, обезжирить (чего не сделал автор), то разброс между измерениями будет поменьше. Но он все равно будет. И заметный.

3. Кто виноват и что делать?

Далее возникает два закономерных вопроса:
1) Почему показания так скачут?
2) Почему внутреннее сопротивление «шоколадки», найденное с использованием любого из вышеперечисленных критериев, всегда оказывается больше граничной величины 20 мОм?

На первый вопрос есть простой ответ (известный многим): сам способ измерения малых по величине R в корне неверный. Ибо используется двухконтактная (двухпроводная) схема подключения, чувствительная к ПСК (переходному сопротивлению контактов). ПСК по величине сравнимо с измеряемым R и «гуляет» от замера к замеру.
А мерить надо четырехконтактным (четырехпроводным) способом. Именно так и написано во всех ГОСТах. Хотя нет, вру – не во всех. Вот в ГОСТ Р МЭК 61951-2-2007 (крайний по Ni-MeH) это есть, а в ГОСТ Р МЭК 61960-2007 (по Li) этого нет***. Объяснение сему факту весьма простое – просто забыли упомянуть. Или не посчитали нужным.
***Примечание. Современные российские ГОСТы по ХИТ являются переведенными на русский язык международными стандартами IEC (International Electrotechnical Commission). Последние хоть и носят рекомендательный характер (страна может их принимать или не принимать), но будучи принятыми, становятся национальными стандартами.
Под спойлером – куски ГОСТов, упомянутых выше. То, что относится к измерению внутреннего сопротивления. Полные версии этих документов можите качнуть из облака (ссылка в начале обзора).

Измерение внутреннего сопотивления ХИТ. Как оно должно выполнятся. Из ГОСтов 61960-2007 (для Li) и 61951-2-2007 (для Ni-MeH)

Кстати, под спойлером находится ответ на второй вопрос (почему на Lii-500 получается R>20 Ом).
Вот место из даташита LG INR18650HG2, где упомянуты эти самые 20 мОм:

Обратите внимание на выделенное красным. LG гарантирует внутреннее сопротивление элемента не более 20 мОм, если оно измерено на частоте 1 кГц.
Описание того, как это должно делаться – посмотрите под спойлером выше: пункты «Измерение внутреннего сопротивления методом a.c.».
Почему выбрана частота 1 кГц, а не другая? Не знаю, так договорились. Но резоны, наверное были. В следующем разделе этот момент будет рассмотрен очень подробно.
Более того, во всех даташитах ХИТ щелочного типа (Li, Ni-MeH, Ni-Cd), которые мне приходилось листать, если и было упомянуто внутреннее сопротивление, то оно относилось к частоте 1 кГц.

Правда, бывают исключения: иногда есть и про измерения на 1 кГц, и на постоянном токе. Примеры под спойлером.

Из даташитов LG 18650 HE4 (2.5Ah, ака «банан») и «розового» Samsung INR18650-25R(2.5Ah)

LG 18650 HE4

Samsung INR18650-25R

Устройства типа YR1030/YR1035 позволяют произвести измерения R (точнее — полного импеданса) на частоте 1 кГц.
R(a.c.) данного экземпляра LG INR18650HG2 ~15 мОм. Так что все нормально.

А на какой частоте все это происходит в рассматриваемых «продвинутых» зарядках-тестилках? На частоте, равной нулю. Это упомянутое в ГОСТах «Измерение внутреннего сопротивления методом d.c.».
Причем, в зарядках-тестилках сие реализовано не так, как описано в стандартах. И не так, как это реализовано в диагностическом оборудовании у разных фирм-изготовителей (CADEX и им подобные). И не так, как это рассмотрено в научных и околонаучных исследованиях по этому поводу.

А «по понятиям», известным только производителям тех самых тестилок. Читатель может возразить: да какая разница как мерить? В результате получится одно и то же… Ну, там, погрешностью, плюс-минус… Оказывается разница есть. И заметная. Об этом будет коротенько в разделе 5.

Главное, что нужно осознать и с чем смириться:
а) R(d.c.) и R(a.c.) – это разные параметры
б) всегда выполняется неравенство R(d.c.)>R(a.c.)

4. Почему внутреннее сопротивление ХИТ на постоянном токе R(d.c.) и переменном токе R(a.c.) разные?

4.1. Вариант №1. Самое простое объяснение

Это даже не объяснение, а как бы констатация факта (взято у Тагановой).
1) То, что измеряется на постоянном токе R(d.c.) – это сумма двух сопротивлений: омического и поляризационного R(d.c.) = R(о) + R(pol).
2) А когда на переменном, да еще на «правильной» частоте 1 кГц, R(pol) исчезает и остается только R(о). То есть, R(1 кГц) = R(о).
По крайней мере, на это хочется надеяться экспертам МЭК, Алевтине Тагановой, а также многим (почти всем), кто измеряет R(d. c.) и R(1 кГц). И путем нехитрых арифметических действий получает R(о) и R(pol) по отдельности.
Если такое объяснение Вас устраивает, то часть II (оформлена как отдельный обзор) можете не читать.

Внезапно!
…
По причине ограничения объемов обзоров на Муське разделы 4 и 5 были вынесены в отдельный «обзор». Ну, типа, «Приложение».
…
6. YR1035 как вольтметр

Эта дополнительная опция присутствует во всех приличных устройствах такого рода (battery analyzer, battery tester).
Было проведено сравнение с Fluke 287. Приборы имеют примерно одинаковое разрешение по напряжению. У YR1035 даже немного больше — 100 тыс отсчетов, а у Флюка — 50 тыс.

В качестве источника постоянной разности потенциалов выступал ЛБП Corad-3005.

Полученные результаты – в табличке.

Совпадение до пятой значащей циферки. Забавно. На самом деле, такое единодушие у двух приборов, калиброванных на противоположных концах света, встретишь не часто.
Решил слепить коллаж на память:)

7. YR1035 как омметр

7.1 Тестирование на «больших» сопротивлениях

Из того, что нашлось, был слеплен импровизированный «магазин сопротивлений»:

К которому поочередно подключались YR1035 и Флюк:

Родные монструозные щупы Флюка был вынужден заменить на более подходящие ситуации, ибо с «родными» даже «дельту» выставить весьма проблематично (ввиду ихней обрезиненно-защищенности ~~по 80 уровню~~ 600В+IV класс — жуть, короче):

Получилась вот такая табличка, расширенная и дополненная:

Ну, что я могу сказать.
1) Пока следует обратить внимание на результаты, полученные Mooch
2) По поводу того, что было получено датчанином на малых сопротивлениях: судя по всему, с установкой нуля на YR1030 у него получилось не очень – причины будут объясненены ниже.
Кстати, из нордически скупого обзора датчанина непонятно:
— измерения сопротивления каких объектов он проводил?
— как он это делал, имея на руках стандартную коробку от Vapcell с приборчиком, писулькой на ломанном английском и «4 terminal probes» = две пары Pogo pins? Фото из его обзора:

7. 2 Проверка на проводнике с сопротивлением ~5 мОм

Как же обойтись без классики жанра: определения сопротивления одиночного проводника по закону Ома? Да никак. Это — святое.

В качестве подопытной выступила медная жила в синей изоляции диаметром 1.65 мм (AWG14=1,628 мм) и длиной 635 мм. В целях удобства подключения она была загнута в нечто меандроподобное (см. фото ниже).
Перед измерением на YR1035 ~~был выставлен ноль~~ была сделана компенсация R (длинное нажатие на кнопку «ZEROR»):

Закорачивание в случае щупов Кельвина более надежно делать так, как показано на фото, а не «друг не дружку». Ну, это в случае, что они такие же простецкие как в данном комплекте, а не золоченые.
Не удивляйтесь, что в результате не получилось выставить 0.00 мОм. На YR1035 0.00 мОм — это бывает крайне редко. Обычно получается от 0.02 до 0.05 мОм. И то, после нескольких попыток. Причина непонятна.

Далее цепь была собрана, измерения сделаны.

Интересно, что в качестве точного вольтметра (замер падения напряжения ΔU на жиле) выступал сам YR1035 (см. предыдущий пункт: YR1035 как вольтметр — тот же Флюк, но с разрешением побольше). Источником служил ЛБП Corad-3005 в режиме стабилизации напряжения (1 В).
По закону Ома
R(эксп) = ΔU(YR1035)/I(Fluke) = 0.01708(В)/3.1115(А) = 0.005489 Ом = 5.49 мОм
При этом YR1035 показал
R(YR1035) = 5.44 мОм
Так как на «ZEROR» было 0.02 мОм, то
R(YR1035) = 5.44 — 0.02 = 5.42 мОм
Разность
R(эксп) – R(YR1035) = 5.49 — 5.42 = 0.07 мОм
Это отличный результат. Сотые мОм на практике врядле кому интересны. А верно показанных десятых – уже хватит выше крыши.

Полученный результат неплохо согласуется со справочными данными отсюда.

По их мнению 1 м жилы AWG14 из «правильной» электротехнической меди должен иметь сопротивление 8.282 мОм, а значит данный образец должен был дать R(эксп) ~ 8.282×0,635 = 5.25 мОм. А если ввести поправку на реальный диаметр 1.65 мм, то получается 5.40 мОм. Забавно, но полученные на YR1035 5. 42 мОм ближе к «теоретическим» 5.40 мОм, чем то, что получено по «классике». Может, цепь «по классике» чуток кривовата? В следующем пункте это предположение будет проверено.
Кстати, в табличке указано, что на жиле такого диаметра не нужно боятся происков скин-эффекта до частоты 6.7 кГц.
Для тех, у кого не было курса общей физики в вузе:
1) про скин-эффект на Вики
2) скин-эффект наглядно на видео

7.3 Проверка адекватности цепи проверки

Да, и такое бывает. «Проверка проверки» — звучит смешно (типа «справка, о том что выдана справка»). Но куда деваться…

В предыдущем пункте было сделано неявное предположение, что цепь, собранная по з-ну Ома, дает несколько более верную оценку величины сопротивления жилы и разность 0.07 мОм есть следствие большей погрешности YR1035. А вот сравнение с «теоретической» табличкой говорит об обратном. Так какой же способ замера малых R более корректен? Это можно проверить.
У меня есть пара высокоточных шунтов FHR4-4618 DEWITRON 10 mOhm (даташит)

На относительно небольших токах (единицы ампер) эти резисторы имеют относительную погрешность не превышающую 0. 1%.
Схема подключения такая же как в случае медной жилы.
Подключение шунтов четырехпроводное (ибо это единственно правильно):

Замеры 1 и 2 экземпляров FHR4-4618:

Расчет сопротивлений по закону Ома R(1, 2) = ΔU(YR1035)/I(Fluke).
образец №1 R(1) = 31.15(мВ)/3.1131(А) = 10.006103… = 10.01 мОм (округление до 4-ой значащей цифры)
образец №2 R(2) = 31.72(мВ)/3.1700(А) = 10.006309… = 10.01 мОм (округление до 4-ой значащей цифры)
Все очень хорошо сходится. Жалко, что ΔU не могло быть измерено с 5 значащими цифрами. Тогда бы можно было с полным правом констатировать, что шунты практически идентичны:
R(1) = 10.006 мОм
R(2) = 10.006 мОм

А что же кажет YR1035 на тех шунтах?
А он показывает в основном*** такое (что на одном, что на другом):

Так как в режиме компенсации опять было получено 0.02 мОм, это R = 10.00 мОм.
Де-факто, это удивительное совпадение с замерами шунтов «по Ому».
Что не может не радовать.
***Примечание. После компенсации (0.02 мОм) было сделано по 20 независимых замеров на каждом из шунтов. Затем YR1035 был выключен, включен, сделана компенсация (опять получилось 0.02 мОм). И опять было сделано по 20 независимых замеров. На первом шунте почти всегда получается 10.02 мОм, иногда — 10.03 мОм. На втором — почти всегда 10.02 мОм, иногда — 10.01 мОм.
Независимые замеры: подключил крокодилы — измерение — снял крокодилы — пауза 3 секунды — подключил крокодилы — измерение — снял крокодилы — … и т.д.

7.4 По поводу компенсации R

По поводу зажимов Кельвина — см. пункт 7.2.
С другими способами подключения компенсация более заморочна. А в случае холдера, менее предсказуема в смысле получения желаемого результата.

А. Самый тяжелый случай – это компенсация R кроватки-холдера. Проблема в совмещении центральных игольчатых электродов. Компенсация выполняется (как правило) в несколько этапов. Главное попасть-таки в диапазон меньше 1.00 мОм Но и при R < 1.00 мОм, если прибор после состыковки показывает нечто больше 0.30 мОм, то окончательная компенсация до 0.02… 0.05 мОм часто не происходит. В конце-концов путем многократных попыток (… сомкнул электроды – долгое нажатие «ZEROR» – разомкнул – долгое нажатие «ZEROR» – …) удается-таки добиться желаемого

Б. В случае 2-х пар Pogo pins я долго не мог понять как же делать их компенсацию
более-менее предсказуемо. В описании одного из лотов на Али продавец показал фото где пары электродов перекрещены. Естественно, это оказалось дезой. Потом догадался перекрещивать по цветам: белый с белым, цветной с цветным. Стало на порядок лучше. Но полностью предсказуемо попадать в диапазон 0.00 – 0.02 мОм я стал после того как придумал и освоил способ 80-го уровня:
— точно совместить зазубренные торцы электродов (белый с белым, цветной с цветным) и нажать навстечу друг другу, до упора

— дождаться появления циферок на экранчике
— передвинуть пальцы одной руки на область контактов и плотно сжать, а пальцем другой руки сделать продолговатое нажатие «ZEROR» (без освобождения второй руки это врядле получится, ибо кнопки в приборчике весьма тугие)

8. Амплитуда и форма тестового сигнала

Из обзора датчанина: вот какой тестовый сигнал у Vapcell YR1030:
— классическая чистая гармоника (синус)
— размах 13 мВ (если кто подзабыл — это величина, равная разности между наибольшим и наименьшим значениями напряжения).

То, что показано на картинке у датчанина, это прямо-таки классика метода спектроскопии электрохимического импеданса (см. часть II обзора): амплитуда не более 10 мВ + чистая синусоида.
Решил проверить. Благо, простенький осциллограф есть в наличии.

8.1 Первая попытка — мимо кассы. Затупил.

Перед замерами у осциллографа:
— сбросил настройки на заводские
— дал прогреться 20 мин.
— запустил автоматическую калибровку
— запустил автонастойку
— сделал проверку щупа — на 1х идеальный меандр 1 кГц
Затем подключил YR1035 через зажимы Кельвина к щупу DSO5102P.
Напрямую, без резистора или батарейки.

В итоге: 6 режимом —> 2 формы кривых.

В мурзилках для начинающих радиолюбителей можно найти простейшие объяснения как такое могло получится.
Слегка искаженный меандр:

Сигнал 2-ой формы может быть получен наложением на синусоиду 1 кГц синусоиды 5 кГц с амплитудой в 10 раз меньшей:

В режимах измерения сопротивления до 2 Ом размах колебаний 5.44 В.
Ежели больше 2 Ом или «Авто» – 3.68 В.
[А должно быть на 3 (три) порядка меньше!]

Снял видео: как осциллограммы изменяются при переходе из одного режима в другой (по кругу). На видео картинка меняется на экране осциллографа с замедлением в 32 раза относительно режима «прям тут же на экран», т.к. выставлено усреднение после захвата и получения 32 кадров (осциллограмм). Сначала ставится карточка верхнего предела режима, потом слышен щелчек — это я YR1035 переключил на этот режим.

Врядли датчанин взял свою мелкоамплитутную синусоиду с потолка.

Относится небрежно к некоторым моментам он может, но что бы дезинформировать — ни разу не замечал.
Значит, я что-то делал не так. Но что?
Ушел думать. Через пару недель осенило.

8.2 Вторая попытка — вроде получилось. Но куда как заморочнее, чем ожидалось.

Мысли вслух. Такое ощущение, что то, что я наснимал не есть тестовые сигналы. Это как бы «сигналы обнаружения». А тестовые — это синусоиды с малым размахом. Тогда другой вопрос — а почему в разных режимах они отличаются? Как по форме, так и по амплитуде?

Ну да ладно, будем мерить.
Перед замерами у осциллографа (опять-таки):
— сбросил настройки на заводские
— дал прогреться 20 мин.
— запустил автоматическую калибровку
— запустил автонастойку
— сделал проверку щупа — на 1х идеальный меандр 1 кГц
Затем подключил YR1035 через зажимы Кельвина и щупы DSO5102P к сопротивлению 0.2 Ом из «магазина сопротивлений» (см. п. 7.1). Во всенародно любимом режиме работы осциллографа AUTO можно увидеть вот такую картинку:

Да и то, если догадаться выставить правильную горизонтальную развертку, в районе килогерца. В противном случае — совсем каша.
Что делать дальше — знает любой не шибко продвинутый пользователь осциллографа.
Лезу в настройки канала и выставляю ограничение по высокой частоте «20».«20» означает 20 МГц. Было бы здорово, если бы было на 4 порядка меньше — 2 кГц. Но, несмотря ни на что, и это уже помогло:

На самом деле, все значительно лучше, чем то, что на фото. Большую часть времени сигнал тот, что на фото жирный. Но иногда, несколько раз в минуту начинает «подтраивать» в течении 1-2 сек. Именно этот момент и пойман.
Потом жму кнопку ACQUIRE, чтобы настроить параметры выборки. Real Time [В реальном времени] –> Average [Среднее] –> 128 (усреднение по 128 картинкам).

Такое жесткое «шумоподавление» нужно только на очень мелких сопротивлениях. На 22 Ом в принципе уже хватает усреднения по 4-8 осциллограммам, ибо уровень полезного (тестового) сигнала на порядок больше.

Далее — кнопка MEASURE и необходимая информация в правой части экрана:

Аналогичным образом сделаны замеры для 5 и 22 Ом

Больше всего крови попил кусок провода 5. 5 мОм, фигурировавший в п. 7.2.

Долго ничего не получалось, в конце-концов удалось получить нечто такое:

На текущее значении частоты не обращайте внимания: она там меняется каждые 1-2 сек, причем скачет в интервале от 800 Гц до 120 кГц

Что в сухом остатке:

Сопротивление (Ом) — размах тестового сигнала (мВ)
0.0055 — 1.2-1.5
0.201 — 2.4-2.6
5.00 — 5.4-6.2
21.8 — 28-32
Амплитуда медленно «гуляет» вверх-вниз.

9. Меню настроек

Меню настроек на китайском. Переключение на любой другой язык отсутствует как класс. Хорошо, что хоть оставили арабские циферки и английские буковки, обозначающие размерности величин.:). Внятного перевода на английский и, тем паче, великий и могучий я нигде не нашел, поэтому ниже привожу свой вариант. Думаю, он подойдет и для YR1030.
Что бы войти в меню настроек нужно при включенном приборе сделать короткое нажатие на кнопку «POWER» (ежели жать долго, то выскочит менюшка подтверждения выключения устройства). «правильный» выход из режима настроек в режим измерений – кнопкой «HOLD» (исключение. если курсор на разделе №1, то можно выйти любым из двух способов: и нажатием на кн. «POWER», и нажатием на кн. «HOLD»)
В меню 9 разделов (см. табл. ниже).
Перемещение по разделам:
– вниз, кн. «RANGE U» (по кругу)
– вверх, кн. «RANGE R» (по кругу).
Вход в настройки раздела — кнопкой «POWER»
Повторное нажатие «POWER» возвращает в главное меню — БЕЗ СОХРАНЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ, сделанных пользователем!
Чтобы ИЗМЕНЕНИЯ СОХРАНЯЛИСЬ — выходить из раздела в список разделов только кнопкой «HOLD»!
После входа в раздел появляются изменяемые параметры и назначение кн. «RANGE R» меняется – она работает только на повышение значения величины (но по кругу).
Кн. «RANGE U» перемещает выделение по изменяющимся величинам только вниз (но по кругу).
К счастью, разделы пронумерованы, поэтому пользование табличкой, которую я сляпал на скорую руку, не должно вызывать затруднений. В нек. пунктах я так и не разобрался, но лезть туда без крайней нужды, наверное, и не следует. Прибор и так работает.

10. Потроха

Прибор разбирается элементарно. Передняя панель держится на 4 саморезах. Управляющая плата с экранчиком закреплена тоже на 4 саморезах (более мелких).

Еще несколько фото

Маркировки всех микросхем затерты. Экранчик снимать не рискнул. Под экранчиком просматриваются еще 2-3 микросхемы.

Вот что внутри Vapcell YR1030 из обзора от Mooch

Более подробные фото внутренностей Vapcell YR1030 есть в обзоре от HKJ. Желающие могут сравнить.

11. Питание

Вскрытие показало, что за питание устройства отвечает припаянный литий-ионный элемент типоразмера 18300 (900 мАч).

Зарядка идет через обычный micro-USB порт. Алгоритм стандартный, двухэтапный CC/CV. Максимум потребления ~0.4-0.5 А. Отсечка по току на заключительном этапе CV происходит при 50 мА. В этот момент разность потенциалов на элементе питания составляет 4.197 В. Сразу после отключения заряда, напряжение падает до 4.18 В. Через 10 минут составляет около 4.16 В. Это хорошо известное явление, связанное с поляризацией электродов и электролита при заряде. Наиболее ярко выражено у аккумуляторов малой емкости. У HKJ есть пара исследований по этому поводу.
После включения прибора, под нагрузкой, добавляется еще небольшая просадка:

Внутреннее сопротивление своего элемента питания на 1кГц YR1035 оценивает как 86 мОм. Для недорогих китайских 18300 эта цифра вполне обычна. Гарантию того, что полученный результат на 100% корректен я дать не могу, так как аккумулятор не был отсоединен от устройства.
Один момент ~~вызывает раздражение~~ ~~маленько бесит~~ вызывает удивление: прибор выключен, ставишь на зарядку – он включается. А смысл?

12. Интерфейсы подключения к исследуемому объекту

Долго думал, как озаглавить сей пункт. И получилось вот так пафосно.
Понятно, что объектом изучения может быть не только батарейка или аккумулятор, но сейчас речь будет идти именно об оных. То есть использование прибора по прямому назначению. Во всех трех случаях используются одинаковые провода в мягкой «силиконовой» изоляции и примерно одинаковой длины — от 41 до 47 см. Через увеличительное стекло удалось-таки разобрать, что они «20 AWG», «200 гр.С», «600 V», силиконовые (все это относится к изоляции) и название производителя из 2-х незнакомых слов.

12.1 Зажимы (крокодилы) Кельвина

Самый простой и удобный способ подключения, но практически неприменим для «обычных» цилиндрических ХИТ. Я пробовал на незащищенных 18650 притыкать так и сяк – ничего не получилось. Кстати, что бы измерение R произошло, губки крокодилов надо хоть немного развести… Циферки на экранчике скачут и летают в пределах 1-2 порядков.
Зато измерения всего, что имеет вывод в виде провода или пластины – одно удовольствие (практические примеры см. выше). Наверное, это очевидно для всех.

12.2 Щупы Pogo pins

Лучшие результаты по установке нуля, как по качеству, так и по предсказуемости. Если делать так, как было описано выше (п.7.4), напомню:

Предназначены для экспресс-измерений. Хорошо подходят для ХИТ с относительно широкими плоскими катодами (+).

Хотя, при желании, можно исхитриться и сделать замер того же Энелупа АА. По крайней мере, у меня такое несколько раз получилось. Но не с первого раза. А вот с Энелупом ААА такой номер не прошел. Поэтому в «джельтменском наборе» присутствует т.н. кроватка-держатель (не знаю, как ее назвать по другому, более наукообразно).

12.3 Кроватка-держатель (холдер) или кроватка Кельвина BF-1L
Штука весьма специфическая и относительно дорогая. На момент получения сабжа у меня уже валялось пара точно таких же. Купил осенью прошлого года назад на fasttech.com по цене 10.44 $/шт (включая доставку). Тогда на Али их не было, после НГ появились и на Али. Имейте ввиду, что они бывают двух размеров c ограничением по длине цилиндрического ХИТ: до 65 мм и до 71 мм. Холдер под бОльший размер имеет в конце названия букву «L» (Long). И холдеры с Фаста, и сабжевый как раз размера «L».

Такие держатели на Фасте были куплены не случайно: была идея заменить (подсмотрел у датчанина HKJ) колхозно переделанный зажим из Леруа на эту самую «кроватку»:

В дальнейшем оказалось, что покупка была преждевременной. На четырехпроводные замеры кривых заряд-разряд для ХИТ я так и не перешел. А «кроватка Кельвина» оказалась той еще штучкой в смысле юзабилити. Скажем так: люди, которые ее придумали, изначально предполагали, что рук у человека три. Ну, или в процессе установки ХИТ в холдер участвуют 1.5 человека. Кстати, неплохо подошла бы шимпанзе – у нее на одну хваталку даже больше чем надо. Конечно, в принципе можно приловчиться. Но часто получается сикось-накось (см. фото этого холдера со вставленным аккумулятором в конце раздела 3). Если же катод у элемента небольшой, то надо не заниматься ерундой, а подкладывать что-нибудь снизу. Начиная с обыкновенной бумаги:

В смысле ограничения по диаметру элемента – теоретически оно вроде как есть, но на практике я пока не сталкивался. Вот, к примеру, измерение на элементе типоразмера D:

Размеры пластины катода позволяют приткнуть элемент к щупам в нижней части пластины и осуществить замер.
Кстати, и подкладывать снизу ничего не нужно.;)

13. Заключение

Прибор YR1035 в целом приятно удивил. Все, что от него требуется он «может» и даже с конкретным запасом как по чувствительности (разрешающей способности), так и по качеству измерений (очень малая погрешность). Порадовало, что к процессу улучшайтинга китайцы подошли неформально. YR1030 ни по одному параметру не лучше YR1035, кроме цены (разница несущественна – несколько баксов). В то же время YR1035 по ряду пунктов явно превосходит предшественника (см. начало обзора и фото внутренностей).

Про конкурентов
1) Вот, к примеру, есть такое:

В мирУ — SM8124 Battery Impedance Meter. На всяко-разных электронных площадках и в китайских магазинах этого добра выше крыши.
Вот микрообзоры: ТЫЦ и ТЫЦ. Это оранжевое чудо сливает по всем пунктам YR1035, не имеет установки нуля (компенсации), способ подключения к ХИТ только один («пого-пинс»), обладает забавным свойством подыхать, если перепутать плюс и минус при подключении к ХИТ (о чем написано даже в инструкции). Но счастливые обладатели утверждают, что на 5В ничего страшного не происходит. Наверное надо по-больше… В ветке eevblog.com по этой штуке датчанин печально заявляет: «I have one of these, but it is dead. I do not know why (I have not looked inside it).»
Кстати, к переполюсовке YR1030 и YR1035 относятся совершенно равнодушно: просто показывают разность потенциалов с минусом. А измеренное значение импеданса от полярности никак не зависит.

2) На Тао есть гибрид YR1030 и YR1035 няшного вида:

Был и на Али. Сейчас вроде как нет.

3) Более серьезные приборы (battery analyzer, battery tester) так же работающие на одной фиксированной частоте 1 кГц… цены начинаются от килобакса: настольный вариант, промышленный вариант.
Чем же они интереснее?
Скажем так: некоторыми полезными ньюансами.
И главный момент — это разделение общего импеданса на Z на Z’ и Z’’. Явное или неявное (более адаптированное для конечного пользователя). Это и хорошо, и правильно.
Только от главной проблемы устройств подобного рода они, к сожалению, не избавлены — измерение Z (даже с разделением на Z’ и Z’’) при фиксированной частоте 1 кГц — это своего рода «стрельба в темную». То, что 1 кГц получила благословение во всех рекомендациях МЭК (ставших в последствии стандартами) не меняет сути. Для понимания этого момента желательно прочитать часть II данного опуса. И не по диагонали, насколько это возможно.

Всех благ.

— Ремарка от 22.05.2018
Обзор огромен и в процессе верстки.
Внезапно обнаружил у датчанина обзор YR1035. Как минимум с месяц назад его не было точно.
По YR1035 вообще ничего не было месяц назад в И-нете. Кроме одного лота на Али и одного на Тао. А теперь на Али уже штук 6-7 лотов и появился-таки краткий обзор.
Ну, что же, будет с чем сравнить.

что это такое, как его проверить

Контроль внутреннего сопротивления аккумулятора позволяет поддерживать источник электроэнергии в работоспособном состоянии длительное время. Показатель зависит от многих параметров, способов измерения также существует большое количество.

Внутреннее сопротивление аккумулятора – что это?

Легче всего объяснить эту характеристику любой электрической батареи на примере. Когда берется новая АКБ для автомобиля, в полностью заряженном состоянии ее напряжение составляет 13 В. Если ее подключить к потребителю с минимальным сопротивлением 1 Ом, то при измерении окажется, что сила тока не 13 А, а примерно 12,2 А.

Это противоречит закону Ома: I=U/R. Если 13 В разделить на 1 Ом, должно получиться 13 А. Это объясняется тем фактом, что не только нагрузка, но и сам источник питания обладает сопротивлением. Реакция в нем, в результате которой появляется электроэнергия, проходит с некоторым замедлением.

Падение силы тока при подсоединении любой нагрузки к источнику питания происходит в т. ч. и в результате внутренних процессов в аккумуляторе. Существуют другие факторы, влияющие на его внутреннее сопротивление, что сказывается на действительной силе тока.

Эта величина, которую еще называют проводимостью, импедансом, условная, никогда не бывает постоянной. Она меняется в зависимости от состояния аккумулятора и многих других обстоятельств.

Как проверить внутреннее сопротивление АКБ

Давно существуют приборы, показывающие взаимосвязь емкости и внутренней проводимости. Они оценивают:

Определение внутреннего сопротивления аккумулятора.

состояние под нагрузкой по напряжению при постоянной величине тока;
сопротивление при переменном токе;
приборы для сравнения спектров.

Все способы позволяют получить только информацию о качественном состоянии батареи. Количественные показатели недоступны, т. е. невозможно по внутреннему сопротивлению судить о том, сколько проработает АКБ под нагрузкой. Однозначная зависимость между проводимостью и емкостью отсутствует.

Измерения рекомендуется проводить регулярно. Они позволяют оценить состояние АКБ, планировать покупку новой. Практикой доказано, что показатель с каждым годом возрастает минимум на 5%. Если увеличение превышает 8%, оценивают условия эксплуатации, нагрузку. Возможно, причина кроется в них.

От чего зависит

Показатель проводимости аккумулятора рассчитывают с учетом ЭДС, тока, нагрузки. Получают условную постоянно меняющуюся величину, зависящую от таких условий:

физических параметров батареи: размера, формы;
конструктивного исполнения основных элементов;
состояния электролита;
присутствия легирующих добавок;
состояния контактов.

Особенное влияние на импеданс оказывает электролитическая масса: химический состав, концентрация, температурные условия эксплуатации. Зависимость внутреннего сопротивления источников питания от состава электролита:

Кислотно-свинцовые АКБ отличаются минимальными показателями. Они способны отдать ток силой до 2,5 кА, который необходим для запуска ДВС.
Среди всех аккумуляторов самый низкий импеданс у NiCd. Он сохраняется даже после 1 тыс. разрядно-зарядных циклов.
У NiMH импеданс вначале выше. Через 350 циклов он еще увеличивается.
Характеристики Li-ion батареи лучше, чем NiMH, но уступают NiCd. В процессе эксплуатации импеданс у них не увеличивается, но зато в течение 2 лет Li-ion выходят из строя, даже если не эксплуатировались.

Поддерживать низкий импеданс особенно важно для устройств с высоким импульсным током потребления, например мобильных телефонов. Если никелевые аккумуляторы не обслуживать, их проводимость резко возрастает.

Подача переменного тока

Самый простой способ, но требует до 2 часов времени. Понадобятся:

Один из способов подачи переменного тока.

постоянный резистор определенного номинала;
ограничительный трансформатор;
конденсатор;
цифровой вольтметр.

Последний прибор может быть самым простым. Цифровая индикация необходима для большей точности измерений.

Несмотря на простоту метода, существуют факторы, которые не позволяют с уверенностью оценить внутреннее сопротивление. Значения при измерениях включают активные и реактивные параметры, учитывают частоту. Влияние оказывают химические реакции, протекающие в электролите.

Метод постоянной нагрузки

Способ, более часто используемый по сравнению с предыдущим. Применяется к батареям для автотранспорта. В течение нескольких секунд их разряжают под нагрузкой. Вольтметром фиксируют напряжение до разряда и после него. По закону Ома проводят вычисления.

Для старых АКБ метод неподходящий – он не позволяет определить их состояние. Нагрузка измеряется.

Короткоимпульсный способ

Сравнительно новаторский метод, обладающий следующими преимуществами:

Батарея остается на своем месте, не отключается, что избавляет от лишней работы.
При измерении изменение напряжения краткосрочное, что не влияет на работоспособность оборудования.
Из приборов нужен вольтметр.
Тестируют регулярно, но на состоянии АКБ это не сказывается.

Параллельно определяется емкость при сравнении новой и эксплуатируемой батарей. Учитываются сила тока, короткие замыкания. Метод позволяет сделать выводы о состоянии АКБ.

Зависимость состояния аккумулятора от внутреннего сопротивления

Провести измерения можно самостоятельно собранными устройствами, но большинство отдают предпочтение промышленным. Они позволяют оценить состояние аккумулятора, его основные характеристики. Рынок предлагает изделия с необходимыми функционалами.

Среди таких приборов:

Нагрузочные вилки – проверяют напряжение АКБ. Позволяют установить необходимую нагрузку.
Устройства, помогающие установить связь состояния батареи с импедансом.
Измерители спектров, позволяющие определить проводимость при переменном и постоянном токе.

Разные измерительные устройства служат для определения внутреннего сопротивления. Тестеры подают сигналы, по которым устанавливают работоспособность АКБ, емкость, время заряда и разряда. Показатели взаимосвязаны, но зависимость в одних случаях больше, в других – меньше.

Измерение внутреннего сопротивления автомобильного АКБ

Особенное влияние оказывает величина импеданса на автомобильные аккумуляторы. Если эксплуатация транспортного средства активная как в городе, так и на трассе, сельских дорогах, импеданс оказывает большое влияние на продолжительность службы батареи. Регулярное тестирование позволяет определить, когда пригодность АКБ для работы приближается к финишу.

Описание параметра

Сопротивление принято обозначать R. В автомобильном аккумуляторе это сумма сопротивлений омического и поляризации. В свою очередь, омическое R слагается из сопротивлений, которые возникают в электролите, на соединениях банок, на контактах, электродах, сепараторах.

Импеданс проявляется в отношении тока внутри батареи независимо от того, разрядный он или зарядный. Все элементы АКБ имеют свою проводимость, которая различается.

Связанные факторы

Конструкции аккумуляторов, применяемые материалы разные, поэтому показатели неодинаковые. Например, плюсовая решетка имеет R в 10 тыс. раз меньше, чем у нанесенного на нее свинца. На минусовой решетке разница неощутимая.

Технология изготовления электродов также различается, что сказывается на показателях. Сюда относятся: качество материала, контактов, конструкция, присутствие легирующих компонентов.

На R сепараторов влияют толщина и пористость материала. Сопротивление электролита зависит от его температуры, концентрации.

Измерение сопротивления

Точное измерение внутреннего сопротивления невозможно без использования графиков разрядных кривых. На него влияют заряженность АКБ, нагрузка, температура. Автолюбители пользуются более простым способом, позволяющим судить о состоянии источника питания.

Пользуются лампой из фары, например галогеновой на 60 Вт, и тестером. Светодиодную не следует применять ни в коем случае. Лампочку и мультиметр подключают к батарее последовательно. Записывают показания вольтметра. Отключают нагрузку и смотрят напряжение, которое окажется больше.

Сравнивают показания измерительного прибора. Проводят расчет: если разница не превышает 0,02 В, состояние АКБ хорошее – импеданс не больше 0,01 Ом.

Пользуются вольтметром с цифровой индикацией: на стрелочном трудно зафиксировать точные показатели.

Опыт автолюбителей

Отзывы водителей разные. Небольшая часть предпочитает проверять АКБ в мастерских. Другие, которые поняли процесс и значение этого параметра для жизнедеятельности аккумулятора, уделяют несколько минут для регулярной проверки.

При этом автолюбители советуют обратить внимание на такие моменты:

Не следует слепо руководствоваться абсолютными показателями, взятыми из специальной литературы, интернета. Более полезно сравнивать старые показатели с новыми.
Существуют нормы для каждой АКБ. Их берут из инструкции или оригинальной упаковки.
Регулярное измерение импеданса позволяет отслеживать изменения в батарее. В одних случаях достаточно найти и устранить причину, в других – это сигнал о необходимости замены АКБ в ближайшем будущем.

Параметр важный. Если измерять его регулярно, это позволит избежать многих проблем. Так считают большинство автолюбителей независимо от того, проводят они измерения сами или обращаются к мастерам.

Насколько уменьшится емкость li-ion аккумуляторов после нескольких лет хранения

Очень часто происходят дискуссии о том, насколько сильно влияет долгое хранение li-ion аккумуляторов на их рабочие характеристики. Снижается ли после долго хранения емкость аккумуляторов? А если снижается, то насколько? Можно ли использовать аккумуляторы, которые лежали без дела несколько лет?

Попробуем в этом разобраться. Выражаем благодарность компании KeepPower-Украина за предоставление li-ion аккумуляторов формата 18650, которые несколько лет находились у них на хранении. Было получено шесть разных аккумуляторов со сроками хранения от 3 до 6,5 лет:

Panasonic NCR18650G
Panasonic NCR18650BM
Panasonic NCR18650A
Samsung ICR18650-22F
Sanyo UR18650FM
Sanyo UR18650ZTA

Методика тестирования

В начале было измерено напряжение и внутреннее сопротивление всех аккумуляторов, чтобы произвести первоначальную оценку их состояния после хранения. После этого все аккумуляторы были несколько раз прогнаны циклами заряд/разряд, чтобы избавиться от возможных последствий долгого хранения. Так сказать – привели аккумуляторы в чувство после долгой спячки.

Тестирование проводилось разрядом токами 0,5 и 3 Ампера с замером емкости. После тестирования снова было проведено измерение внутреннего сопротивления аккумуляторов, чтобы зафиксировать возможное его изменение.

Тестирование в режиме разряда постоянным током проводилось прибором Rigol DL3021, измерение внутреннего сопротивления – прибором YR-1030.

Panasonic NCR18650BM

Первоначальное напряжение на аккумуляторе – 3,56 Вольт, внутреннее сопротивление – 22,2 мОм.

Возраст аккумулятора – 3 года
Минимальная емкость – 3030mAh
Максимальное напряжение – 4,2 Вольт
Минимальное напряжение – 2,5 Вольт

Внутреннее сопротивление после тестирования -20,6 мОм.

Panasonic NCR18650A

Первоначальное напряжение на аккумуляторе – 3,61 Вольт, внутреннее сопротивление – 32,7 мОм.

Возраст аккумулятора – 4 года
Минимальная емкость – 2950mAh
Максимальное напряжение – 4,2 Вольт
Минимальное напряжение – 2,5 Вольт

Внутреннее сопротивление после тестирования – 33,1 мОм.

Samsung ICR18650-22F

Первоначальное напряжение на аккумуляторе – 3,67 Вольт, внутреннее сопротивление – 45,9 мОм.

Возраст аккумулятора – 4 года
Минимальная емкость – 2150mAh
Максимальное напряжение – 4,2 Вольт
Минимальное напряжение – 2,5 Вольт

Внутреннее сопротивление после тестирования – 46,7 мОм.

Sanyo UR18650FM

Первоначальное напряжение на аккумуляторе – 3,79 Вольт, внутреннее сопротивление – 42,8 мОм.

Возраст аккумулятора – 4 года
Минимальная емкость – 2500mAh
Максимальное напряжение – 4,2 Вольт
Минимальное напряжение – 2,5 Вольт

Внутреннее сопротивление после тестирования – 42,5 мОм.

Sanyo UR18650ZTA

Первоначальное напряжение на аккумуляторе – 3,80 Вольт, внутреннее сопротивление – 42,2 мОм.

Возраст аккумулятора – 6 лет
Минимальная емкость – 2900mAh
Максимальное напряжение – 4,35 Вольт
Минимальное напряжение – 2,75 Вольт

Внутреннее сопротивление после тестирования – 42,2 мОм.

Следует отметить, что максимальное напряжение данной модели аккумулятора составляет 4,35 Вольт, что выше стандартных 4,2 Вольт. Но перед тестированием аккумулятор был заряжен только до 4,2 Вольт (было нечем зарядить дj напряжения 4,35 Вольт). Поэтому результаты тестирования для этого экземпляра не совсем корректны.
По разным данным при заряде таких аккумуляторов только до 4,2 Вольт в них “недозаливается” от 10 до 15% емкости.

Panasonic NCR18650G

Первоначальное напряжение на аккумуляторе – 4,11 Вольт, внутреннее сопротивление – 35,9мОм.

Возраст аккумулятора – 6 лет
Минимальная емкость – 3450mAh
Максимальное напряжение – 4,2 Вольт
Минимальное напряжение – 2,5 Вольт

Внутреннее сопротивление после тестирования – 36,8 мОм.

Кто повнимательнее, тот заметил, что похоже этот аккумулятор был когда-то заряжен до 4,2 Вольт, т.к. перед тестированием его напряжение было 4,11 Вольт. Мы тоже на это обратили внимание и обратились к лицу, от которого получили эти аккумуляторы на тесты. С его слов этот аккумулятор скорее всего был заряжен примерно в 2014 году и после этого лежал в коробке. Если это так, то это очень хороший показатель по саморазряду. Саморазряд очень-очень низкий.

Анализ результатов

На диаграмме представлено сравнение измеренной емкости аккумуляторов при разряде токами 0,5 и 3 Ампера с минимальной емкостью, указанной в datasheet производителя. Как можно увидеть – емкость части аккумуляторов превышает минимально-гарантированную, емкость нескольких аккумуляторов немного ниже минимально-гарантированной.

Для удобства восприятия на диаграмме ниже показано, какая емкость в процентах от минимально-гарантированной была зафиксирована при разряде током 0,5 Ампера.

Не забывайте, что модель Sanyo UR18650ZTA имеет максимальное напряжение 4,35 Вольт. А перед тестированием аккумулятор заряжался только до 4,2 Вольт. Поэтому чтобы получить правильную картину по этому аккумулятору следует к измеренной емкости добавить еще примерно 10-15%.

Выводы

По результатам тестирования видно, что после нескольких лет хранения, конечно, li-ion аккумуляторы немного теряют в емкости, но снижение емкости оказалось совсем небольшим. Внутреннее сопротивление аккумуляторов также находится в пределах нормы и сильно не изменилось. Усиления саморазряда (снижение напряжения на заряженном аккумуляторе со временем) также отмечено не было.

Таким образом, можно сделать вывод, что к ухудшению характеристик (уменьшение емкости, увеличение саморазряда и внутреннего сопротивления) приводит не долговременно хранение, а работа аккумуляторов в циклах разряд/заряд.

Дата проведения тестирования аккумуляторов - март 2019 года.

Как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора 18650

Информационный сайт о накопителях энергии

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора

Измерение внутреннего измерения свинцового аккумулятора мало изменяется от конструктивных элементов , отрицательных электродов и губчатого свинца. А вот активная замазка и положительный электрод оказывают сопротивление прохождению тока в 10 тысяч раз большее. С повышением степени сульфатирования, усиливается сопротивление, при постоянном напряжении падает сила тока. При получении зарядного тока кристаллы разрушаются, сопротивление уменьшается.

Важно, что прямое воздействие на внутреннее сопротивление оказывает температура электролита. При замерзании электролита он работает, как изолятор. Идеально электролитическая реакция идет при 15 0 С и плотности электролита 1,25 г/см3. Повышение температуры также негативно сказывается на проходимости заряда-разряда в аккумуляторе автомобиля. Каким должно быть внутреннее сопротивление в рассматриваемый момент зависит от температуры и степени заряда аккумулятора.

Норма внутреннего сопротивления нового аккумулятора составляет 0,005 Ом при температуре 15-20 0 С, но с момента эксплуатации величина неуклонно растет. Какое состояние устройства в текущий момент можно определить с помощью нагрузочной вилки.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора – таблица

Внутреннее сопротивление аккумулятора 18650

Ra – активное сопротивление 18650

Cдв – емкость двойного электрического слоя

R0 – сопротивление переноса заряда на границе электролит-электрон

Zw – диффузионный импеданс Варбурга

Видео

Информационный сайт о накопителях энергии

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора

Важно, что прямое воздействие на внутреннее сопротивление оказывает температура электролита. При замерзании электролита он работает, как изолятор. Идеально электролитическая реакция идет при 15 0 С и плотности электролита 1,25 г/см3. Повышение температуры также негативно сказывается на проходимости заряда-разряда в аккумуляторе автомобиля. Каким должно быть внутреннее сопротивление в рассматриваемый момент зависит от температуры и степени заряда аккумулятора.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора – таблица

Внутреннее сопротивление аккумулятора 18650

Ra – активное сопротивление 18650

Cдв – емкость двойного электрического слоя

R0 – сопротивление переноса заряда на границе электролит-электрон

Zw – диффузионный импеданс Варбурга

Видео

Цена: €2.55-€5.25

Перейти в магазин

В этом обзоре я постараюсь сравнить несколько высокотоковых литиевых аккумуляторов типоразмера 18650. Но основной упор буду делать на возможность выдачи тока 35А. Также при этом буду контролировать просадку напряжения на батарее.

Начну я с небольшого введения, в котором расскажу о проведении испытаний.

1. Замеры емкости будут проводиться при помощи зарядного устройства Imax B6. К сожалению, с компьютером я его подружить не смог, поэтому придется обойтись без красивых графиков, но этот недостаток я постараюсь компенсировать количеством тестов.
2. Для измерения отдаваемого тока я буду использовать электронную сигарету и токовый шунт 75ШСМ 50А, включенный в разрыв между двумя аккумуляторами. В качестве нагрузки будет использоваться атомайзер электронной сигареты. Небольшое пояснение: упрощенно можно сказать, что атомайзер представляет собой катушку проволоки с сопротивлением 0,15Ом. Спираль атомайзера изготовлена из Кантала*. Измеренное мною сопротивление шунта составило 1,52мОм.

На картинках буду приводить значение падения напряжения на шунте и для удобства буду сразу его пересчитывать в ток.
Одновременно с замером тока буду показывать просадку напряжения на одном из аккумуляторов. Для этого я немного модифицировал бокс-мод электронной сигареты. К отрицательному полюсу батарейного отсека бокс-мода я подсоединил проводок, который вывел наружу, чтобы к нему можно было подключить мультиметр. Упрощенную схему можно увидеть на рисунке ниже. Перед проведением замеров напряжений и токов я полностью зарядил аккумулятор.

3. Также я замерю внутренне динамическое сопротивление аккумуляторов. Измерения буду проводить при помощи зарядного устройства BT-C3100. При измерении буду следовать рекомендациям, которые даются в документации на устройство. «Поскольку внутренне сопротивление аккумулятора очень мало, то погрешность в его измерения могут вносить контакты, между которыми зажимается аккумулятор. Для более точного измерения рекомендуется дополнительно чем-то прижимать контакты на время проведения измерений» Разумеется точность измерений при таком способе будет не высока, но это поможет дать более подробную картину о характеристиках аккумуляторов.

*Кантал – сплав на основе железа, включающий в себя также Хром, Алюминий, Кремний и Марганец. Является торговой маркой, принадлежащей компании Sandvic, у остальных производителей этот материал называется Фехраль. Применяется для изготовления нагревательных элементов мощных электронагревательных устройств промышленных и технологических печей, пуско-тормозных резисторов электровозов, моторвагонного подвижного состава, в электронных сигаретах в качестве нагревательного элемента. Более подробно про этот материал можно узнать тут: wiki

Все аккумуляторы из обзора не имеют защитной платы. Поэтому при их эксплуатации следует придерживаться нескольких правил.
1. Не допускать короткого замыкания.
2. Не допускать глубокого разряда ниже 2,5В. Т.е. с осторожностью использовать в устройствах, где может происходить неконтролируемый разряд аккумулятора, к примеру, в фонарях.
3. Не перезаряжать выше допустимого уровня напряжения. Для батарей из этого обзора это 4,2В.
4. В ходе эксплуатации не допускать превышения температуры, оговоренной в документации на конкретный вид батарей.
5. Придерживаться рекомендаций по температуре хранения.

Информацию в обзоре буду давать следующим образом. Сначала буду давать основные характеристики батарей, затем буду приводить фото батареи +габариты + вес батареи. Для того, чтобы указанные мною данные можно было проверить или уточнить ещё какие-либо параметры, буду приводить таблицу с характеристиками батареи. Затем буду немного рассказывать о проведенных процессах заряда/разряда и по возможности буду сводить полученные данные в таблицу.
Также в таблице буду давать кроме измеренного значения емкости еще и ожидаемое значение, которое должно будет получиться согласно графику разряда, который приводится в большинстве документаций на батареи. Далее буду приводить этот самый график разряда, на который буду наносить точки, соответствующие полученным значениям емкости.
В спойлер буду класть фотографии измеренных мною значений емкости, дабы не возникло предположений о выдумывании мною, указанных в обзоре значений. Также в этот спойлер буду класть фотографии с измеренным значением внутреннего сопротивления батареи.

Далее я буду приводить фотографию со значением падения напряжения на шунте, при измерении отдаваемого тока и как я уже говорил выше, буду сразу это значение пересчитывать в ток. Иногда максимальное значение тока и максимальная просадка напряжения совпадают во времени, а иногда проявляются с небольшим сдвигом друг относительно друга. Поэтому, когда эти два события не будут совпадать во времени, я буду приводить две фотографии одну с максимальным значением тока, вторую с максимальной просадкой напряжения. Пересчет падения напряжения на шунте в ток буду проводить для случая максимального тока. Также я буду приводить на фотографии значение напряжения на аккумуляторе. А чтобы я никого не обманул своими выводами и картинками в конце обзора я приведу видео, в котором продемонстрирую описанный эксперимент по замеру тока и падения напряжения на аккумуляторе.

Что касается измерений внутреннего сопротивления с помощью зарядного устройства BT-C3100, то результаты измерений я положу в спойлер. Далее, чтобы не загромождать обзор, значение внутреннего сопротивления буду просто указывать с остальными характеристиками батареи.

Вот вкратце и все тесты, результаты которых, я хотел бы показать в этом обзоре. Давайте начнем.

1. Sony Konion US18650VTC6 3120mAh — 30A.
Ссылка на батареи: https://ru. nkon.nl/sony-us18650vtc6.html

Стандартный зарядный ток: 3 A
Максимальный ток при ускоренном заряде: 5А/6А
Напряжение окончания заряда: 4.2V
Напряжение окончания разряда: 2.0V
Максимальный непрерывный ток: 30A
Номинальное напряжение: 3.6V
Минимальная заявленная ёмкость при разрядке током 0.2C: 3000mAh
Рабочая температура при заряде/разряде: -0. +60C/-20. +60C
Внутреннее сопротивление батареи, заявленное/измеренное: 8-18мОм/ 38мОм

Таблица с характеристиками этих батарей из документации:

До начала эксперимента батарея была немного разряжена, я зарядил её до уровня 4,2В, согласно документации и затем разрядил.
Номинальная емкость в 3120мАч заявлена для случая разряда током 0,2С, т.е. 0,624А при разряде до 2,0В.
Мое разрядное устройство позволяет разряжать батареи до уровня 3,0В, в любом случае разряд до 2В может оказаться губительным для батареи и большинство устройств, работающих от подобного рода батарей блокируют работу устройства на некотором уровне напряжения. Поэтому я разрядил батарею током 0,6А до напряжения 3В. Согласно графику из документации на батарею, при подобном методе разряда я должен был получить емкость примерно 2750мАч, вместо этого я получил значение 2219мАч. Время разряда составило 382 минуты.

Затем я зарядил батарею до уровня 4,2В. Согласно документации на батарею я выбрал ток заряда, равный 3А. При этом емкость составила 2977мАч. Затем я снова разрядил батарею до уровня 3В. Ток разряда я выбрал максимальный, который может обеспечить Imax B6 – 2А. При этом емкость батареи составила 2718мАч, время разряда 141 минута.

Для наглядности результаты измерений свел в таблицу:

Точки я отметил на следующем графике, взятом из документации на батарею. Точка слева — полученное значение емкости, точка справа — ожидаемое значение емкости.

Согласно документации, максимальный продолжительный разрядный ток батареи может достигать 30А. Это я проверю методом, описанном в начале обзора. Из следующей картинки видим, что максимальное падение напряжения на шунте составило 53,4мВ, следовательно, поделив это значение на сопротивление шунта (1,52мОм), получим максимальное значение разрядного тока. Оно составило 35,1А. При этом напряжение на аккумуляторе просело до 3,4В. Видим, что батарея обеспечивает заявленное значение разрядного тока.

Слева от первой красной полосы максимальная просадка напряжения, затем между двух красных полос максимальное падение напряжения на шунте и справа от второй красной полосы напряжение, если так можно сказать, «холостого хода» аккумулятора. По факту это напряжение, замеренное с учетом небольшого потребления мозгов электронной сигареты. Для упрощения, далее в обзоре я буду называть это значение напряжения, «напряжением покоя». В данном случае оно составило 4,13В.

Стандартный зарядный ток: 2.5A
Максимальный ток при ускоренном заряде: 6А
Напряжение окончания заряда: 4.2V
Напряжение окончания разряда: 2.0V
Максимальный непрерывный ток: 35A
Номинальное напряжение: 3.6V
Минимальная заявленная ёмкость при разрядке током 0.2C: 2500mAh
Рабочая температура при заряде/разряде: -0. +60C/-20. +60C
Внутреннее сопротивление батареи, заявленное/измеренное: 7-15мОм/ 31мОм

Таблица с характеристиками батарей из документации:

Таблица с характеристиками этих батарей:

Ожидаемая емкость, согласно графику ниже должна была составить примерно 2380мАч. Черная точка слева соответствует полученному значению емкости 2283мАч, черная точка справа соответствует ожидаемому значению емкости 2380мАч. Также согласно этому графику я должен был получить емкость примерно 2400мАч, при разряде током 0,5А.

Согласно документации, максимальный продолжительный разрядный ток батареи может достигать 35А. Из следующей картинки видим, что максимальное падение напряжения на шунте составило 52,2мВ, следовательно, поделив это значение на сопротивление шунта (1,52мОм), получим максимальное значение разрядного тока. Оно составило 34,3А. При этом напряжение на аккумуляторе просело до 3,43В. Видим, что батарея обеспечивает заявленное значение разрядного тока. Напряжение покоя составило 4,12В.

Стандартный зарядный ток: 2,5A
Максимальный ток при ускоренном заряде: 4А
Напряжение окончания заряда: 4.2V
Напряжение окончания разряда: 2.0V
Максимальный непрерывный ток: 30A
Номинальное напряжение: 3.6V
Минимальная заявленная ёмкость при разрядке током 0.2C: 2500mAh
Рабочая температура при заряде/разряде: -0. +60C/-20. +60C
Внутреннее сопротивление батареи, заявленное/измеренное: 8-18мОм/ 34мОм

Таблица с характеристиками батарей из документации:

Когда я искал документацию на данную батарею, я наткнулся на один интересный документ, который называется «Как отличить поддельные US18650VTC5». Вкратце там сказано, что стоит обратить внимание на то, что на оригинальных батареях Sony под положительным контактом на корпус нанесены два колечка. И на картинке приведено, как расстояние между этим колечками отличается к примеру, от батареи Samsung INR18650-25R. На картинке ниже это отличие обведено в красный прямоугольник. От себя отмечу, что данная отличительная черта характерна только для моделей VTC4, VTC5, VTC5A, а на VTC6 нижнее кольцо расположено немного ниже, чем у его собратьев, к тому же нижнее кольцо более широкое. Верхнее кольцо у версии VTC6 без аналогично предыдущим, описанным выше версиям. Также в документе говорится, то положительный контакт тоже имеет небольшие отличия.

Я зарядил батарею до 4,2В, затем разрядил током 0,5А. Время разряда 413минут. Полученная емкость 2421мАч. Для наглядности я свел в таблицу полученные данные. Ожидаемое значение емкости я получил из графика разряда, который привел ниже таблицы.

На следующем графике я отметил точками полученные мною значения емкости. Черной точкой слева обозначено полученное мною значение емкости при разряде током 0,5А. Черной точкой справа обозначено полученное мною значение емкости при разряде током 2А.

Согласно документации, максимальный продолжительный разрядный ток батареи может достигать 30А. Из следующей картинки видим, что максимальное падение напряжения на шунте составило 53,8мВ, следовательно, поделив это значение на сопротивление шунта (1,52мОм), получим максимальное значение разрядного тока. Оно составило 35,4А. При этом напряжение на аккумуляторе просело до 3,3В. Видим, что батарея обеспечивает заявленное значение разрядного тока. Напряжение покоя 4,14В.

Стандартный зарядный ток: 1.75A
Напряжение окончания заряда: 4.2V
Напряжение окончания разряда: 2.5V
Максимальный непрерывный ток: 20A
Номинальное напряжение: 3.6V
Минимальная заявленная ёмкость при разрядке током 0.2C: 2500mAh
Рабочая температура при заряде/разряде: 10. +45C/-20. +60C
Внутреннее сопротивление батареи, заявленное/измеренное: автор: Alfred1978

просмотры: 10915

рейтинг: +168

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.

Как измерить внутреннее сопротивление литиевой батареи и батареи 18650

Как измерить внутреннее сопротивление литиевой батареи и батареи 18650? Всем известно, что внутреннее сопротивление – один из важных показателей для оценки работы аккумулятора. Тест внутреннего сопротивления включает внутреннее сопротивление переменному току и внутреннее сопротивление постоянному току. Внутреннее сопротивление литиевых батарей и батарей 18650 непостоянно и меняется со временем во время зарядки и разрядки.Это связано с тем, что состав активного материала, концентрация и температура электролита постоянно меняются. Так как же проверить это в нормальных условиях? См. Ниже.

Состав внутреннего сопротивления литиевой аккумуляторной батареи:

Внутреннее сопротивление литиевой аккумуляторной батареи в основном состоит из двух частей. Омическое внутреннее сопротивление и внутреннее сопротивление поляризации в основном стабильны в условиях постоянной температуры, а сопротивление поляризации изменяется в зависимости от факторов, влияющих на уровень поляризации.

Омическое сопротивление в основном складывается из контактного сопротивления каждой части материала электрода, электролита, сопротивления диафрагмы, токосъемника и соединения выводов и связано с размером, структурой и режимом подключения. батареи. Напряжение на клеммах литиевой батареи относится к напряжению между положительным и отрицательным электродами батареи, когда блок литиевой батареи подключен к рабочему состоянию в цепи. Значение равно потенциалу литиевой батареи за вычетом омического внутреннего сопротивления и оставшегося напряжения.ценить.

Как измерить внутреннее сопротивление литиевой аккумуляторной батареи?

Во-первых, метод испытания внутреннего сопротивления постоянному току

Метод испытания внутреннего сопротивления постоянному току, указанный в стандарте, требует большого импульсного тока батареи. Точность этого метода испытаний зависит не только от точности используемого зарядного и разрядного оборудования и прибора обнаружения датчика, но и от внутреннего сопротивления самой батареи. Это влияет на ошибку.

(1) Заполните литиевую аккумуляторную батарею постоянным током 40A, предел напряжения 4,2 В

(2) Мощность 10% DOD (DepthOfDischarge) разряжается током 100A, а SOC батареи составляет 90%.

(3) 1 час покоя

(4) Выполните тест в соответствии с таблицей измерения импульсной мощности

(5) Повторите тесты (1) – (3), увеличивая глубину каждого разряда на 10% пока 90% DOD не будет выпущено для окончательного тестирования.

(6) Освободите батарею до 100% DOD

Во-вторых, согласно физической формуле R = U / I, испытательное оборудование позволяет литиевой батарее принудительно пропускать большой постоянный ток (обычно используется большой ток 40A). до 80A) за короткий промежуток времени (обычно от 2 до 3 секунд).В это время измеряют напряжение на литиевой батарее и вычисляют текущее внутреннее сопротивление литиевой батареи в соответствии с формулой.

Точность этого метода измерения высока, и при правильном управлении погрешность измерения можно контролировать в пределах 0,1%.

В-третьих, метод измерения внутреннего сопротивления падения давления переменного тока

Поскольку литиевая аккумуляторная батарея фактически эквивалентна активному резистору, мы применяем фиксированную частоту и фиксированный ток к литиевой батарее (в настоящее время используется частота 1 кГц, низкий ток 50 мА) , затем отбор его напряжения после выпрямления, фильтрации и т. д.После серии процессов внутреннее сопротивление литиевой батареи рассчитывается схемой операционного усилителя. Время измерения литиевой батареи методом измерения внутреннего сопротивления падения напряжения переменного тока чрезвычайно короткое, обычно около 100 миллисекунд.

Точность этого метода измерения также хорошая, погрешность измерения обычно составляет от 1% до 2%.

Как измерить внутреннее сопротивление батареи 18650?

Литиевые батареи нуждаются в специальном тестере внутреннего сопротивления и тестере емкости для определения емкости и внутреннего сопротивления.Внутреннее сопротивление 18650 обычно составляет 20-65 миллиом. Напряжение можно измерить только мультиметром. Тестер внутреннего сопротивления напряжения батареи 18650 определяет напряжение и внутреннее сопротивление батареи, а зарядный шкаф определяет емкость батареи.

18650 интеллектуальный тестер внутреннего сопротивления аккумулятора:

Он подает сигнал переменного тока частотой 1 кГц на измеряемый объект и определяет его внутреннее сопротивление путем измерения падения напряжения переменного тока. (Он отличается от принципа измерения сопротивления мультиметра. Измеренное значение – это уровень в миллиомах, а значение, измеренное мультиметром, – это уровень в омах; и мультиметр может измерять только сопротивление обесточенного объекта и внутреннее сопротивление. метр может измерять значение сопротивления объекта источника питания, а также измерять значение сопротивления объекта источника питания, поэтому они не должны быть равны.) Используйте значение внутреннего сопротивления, чтобы судить о состоянии износа батареи.(В целом, чем меньше значение сопротивления батареи, тем лучше производительность. Следовательно, метод измерения батареи с использованием внутреннего сопротивления является хорошим методом высокой скорости и высокой надежности.

Таким образом, фактически, измерение внутреннее сопротивление батареи – относительно сложный процесс.Для проверки внутреннего сопротивления литиевой батареи и батареи 18650 требуется специальный тестер внутреннего сопротивления и тестер емкости. Внутреннее сопротивление и напряжение батареи должны находиться в пределах диапазона, измеренного прибором.В противном случае показания будут неточными, и номинальное напряжение (19,99 В) будет превышено. Сжигайте инструмент, не используйте инструмент во взрывоопасной атмосфере, паре или окружающей среде.

Наши блоги – Внутреннее сопротивление аккумулятора и метод его измерения

29 мая 2020 г. 2:05:08 America / Los_Angeles

Батареи разных типов имеют разное внутреннее сопротивление. Для батарей одного типа из-за несовместимых внутренних химических характеристик внутреннее сопротивление также различается.Внутреннее сопротивление батареи очень мало, мы обычно используем для этого единицы миллиом. Внутреннее сопротивление – важный технический индикатор для измерения производительности батареи. В нормальных условиях аккумулятор с малым внутренним сопротивлением обладает высокой способностью к сильноточной разрядке, а аккумулятор с большим внутренним сопротивлением имеет слабую разрядную способность. С точки зрения принципиальной схемы разрядной цепи, мы можем разделить батарею и внутреннее сопротивление и разделить его на источник питания без внутреннего сопротивления, соединенный последовательно с небольшим сопротивлением.В это время, если внешняя нагрузка небольшая, то напряжение, распределяемое на этом небольшом резисторе, мало, в противном случае, если внешняя нагрузка очень большая, тогда напряжение, распределяемое на этом небольшом резисторе, относительно велико, и часть мощности будет расходуется на это внутреннее сопротивление (может быть преобразовано в тепло или в какую-то сложную обратную электрохимическую реакцию). Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи на заводе относительно невелико, но после длительного использования из-за истощения электролита внутри батареи и снижения активности химических веществ внутри батареи это внутреннее сопротивление будет постепенно уменьшаться. увеличивайте до тех пор, пока внутреннее сопротивление не станет большим. Внутреннее питание батареи не может быть высвобождено нормально, и теперь батарея разряжена. Большинство стареющих батарей не имеют ценности из-за чрезмерного внутреннего сопротивления, поэтому их следует утилизировать. Поэтому следует уделять больше внимания емкости разряда аккумулятора, а не емкости зарядки.

1. Внутреннее сопротивление не является фиксированным значением

Проблема в том, что когда аккумулятор находится в другом состоянии заряда, его внутреннее сопротивление отличается; когда аккумулятор находится в другом состоянии срока службы, значение его внутреннего сопротивления также отличается.С технической точки зрения мы обычно разделяем сопротивление батареи на два состояния: внутреннее сопротивление в состоянии зарядки и внутреннее сопротивление в состоянии разряда.

1). Заряженное внутреннее сопротивление относится к измеренному внутреннему сопротивлению аккумулятора, когда аккумулятор полностью заряжен.

2). Внутреннее сопротивление разряда относится к внутреннему сопротивлению батареи, измеренному после полной разрядки батареи (при разряде до стандартного напряжения отключения).

В общем, внутреннее сопротивление в состоянии разряда нестабильно, и результат измерения намного выше нормального значения, в то время как внутреннее сопротивление в заряженном состоянии относительно стабильно, и измерение этого значения имеет практическое значение для сравнения. Поэтому в процессе измерения батареи мы принимаем за эталон внутреннее сопротивление состояния заряда.

2. Внутреннее сопротивление нельзя точно измерить обычным методом.

Внутреннее сопротивление батареи очень мало, мы обычно используем микроом или миллиом.В общих случаях измерения мы требуем, чтобы погрешность измерения внутреннего сопротивления батареи контролировалась в пределах плюс-минус 5%. Такое маленькое сопротивление и такие точные требования должны измеряться специальными приборами.

3. Метод измерения внутреннего сопротивления батареи, используемый в настоящее время в промышленности.

В промышленных приложениях точное измерение внутреннего сопротивления батареи выполняется с помощью специального оборудования. Позвольте мне рассказать о методе измерения внутреннего сопротивления батареи, применяемом в промышленности. В настоящее время в промышленности существует два основных метода измерения внутреннего сопротивления батарей:

1). Метод измерения внутреннего сопротивления разряда постоянному току

Согласно физической формуле R = U / I, испытательное оборудование позволяет батарее выдавать большой постоянный ток постоянного тока за короткое время (обычно от 2 до 3 секунд) (в настоящее время большой ток составляет 40 А. до 80А), и батарея измеряется. Рассчитайте текущее внутреннее сопротивление батареи по формуле.

Точность этого метода измерения высокая. При правильном управлении погрешность измерения можно контролировать в пределах 0,1%.

Но у этого метода есть очевидные недостатки:

(1) Можно измерять только батареи или аккумуляторы большой емкости, а батареи малой емкости не могут выдерживать большие токи от 40А до 80А за 2–3 секунды;

(2) Когда батарея пропускает большой ток, электрод внутри батареи будет поляризован, и появится поляризованное внутреннее сопротивление. Следовательно, время измерения должно быть очень коротким, иначе погрешность измеренного значения внутреннего сопротивления будет очень большой;

(3) Большой ток, проходящий через батарею, вызывает определенное повреждение электродов внутри батареи.

2). Метод измерения внутреннего сопротивления падения напряжения переменного тока

Поскольку батарея фактически эквивалентна активному сопротивлению, мы прикладываем к батарее фиксированную частоту и фиксированный ток (в настоящее время обычно используются частота 1 кГц и небольшой ток 50 мА), а затем напряжение отбираются и подвергаются ряду процессов, таких как ректификация и фильтрация.Затем вычислите внутреннее сопротивление батареи через схему операционного усилителя. Время измерения батареи методом измерения внутреннего сопротивления падения напряжения переменного тока очень короткое, обычно около 100 миллисекунд.

Точность этого метода измерения также хорошая, погрешность измерения обычно составляет от 1% до 2%. Преимущества и недостатки этого метода:

(1) Используя метод измерения внутреннего сопротивления падения напряжения переменного тока, можно измерить почти все батареи, включая батареи малой емкости.Этот метод обычно используется для измерения внутреннего сопротивления аккумуляторных элементов портативных компьютеров.

(2) На точность измерения методом измерения падения напряжения переменного тока могут влиять пульсации тока, а также возможность гармонических помех. Это проверка помехоустойчивости цепи измерительного прибора.

(3) Измерение этим методом не вызовет слишком большого повреждения самой батареи.

(4) Точность измерения методом измерения падения напряжения переменного тока хуже, чем у метода измерения внутреннего сопротивления разряда постоянного тока.

3). Ошибка компонента тестового прибора и проблема кабеля батареи, используемого для теста

Независимо от того, какой из вышеупомянутых методов, есть некоторые проблемы, которые мы легко упускаем из виду, то есть ошибки компонентов тестового инструмента сам и тестовый кабель, используемый для подключения аккумулятора. Поскольку внутреннее сопротивление измеряемой батареи невелико, необходимо учитывать сопротивление линии. Короткая соединительная линия от прибора к самой батарее также имеет сопротивление (примерно на уровне микроомов), а между батареей и соединительной линией имеется контактное сопротивление.Эти факторы необходимо заранее настроить в приборе.

Таким образом, обычный тестер внутреннего сопротивления аккумулятора обычно оснащен специальным соединительным кабелем и полкой для крепления аккумулятора.

4. Резюме

Многие стареющие батареи все еще имеют большой внутренний заряд, но жаль, что внутреннее сопротивление слишком велико для разряда электричества. Но как только внутреннее сопротивление батареи добавляется заново, становится еще труднее искусственно уменьшить это значение внутреннего сопротивления.Поэтому, даже если мы подумаем о многих способах активировать стареющую батарею, таких как сильный ток, слаботочный плавающий заряд, холодильник и т. Д., Большинство из них бесполезны и неэффективны. Поняв вышеизложенное, мы можем в основном понять, что как можно больше следует выбирать аккумулятор с наименьшим внутренним сопротивлением. Еще одним важным моментом является то, что внутреннее сопротивление будет продолжать расти, если аккумулятор не будет использоваться в течение длительного времени. Рекомендуется по-прежнему часто использовать аккумулятор, чтобы поддерживать активность химических веществ внутри аккумулятора.

Объяснение 5 распространенных мифов о литий-ионных аккумуляторах – 18650 Battery

Предисловие

Терминология для аккумуляторов 18650 может быть очень запутанной. В этом сообщении в блоге я развею пять распространенных мифов.

Миф №1 – У вас есть отдельные батареи 18650
Миф № 2 – Что лучше, Li-Po или Li-ion?
Миф № 3 – Когда вы заряжаете элемент, его емкость увеличивается
Миф № 4 – Батареи 18650 могут быть первичными или вторичными
Миф № 5 – Импеданс и сопротивление – взаимозаменяемые термины

Я решил подробно остановиться на каждом пункте, чтобы читатели могли полностью понять, что скрывается за каждым мифом. С деталями тоже кроется некоторая сложность. По общему признанию, я волнуюсь. Я хочу, чтобы этот пост для прояснил мифы о 18650 батареях, а не запутал еще больше.

По этой причине я добавил как можно больше метафор для явления. Когда вы сталкиваетесь с этим, действительно найдите момент, чтобы подумать о том, что происходит. Я считаю, что эти метафоры – лучший способ быстро понять сложные концепции.

И, наконец, если вы столкнетесь с ошибками, у вас возникнут вопросы или вы не согласны с тем, что я написал, дайте мне знать в комментариях!

Миф №1 – У вас есть отдельные батареи 18650

Ответ: Технически у вас есть отдельные элементы 18650, а не батареи

Проблема терминологии здесь возникает из-за разницы между потребителями и инженерами.

1 – Ячейка

Технически говоря, отдельная батарея 18650 на самом деле является элементом. Ячейка – это самая маленькая упакованная форма, которую может принять батарея (а для батарей 18650 размер ячейки обычно составляет 4,2 В).

2 – Модуль

Следующей ступенью иерархии является модуль, который может состоять из нескольких ячеек 18650, соединенных параллельно или последовательно. Модули могут иметь размер от нескольких ячеек до нескольких сотен ячеек в зависимости от требований к энергии.

Литий-ионная аккумуляторная батарея BMW i3 с отдельными аккумуляторными модулями для просмотра

3 – Аккумулятор (или аккумулятор)

Батарея – это группа элементов или модулей, соединенных вместе параллельно или последовательно, обычно называемая аккумуляторной батареей.И инженеры, и потребители называют окончательную упаковку аккумуляторной батареей. Однако только инженеры обычно относятся к блоку с единственной мировой «батареей» в контексте литий-ионных батарей 18650. Аккумуляторные блоки 18650 почти всегда содержат BMS (систему управления батареями), которая представляет собой схему, регулирующую элементы и модули.

Если необходимо различать батарею и батарею, «батарея» часто меньше, а «батарея» больше

Неужели я должен называть их элементами, а не батареями?

Ну, это зависит от того, кто вы и что делаете.

Назвать отдельную ячейку 18650 батареей вполне приемлемо для большинства людей. Мы часто делаем это на Battery Bro. Это потому, что для большинства потребителей 18650 – это батарея, точно так же, как AA – это батарея. Это маленький цилиндр, который дает нам энергию – с ним легко общаться.

Но номенклатура у инженеров другая. Забота об эффективности требует соблюдения стандартов, и в зависимости от философии их работы некоторые инженеры могут принять это на свой счет.Я сталкивался с такими и не не согласен с ними.

Это связано с тем, что обычно батарея представляет собой автономную систему, способную безопасно обеспечивать питание устройства. Ключевым моментом является безопасность аккумулятора. С другой стороны, элемент 18650 требует дополнительной схемы регулирования для безопасной работы, потому что литий настолько химически реактивен.

Добавление BMS также имеет решающее значение для поддержания ожидаемого длительного срока службы литий-ионных аккумуляторов. Отдельные ячейки не имеют BMS, это работа группы.

Помните о трехуровневой системе, используемой при создании аккумуляторных блоков – элементы, модули и аккумулятор. У каждой категории свой набор правил, поэтому они не могут сообщать свои имена. Поэтому в некоторых случаях необходимо различать элемент и батарею.

Напомним, что один 18650 – это ячейка, а группа 18650 – это батарея.

Потребители говорят: 18650 Аккумулятор
Инженеры говорят: 18650 Cell

Потребители говорят: аккумулятор 18650
Инженеры говорят: аккумулятор 18650 (или аккумулятор 18650)

Ответ: Фактически нельзя сравнивать эти два.

Слово LiPo (литиевый полимер) имеет два значения.

(Необычный) Исходное значение, относящееся к «полимерному электролиту»
(Общий) Новое значение, ячейка с «форматом пакета»

В этом новом значении электрохимия клеток не отличается от литий-ионных (литий-ионных)

Применение № 1 – (Необычный) полимерный электролит

Много лет назад была разработана химия, получившая название LiPo. На самом деле он никогда не применялся и не часто упоминается. В ячейках этого типа используются настоящие полимерные электролиты, но они еще не поступили в продажу и в значительной степени являются прототипами исследовательских элементов.

Применение №2 – (Обычный) формат полимерного корпуса или пакета

Сегодня слово LiPo означает литий-полимерный . Полимер – это податливый мягкий материал, образующий внешнюю оболочку аккумулятора.

Это набухшая (разлагающаяся) липоклетка (обычно от возраста).Обратите внимание, что 18650 никогда не может так выпукнеть.

Литий-полимерный

(LiPo, LiPoly и др.) Используется для аккумуляторов мобильных телефонов и планшетов; подумайте об их различной форме и материале, который легко проколоть. Сравните это с цилиндрической батареей 18650 со стальным корпусом, которая стандартизирована, жесткая и цилиндрическая. Батареи 18650 (18 мм на 65 мм) никогда не разделяют характеристики мягкого, гибкого полимерного корпуса.

Если мы сделаем шаг назад, то увидим, что батареи с твердой и мягкой оболочкой используют одну и ту же фундаментальную электрохимию.Оба они литий-ионные (li-ion, liion и т. Д.).

То есть они оба дают нам полезную энергию, шунтируя ионы лития между катодным и анодным листами. Ионы движутся в одном направлении во время заряда и в другом направлении во время разряда. Это фундаментальное движение присутствует как в жестких батареях 18650, так и в мягких батареях типа LiPo. Оба являются литий-ионными батареями.

Прекрасно, разве все эти разные полимерные архитектуры не хороши?

Путаница. Все ячейки содержат немного полимера, но он не реагирует.

Так что же такое полимер? В древнегреческом языке слово polus означало «много, много», а meros – «части».Полимер – это большая молекула, состоящая из множества повторяющихся субъединиц. Это широкое определение означает, что существует множество типов полимеров, в частности синтетические пластмассы и другие природные биополимеры, такие как ДНК.

Это означает, что даже элемент 18650 без полимерного сепаратора или любой электролит все еще может содержать «полимер». Фактически, литий-ионные элементы содержат внутренний полимер, но он составляет менее 5% от общего веса и не обеспечивает никаких электрохимических реакций.

Этот полимер часто является связующим.Это может быть поливинилиденфторид или PVdF, который помогает смеси химикатов прилипать к медной и алюминиевой фольге внутри батареи.

Этот связующий агент не следует путать с истинным значением слова липо. Губа означает «формат мешочка».

Миф № 3 – Когда вы заряжаете элемент, его емкость увеличивается

Ответ: Когда вы заряжаете элемент, увеличивается его заряд, а не емкость.

Различие между зарядом и емкостью интуитивно неясно, поэтому возникает этот миф.

Указатель уровня топлива – отличный способ оценить уровень заряда аккумулятора

«Топливомер»

Самый простой способ объяснить заряд – это провести аналогию с указателем уровня топлива или газа в автомобиле. С помощью этого прибора вы можете легко сравнить оставшуюся в машине энергию с энергией, которая была у вас, когда она была заполнена. Указатель уровня топлива быстро показывает, сколько энергии у вас осталось, пока вам не понадобится подзарядка.

Для батарей это состояние называется состоянием заряда (SOC) (%), также известным как функция «Датчик уровня топлива».

Теперь подумайте о том, чтобы подержать аккумулятор и спросить: «Насколько он заряжен?» Вы ожидаете такого же ответа, если спросите: “Сколько топлива в моей машине?” Это означает, что когда вы говорите о заряде батареи, вам действительно нужно знать ее SOC (состояние заряда), а не ее емкость.

Напомним: когда вы хотите увидеть что-то вроде указателя уровня топлива для вашей батареи, вы спрашиваете о ее заряде, а , а не о емкости .

В отличие от указателя уровня топлива, ведра – отличный способ определить емкость аккумулятора

Вместимость

Лучший способ понять емкость – представить ее как ведро. Ведро посреди песчаной бури. Каждый день вы можете видеть, сколько воды в ведре, и сколько можно долить. Однако каждый раз, когда вы открываете крышку, песок попадает внутрь ведра и скапливается на дне ведра. Постепенно ваша вместимость уменьшается по мере увеличения количества песка.

Ведро – это вместимость, а вода – это энергия. Песок – это деградация аккумулятора (из-за окисления элементов), которая является естественным и необратимым процессом.

Прыгните во Францию в 1780-х годах – человек по имени Шарль-Огюстен де Кулон изобрел единицу измерения электрического заряда в системе СИ, которая теперь носит его имя.Единица кулонов равна количеству электроэнергии, произведенной или потребленной точно за за секунду на за один ампер .

Когда мы говорим о емкости аккумулятора, мы говорим о его кулонометрической емкости , которая определяется разрядом аккумулятора.

Кулонометрическая емкость рассчитывается по следующей формуле:

(ток разряда в амперах) x (время разряда *)

* Время разряда – это диапазон от полностью заряженного SOC до напряжения отключения.

Например:

(2 А) x (2 часа) = 4 Ач или 4000 мАч
(20 А) x (6 минут) = 2 Ач или 2000 мАч

Результирующая кулонометрическая емкость выражается в ампер-часах или часто переводится в миллиампер-часы.

Это эквивалент: «Я знаю, сколько места в моем ведре, если я выпью его через 2-миллиметровую соломинку, и это займет у меня 2 часа, я могу сказать, что у меня в ведре осталось 4 миллиметра часа».

Если вы сделаете это измерение, когда ваше ведро совсем новое (без песка, без порчи), это называется номинальной вместимостью.Если вы выполните измерение после некоторого использования, оно называется текущей или фактической емкостью.

Условия окружающей среды, такие как температура и колебания силы тока во время зарядки и разрядки, могут значительно изменить полезную емкость элемента. Подумайте об аналогии с ведром: если вода слишком горячая, вы не сможете выпить ее на полной скорости. То же самое и с мозговой заморозкой на другом конце спектра. Вы не сможете хорошо измерить ведро, если вода не достигнет оптимальной температуры или близка к ней.

Кроме того,

SOC зависит от емкости

Эталоном SOC может быть текущая мощность или номинальная мощность.Помните, что текущая емкость – это то, что может вместить элемент или батарея, а номинальная емкость – это то, что они могут удерживать в совершенно новом состоянии в оптимальных условиях.

Использование номинальной емкости может ввести в заблуждение из-за деградации ячеек со временем.

Без учета потери производительности из-за деградации счетчик топлива всегда будет показывать 100% при зарядке, даже если он может удерживать только половину того количества топлива, которое он мог бы в начале своего срока службы. Представьте, что ваш топливный бак со временем медленно сжимается, а производители автомобилей вам не сообщают.

Во время непрерывного разряда с высоким током или импульсов с высоким током элемент используется слишком быстро, что приводит к неэффективности, что приводит к потере емкости. Это связано с тем, что химические реакции занимают ограниченное время, и можно вложить больше энергии, чем можно отреагировать. Лучшая аналогия, которую я слышал, чтобы объяснить это, – это разливание пива. Вы должны медленно вливать его, чтобы заполнить его. Слишком быстрое наливание приводит к образованию пены и досадно небольшому количеству пива.
Разряд с высокой скоростью экспоненциально удаляет больше мощности, и, наоборот, разряд с низкой скоростью значительно увеличивает время работы.Это решается с помощью уравнения Пейкерта (In T = C).

Обзор

Charge похож на указатель уровня топлива – легко увидеть, сколько у вас осталось. Вместимость – это общее количество топлива, которое вы можете унести. Вы можете измерить емкость для любого заданного состояния заряда (SOC), но это только оценка.

Миф № 4 – Батареи 18650 могут быть первичными или вторичными

Ответ: Все батареи 18650 вторичные.

Первичный элемент – это элемент, который не подлежит перезарядке (или не может быть легко перезаряжен) после того, как он разрядился. Первичные клетки похожи на одноразовые тарелки – используются один раз, а затем выбрасываются.

Вторичный аккумулятор – это аккумулятор.

Примечание: перезаряжаемая щелочная батарея, такая как перезаряжаемый AA, считается перезаряжаемой первичной батареей, а не вторичной, что усугубляет путаницу

Вторичные элементы становятся все более популярными и во многих приложениях заменяют первичные элементы. Тем не менее, в некоторых случаях использования, таких как детекторы дыма, все же имеет смысл использовать первичные элементы, потому что их скорость саморазряда намного ниже.

Литий-ионные батареи являются вторичными элементами, но они используются в качестве первичных элементов, которые использовались в прошлом – например, когда они направляют питание в ноутбуки, мобильные телефоны и электрические велосипеды. Несмотря на то, что в прошлом литий-ион часто использовался в качестве первичных клеток, он по-прежнему считается вторичной клеткой.

Миф № 5 – Импеданс и сопротивление – взаимозаменяемые термины

Ответ: Между ними существует небольшая взаимосвязь, и хотя они оба работают с одной и той же целью, выходная мощность (в Ом) всегда разная.

Чтобы понять разницу между сопротивлением постоянного тока и импедансом переменного тока, вы должны понимать, что электрические нагрузки имеют как резистивные, так и реактивные явления.

Так что имейте в виду эти две вещи:

Явление сопротивления
Явление реакции

Знайте эти взаимозаменяемые термины:

Подвод постоянного тока / нагрузка = внутреннее сопротивление
Подход переменного тока / сигнал = Внутреннее сопротивление

Омическое сопротивление (Ro)

При измерении внутреннего сопротивления не учитывает реактивные элементы.

Вид внутреннего нагревательного элемента изнутри

При рассмотрении внутреннего сопротивления элемента или батареи чисто резистивного значения (Ом) реактивные элементы не принимаются во внимание. Лучшая аналогия, которую я слышал, – это нагревательный элемент, который выделяет тепло за счет трения (сопротивления) проходящего через него тока. Чем больше внутреннее сопротивление, тем больше тепла выделяется. В этом сценарии нет реактивных компонентов, только один резистивный, определяющий выход.

Когда ваше напряжение падает из-за того, что ток батареи течет через ее внутреннее сопротивление.

Старый подход постоянного тока

Подход постоянного тока получил название: Внутреннее сопротивление

Первый и наиболее распространенный подход – нагружать аккумулятор. Вы применяете определенное количество ампер в течение определенного периода времени (например, 20 ампер в течение 5 секунд) и измеряете результирующее падение напряжения.

Это похоже на добавление трения к нагревательному элементу из предыдущей аналогии и измерение в результате увеличения тепла.

Насколько сложно будет услышать кого-то из другого конца комнаты?

Следует сделать примечание относительно отношения сигнал / шум. По этой причине ранние испытания на постоянном токе требовали большой силы тока. Представьте, что вы находитесь на коктейльной вечеринке и пытаетесь подслушать разговор в другом конце комнаты. Это можно сделать, только если человек кричит.

Подход переменного тока

Метод переменного тока получил название: Внутренний импеданс

Более новый, улучшенный подход к измерению сопротивления появился после подхода постоянного тока.Используя питание переменного тока, ученые смогли посылать сигнал переменного тока через батарею с очень определенной частотой. Частота здесь является ключевым моментом.

Если вернемся к коктейльной вечеринке. А теперь представьте, что мы собака, и человек через комнату издает собачий свисток. Это то, что может сделать использование определенной частоты переменного тока – это может позволить нам очень точно отличить сигнал от шума с уникальной сигнатурой.

Проблема в том, что эта пульсация переменного тока будет взаимодействовать с другими элементами батареи (индуктивным реактивным сопротивлением катушки и реактивной емкостью конденсатора), что ухудшает качество сигнала. Это похоже на собачий свист, отскакивающий от стен и людей.

Импеданс используется производителями, которые часто тестируют элементы 18650 при переменном токе 1 кГц.

Новый подход постоянного тока

Существуют более новые подходы, при которых больше не требуется большая сила тока, и для точного распознавания сигнала можно применять небольшое количество импульсного тока. Это похоже на то, как теперь можно отчетливо слышать, как бабочка машет крыльями по комнате на коктейльной вечеринке.

Емкость и SOC (состояние заряда) литий-ионного аккумулятора не коррелируют с его внутренним сопротивлением (измеренным методом постоянного тока)

Реакция

Как мы видим, метод постоянного тока для измерения внутреннего сопротивления не измеряет ничего реактивного.Это как обогреватель, у вас больше трения и больше тепла – больше ничего нет. С другой стороны, – пульсации переменного тока реагируют с катушками и конденсаторами. В одном используется нагрузка постоянного тока , в другом – сигнал переменного тока .

При измерении батареи или элемента 18650 важно отметить, какой подход вы используете, поскольку результирующие значения сопротивления будут другими.

Новый, полностью заряженный аккумулятор 18650, протестированный с использованием переменного тока (1 кГц), может выдавать от 30 до 60 миллиОм.
В то время как с эквивалентным подходом постоянного тока он может давать от 100 до 130 миллиОм.

Сравнение сопротивления с импедансом – это не сравнение яблок с апельсинами – это разные, не взаимозаменяемые термины.

Отделка

И это конец пяти мифов о батареях. Вот краткое изложение мифов и ответы на них:

Миф №1 – У вас есть отдельные батареи 18650
Ответ: Технически у вас есть отдельные батареи 18650, а не батареи

Миф № 2 – Что лучше, Li-Po или Li-ion?
Ответ: Нельзя сравнивать два.

Миф № 3 – Когда вы заряжаете элемент, его емкость увеличивается.
Ответ: Когда вы заряжаете элемент, увеличивается его заряд, а не емкость.

Миф № 4 – Батареи 18650 могут быть первичными или вторичными.
Ответ: Все батареи 18650 вторичные.

Миф № 5 – Импеданс и сопротивление – взаимозаменяемые термины
Ответ: Между ними существует небольшая взаимосвязь, и хотя они оба функционируют с одной и той же целью – выход (в омах) всегда разный.

Исследование влияния шкалы времени измерения на методологии определения внутреннего сопротивления для литий-ионных элементов

В этой работе коммерчески доступные пакетные ячейки емкостью 20 Ач с графитовым (LiC ₆) отрицательным электродом и фосфатом лития-железа (LiFePO ₄₎) положительный электрод. Максимальное напряжение заряда для ячеек составляет 3,6 В (3,8 В для 10-секундного импульсного тока), а минимальное напряжение разряда составляет 2,0 В (1,6 В для 10-секундного импульсного тока).Производитель определил максимальную емкость заряда и разряда 15 ° C при мгновенном действии. Все тесты, описанные ниже, были выполнены на каждой ячейке.

В начале тестирования SoC для каждой из ячеек доводили до 50% при 25 ° C, используя коммерческий циклер клеток (Bitrode MCV 16-100-5) и камеру окружающей среды (Weiss Gallenkamp Votsch VC ^3). 4060). Протокол настройки включает разрядку ячеек до определенного производителем минимального напряжения разряда (определяемого как 0% SoC), после чего следует 4-часовой период отдыха.Впоследствии элементы заряжаются с использованием протокола постоянного тока – постоянного напряжения (CC-CV) с использованием силы тока 1 C для части CC до достижения 3,6 В, а затем удерживают ячейки при 3,6 В для части CV, пока ток не упадет. ниже тока отсечки C / 20. После 4-часового периода покоя элементы разряжались со скоростью 1 ° C в течение 30 минут, чтобы довести до 50% SoC. Применяли еще 4-часовой период отдыха, позволяющий клеткам достичь электрохимического равновесия ¹⁸. Затем были применены пять методов оценки внутреннего сопротивления для определения сопротивления при 50% SoC при 25 ° C.

Испытание импульсной мощности с одиночным импульсом разряда / заряда применялось при токе 5 ° C в течение 18 секунд, и ячейки оставались в покое в течение часа перед зарядкой при 5 ° C в течение 18 секунд. Длительность импульса 18 секунд была выбрана потому, что это одна из самых длинных длительностей импульса, указанная в действующих стандартах ¹⁴.

Следующим испытанием ячеек было испытание мощности импульса с несколькими импульсами, как предложено в ссылке. ¹³. В этом тесте элементы заряжались и разряжались 10-секундными импульсами при 1 ° C, 2 ° C, 5 ° C и максимуме ° C, с промежуточными 30-минутными этапами отдыха после каждого импульса.Отдельные импульсы можно использовать для расчета сопротивления согласно методике, описанной в разделе 2.1.

В методике переключения тока ток изменяется ступенчато (здесь от 1 до 5 ° C используются как подходящие низкие и средние амплитуды тока), и измеряется изменение напряжения из-за этого ступенчатого изменения тока; внутреннее сопротивление затем рассчитывается по закону Ома ²². Ток можно изменять во время разряда, заряда или от разряда к заряду. В последнем случае ток переключается с разряда 5 C на заряд 5 C (оба с 5-секундными импульсами).В случае только разряда ток переключается с -1 C на -5 C во время разряда, и, наконец, в случае только заряда ток переключается с 1 C на 5 C во время заряда. Здесь значения тока 1 C и 5 C используются только как репрезентативные.

После измерения сопротивления с использованием импульсов постоянного тока, сопротивление было измерено с помощью сигналов переменного тока. Сопротивление 1 кГц было измерено тестером сопротивления 1 кГц Hioki BT3563 при 50% SoC, 25 ° C.

Гальваностатические испытания EIS были выполнены с использованием системы Solartron Modulab (модель 2100 A), оснащенной бустерной картой на 2 A.Несколько измерений EIS были выполнены на одной и той же ячейке в одних и тех же условиях испытаний в диапазоне частот от 10 мГц до 100 кГц с использованием различных значений среднеквадратичного тока: 0,2 А, 0,5 А, 0,8 А, 1,0 А и 1,4 А. Эти значения тока были выбраны так, чтобы они были не слишком высокими, чтобы изменить SoC ячейки во время измерения, но достаточно высокими для хорошего отношения сигнал / шум для сигнала напряжения отклика. Это было необходимо для анализа зависимости EIS от амплитуды сигнального тока.

При использовании процедуры импульсного многосигнального сигнала были применены пять периодов сигнала, при этом батарея была отрегулирована на 50% SoC и позволила уравновеситься, и была записана соответствующая характеристика напряжения.После сбора данных были подобраны непараметрическое сопротивление и ECM, как описано в предыдущем разделе.

Результаты экспериментов с использованием сигналов постоянного тока

Результаты испытаний импульсной мощности с одиночным разрядом 5 C и импульсом заряда 18 секунд показаны на рис. 3. Используя этот импульс, можно рассчитать сопротивление постоянному току для любой длины импульса вверх. до 18 секунд. Чистое омическое сопротивление рассчитывалось по падению напряжения после 0,1 с импульсного тока. В идеале чистое омическое сопротивление следует рассчитывать по мгновенному падению напряжения из-за изменения тока.Однако измерение мгновенного падения ограничено скоростью сбора данных используемого оборудования. Для этого эксперимента использованный циклер аккумуляторной батареи имел максимальное разрешение 0,1 с.

Рисунок 3
Отклик напряжения на 18-секундный ( a ) импульс разряда и ( b ) импульс заряда. Сопротивление, рассчитанное для длительности импульса, показано в ( c ) для разряда и ( d ) для заряда. На подзаголовках ( c ) и ( d ), (i), (ii) и (iii) относятся к чистому омическому сопротивлению R ₀, сопротивлению переноса заряда R _CT и поляризационному сопротивлению R _p, соответственно.Перекрытие между (ii) и (iii) указывает на неспособность в рамках этой техники точно различить каждый вклад.
Поскольку электроды тонкие (поскольку это элемент высокой мощности), а пути электронов для зарядки и разрядки в используемых элементах аналогичны, чистые омические сопротивления (сопротивление, рассчитанное через 0,1 с после начала импульса) сопоставимы с показано в Таблице 1. Однако более длительные сопротивления для заряда и разряда отличаются, как показано на Рис.3 (c, d) и таблица 1. Во время зарядки материал положительного электрода окисляется, ионы Li деинтеркалируются из слоистой матрицы интеркаляции лития, в данном случае LiFePO ₄, проходят через электролит и интеркалируются между ними. графитовые слои в результате реакции электрохимического восстановления, протекающей на отрицательном электроде. С другой стороны, во время разряда на отрицательном электроде происходит реакция окисления, ионы Li деинтеркалируются с анода и мигрируют через электролит, чтобы повторно интеркалироваться в материал положительного электрода, где одновременно протекает реакция электрохимического восстановления. .Как правило, чем выше потенциал электрода, тем труднее удалить литий из участка в матрице хозяина. При разрядке элемента литий переходит из состояния с высокой энергией на аноде в конфигурацию с низким энергопотреблением на катоде, следовательно, значения сопротивления при разрядке выше, чем при зарядке при 50% SoC; это также было обнаружено другими исследователями ^8,22.
Таблица 1 Изменение внутреннего сопротивления в зависимости от длительности импульса.
Сопротивление на рис.3 (c) и (d) можно разделить на три части, связанные с процессами, способствующими падению напряжения, обсуждаемым в разд. 2.1., А именно: (i) чисто омическое сопротивление R ₀, приводящее к мгновенному падению напряжения и доминирующее до 0,1 секунды, (ii) сопротивление переносу заряда R _CT, возникающее примерно мгновенно до 2–5 секунд и (iii) медленная, линейная, твердофазная диффузия ионов лития, которая неизбежно приводит к концентрационной поляризации R _p, особенно во время сильноточной зарядки, которая быстро поднимает напряжение аккумулятора до верхнего предела напряжения , происходящее в масштабе времени 5 секунд ³⁴.Хотя R _o, R _CT и R _p не разделены полностью, ожидается, что в их соответствующих временных масштабах они будут доминирующим вкладом в общее сопротивление.
Внутреннее сопротивление, рассчитанное на основе пяти импульсов заряда-разряда различной амплитуды, показано в таблице 2. Данные испытаний 5 ° C – те же данные, что и в таблице 1. Чистое омическое сопротивление (рассчитанное на основе падения напряжения 0,1 с) остается одинаковым для всех амплитуд импульсов со стандартным отклонением 0.05 мОм. Однако разница в значениях сопротивления, рассчитанная по истечении 2, 5 и 10 секунд, зависит от скорости заряда-разряда. Например, разница между сопротивлением, измеренным с 2-секундным и 10-секундным импульсом, составляет 0,73 мОм при использовании разрядного импульса 1 C и 0,39 мОм при использовании разрядного импульса 15 C. Расхождения в скорости нарастания сопротивления, возникающие из-за амплитуд импульсов, объясняются различными электрохимическими процессами, которые активируются внутри ячеек по мере увеличения длительности импульса, и тепловыделением, связанным с импульсными токами.Для более сильных импульсов тока такие электрохимические процессы активируются раньше (поскольку двойной слой может быть разряжен намного быстрее) – большие значения тока также вызывают подавление отношения V / I ⁸. Кроме того, при более высоких скоростях выделяется больше тепла, т.е. 0,5 Вт · ч (1800 Дж) всего за 10 секунд, когда ток 300 А (15 C) пропускается через сопротивление 2 мОм, что эффективно увеличивает внутреннюю температуру батареи, что способствует снижение сопротивления, как показано в таблице 2.
Таблица 2 Внутреннее сопротивление (мОм), рассчитанное для разрядных импульсов разной амплитуды.
Ожидается, что для длительных импульсов с более высокой частотой изменения сопротивления будут определяться изменениями в SoC. При частоте импульсов 1 C через 10 секунд SoC меняется на незначительные 0,28%; при частоте импульсов 15 C через 10 секунд SoC изменяется на 4,2%, что может привести к заметному падению / повышению напряжения. Для батареи LiFePO ₄ плато напряжения между 70% и 40% SoC ³⁵, где были проведены измерения для этой работы, означает, что 4.Изменение SoC на 2% мало влияет. Однако для аккумуляторных технологий с более крутыми кривыми OCV, таких как LiNiCoAlO ₂ и LiNiMnCoO ₂, ожидается, что эффект будет более выраженным.
Результаты таблицы 2 показывают отличительные пики сопротивления при 2 ° C для разрядки и 1 ° C для зарядки для этого метода. В рамках концепции Батлера-Фольмера эти пики могут быть связаны с дуальностью температурного перенапряжения.
Чистое омическое сопротивление также рассчитывалось по фронту спада / нарастания (заряд / разряд) в конце импульса.Чистое омическое сопротивление, рассчитанное для разрядных импульсов 1 C, 2 C, 5 C и 15 C, составляет 1,30 мОм, 1,35 мОм, 1,35 мОм и 1,40 мОм соответственно, а для импульсов заряда 1 C, 2 C, 5 C и 15 C – 1,40 мОм. , 1,40 мОм, 1,40 мОм и 1,56 мОм соответственно. В среднем значения для разряда менее чем на 0,1 мОм выше, чем те, которые показаны в таблице 2. Это может быть связано с энергией, необходимой для деинтеркаляции от положительного электрода и интеркаляции в отрицательный электрод, отличной от деинтеркаляции от отрицательный электрод и вставка в положительный электрод.
Отклик напряжения на изменение тока от разряда к заряду и величины тока во время заряда и разряда показаны на рис. 4 (a, b и c), соответственно, на рис. 4 (d) представлено чистое омическое сопротивление, рассчитанное из фронт переключения импульсного тока. Сопротивление, рассчитанное по изменению тока разряда с 1 C до 5 C, аналогично сопротивлению, рассчитанному для 0,1-секундного импульса и метода спадающего фронта. В сценарии зарядки ток переключается с 1 C на 5 C, сопротивление близко соответствует тому, которое рассчитано с использованием метода импульсной мощности.Сопротивление, рассчитанное при переключении с разряда на заряд, близко соответствует чистому омическому сопротивлению для зарядного тока, показанному в Таблице 1 и Таблице 2.
Рисунок 4
Отклик напряжения на ток переключения от разряда ( a ) до заряда 5 C , ( b ) разряд 1 C до разряда 5 C, ( c ) заряд 1 C до заряда 5 C и ( d ) чистое омическое сопротивление, рассчитанное по краю переключения.
Результаты экспериментов с использованием сигнала переменного тока.
Сопротивление 1 кГц, измеренное с помощью тестера сопротивления Hioki 1 кГц, было равно 0.82 мОм. Сопротивление 1 кГц для этих ячеек находится в области с преобладанием индукции, как можно увидеть на графике EIS Найквиста на рис. 5.
Рис. 5
Результаты EIS от 100 кГц до 10 мГц с разными амплитудами сигнала ( a ) график Найквиста и ( b ) график Боде с теми же данными. На вставке ( a ) показан увеличенный вид центральной части.
Результаты испытаний ЭИС с разными амплитудами тока представлены в виде графика Найквиста на рис.5 (а). Как и ожидалось, нет заметных различий между результатами из-за изменения амплитуды гальваностатического сигнала. Увеличенный вид, показанный на вставке, показывает слегка зашумленные результаты для 0,2 А, которые подавляются для 0,5 А и выше. Следовательно, сопротивление, измеренное с помощью EIS, не зависит от амплитуды тока, но использование более высоких токов может снизить шум. Действительно, если бы для теста EIS использовался более высокий ток, например 1 C, это повлияло бы на результаты, однако применение такого высокого тока для теста EIS имеет небольшой прецедент в литературе.Амплитуда тока C / 20 (в данном случае 1 А) может многократно давать одни и те же результаты с низким уровнем шума измерения, ограниченным чувствительностью оборудования. Результаты EIS для магнитуды 1 A представлены в виде графика Боде на рис. 5 (b).
Изучив график Найквиста, было обнаружено, что чистое омическое сопротивление R _– составляет 0,92 мОм, что соответствует 251 Гц (то есть временной шкале 4 мс). Сопротивление в локальном минимуме перед входом ячеек в область с преобладанием низкочастотной диффузии оказалось равным 1.55 мОм, что соответствует 2 Гц; и, таким образом, R _CT составляет 0,63 мОм. Оценка поляризационного сопротивления с использованием результатов EIS не является четко определенным. Учитывая, что значения R _p для импульса постоянного тока в этом обсуждении были получены из 10-секундного импульса, результат 0,1 Гц используется для определения R _p. Эквивалентное сопротивление при 0,1 Гц по результатам EIS соответствует 0,36 мОм; это становится 1,39 мОм, если для расчета значения R _p принять частоту 0,01 Гц.
Результаты экспериментов с использованием сигнала Мультизина
Фаза и величина расчетного сопротивления, основанного на методе локальных полиномов (LPM), и модели ECM порядка 2 ^и показаны на рис.6. Хотя параметры контроллера ЭСУД не поддаются однозначной идентификации, последовательно подключенное сопротивление и сопротивление 1 ^st и 2 ^nd RC ветвей модуля ECM обычно относятся к R _или, R _CT и R _p, которые оказались равными 1,618 ± 0,003 мОм, 1,10 ± 0,07 мОм и 0,109 ± 0,005 мОм соответственно. Значение R _o значительно выше, чем у других методов. Это может быть связано с двумя возможными причинами: i) тот факт, что большая часть мощности в сигнале тока возбуждения принадлежит гармоникам ниже 1 Гц, и / или ii) несмотря на хорошее соответствие между модельными и экспериментальными данными, параметры не соответствуют отражать приписываемые им физические значения (благодаря уникальной идентифицируемости).
Рис. 6
( a ) Амплитуда и ( b ) фазовая характеристика расчетного сопротивления через LPM с использованием многоимпульсного сигнала и подобранной модели ECM 2 ^и порядка.
Сравнение различных методов измерения сопротивления
Среднее значение чистого омического сопротивления, рассчитанное с использованием различных методов измерения мощности импульса, составляет 1,33 мОм со стандартным отклонением 0,04 мОм. Все эти измерения проводились через 0,1 с после подачи импульса тока.Независимо от заряда или разряда, значения чистого омического сопротивления, измеренные различными методами постоянного тока, точно совпадают с вариацией 3%, независимо от того, были ли они измерены от начала, конца или точки переключения импульсного тока.
Сравнение R _o, R _CT и R _p, оцененных с использованием описанных выше методик, представлено на Рис. 7 (a). Источники расхождений между значениями сопротивления, измеренными с помощью импульсов заряда и разряда, обсуждались ранее. Значения R _CT и R _p вычисляются с использованием 2-секундных и 10-секундных точек данных импульсов.
Рисунок 7
( a ) Сравнение значений сопротивления, измеренных разными методами. ( b ) График зависимости общего сопротивления от шкалы времени, показывающий, что значения сопротивления совпадают, когда шкала времени совпадает, независимо от используемого метода измерения.
Значение 0,92 мОм R ₀, определенное в ходе испытаний EIS (рис. 5), соответствует частотной характеристике 251 Гц (4 мс); аналогично, значение R _CT равно 0.63 мОм соответствует отклику 2 Гц. В отличие от R ₀ и R _CT, сопротивление поляризации R _p не определяется по графику Найквиста, вместо этого оно предопределено. В этом исследовании были рассмотрены две частоты: 0,1 Гц и 0,01 Гц, что дает значения 0,36 мОм и 1,39 мОм соответственно. Поскольку значения сопротивления R _o, R _CT и R _p имеют физическое значение ³⁶, целесообразно определить временные рамки для R _o, R _CT и R _p с использованием EIS. полученные результаты.
Сопротивление, измеренное с использованием сигнала 1 кГц, находится в индуктивной области графика Найквиста, см. Рис. 5 (a), который находится близко к точке пересечения горизонтальной оси. Следовательно, разумно, чтобы сопротивление 1 кГц (0,82 мОм) было близко к омическому сопротивлению, определенному по результатам испытаний EIS (0,92 мОм при 251 Гц, 0,79 мОм при 1 кГц). Стоит повторить, что это может быть неверно для других батарей, и точка 1 кГц может находиться в емкостной области, например, для меньшего пакета и цилиндрических элементов.Это особенно вероятно для ячеек меньшей емкости, и в этом случае значение не будет отражать только чистое омическое сопротивление.
Среднее чистое омическое сопротивление R ₀, определенное методами постоянного тока 1,315 мОм, намного выше, чем полученное с помощью EIS. При испытаниях импульсной мощности R ₀ обычно рассчитывается с использованием точки данных 0,1 с, т. Е. Он определяется самым низким разрешением среди имеющихся на сегодняшний день серийных аккумуляторных циклов, которое составляет 10 Гц, тогда как по определению это должно быть мгновенное падение напряжения при наступление тока. Следовательно, сопротивление постоянному току, рассчитанное по результатам испытаний импульсной мощности, будет содержать кинетические вклады (часть R _CT), увеличивая / уменьшая отклик по напряжению за пределы чисто омического вклада, возникающего при временных масштабах менее миллисекунд. Поскольку результаты EIS для этой батареи показывают, что R ₀ соответствует частотной характеристике 251 Гц (4 мс); поэтому физически более целесообразно использовать падение напряжения через 4 мс от начала импульса тока для определения R ₀.Хотя прямоугольная волна будет возбуждать частоты, превышающие частоту 10 Гц, импульс 0,1 с будет иметь самый высокий гармонический вклад от синусоидальной волны 10 Гц, поэтому значения для R ₀, извлеченные из тестов мощности импульса постоянного тока и тестов EIS, будут менее расходящиеся. Однако с учетом ограничений, имеющихся у существующих серийных батарейных цикловых устройств, это невозможно и может быть достигнуто только при наличии оборудования для тестирования батарей, способного достигать высоких импульсных токов (от 0 А) в течение 4 мс. Для сравнения на рис.5 (b), значение сопротивления при 10 Гц с использованием метода EIS оказалось равным 1,41 мОм, что сравнимо с 1,33 мОм, оцененным с помощью импульса постоянного тока. Следовательно, расхождение в чистом омическом сопротивлении, измеренном методом постоянного тока, может быть связано с ограничениями обычно используемого оборудования для тестирования батарей.
Учитывая, что R _o, измеренные с помощью импульса постоянного тока, будут содержать вклады переноса заряда, сравнение значений R _CT, измеренных с помощью методов EIS и импульсного тока, будет иметь предсказуемые различия.Аналогично, R _CT, измеренный с использованием методов постоянного тока, будет содержать эффекты поляризации, которые трудно изолировать. Тем не менее, здесь мы следуем обычному рецепту расчета R _o, R _CT и R _p методами постоянного тока ⁸. Используя импульс 5 C, учитывая длительность импульса 2 секунды, R _CT оценивается как 0,41 мОм и 0,38 мОм для разряда и заряда соответственно. В связи с тем, что часть R _CT залита в R _o (измеряется от 0.Длительность импульса 1 с), сравнение значений R _CT, измеренных в результате теста мощности импульса и теста EIS, не имеет смысла. Однако значение R _o + R _CT, измеренное после 2-секундной длительности импульса, должно быть в тесном соответствии со значением сопротивления, полученным из синусоидальной волны 0,5 Гц (поскольку 2-секундная прямоугольная волна имеет наибольший гармонический вклад от 0,5 Гц ). Из рис. 5 (b), значение сопротивления, измеренное EIS при 0,5 Гц, составляет 1,69 мОм, тогда как значение R _o + R _CT, измеренное при длительности импульса 2 секунды, равно 1.71 ± 0,01 мОм, что хорошо согласуется.
Аналогично, при использовании импульса 5 C, учитывая длительность импульса 10 секунд, значения R _p оцениваются как 0,40 мОм и 0,30 мОм для импульсов разряда и заряда соответственно. Аналогично случаю R _CT, R _p значения длительности импульса 10 секунд нельзя сравнивать с результатом теста EIS. Однако ожидается, что сумма R _o + R _CT + R _p будет соответствовать значению, измеренному с помощью 0.Сигнал EIS 1 Гц. Сумма сопротивлений R _o + R _CT + R _p, то есть полное сопротивление, с длительностью импульса 10 секунд составляет 2,12 мОм и 2,00 мОм для разряда и заряда соответственно. Результат EIS 0,1 Гц дает 1,91 мОм (рис. 5 (b)). Хотя эти значения близки (рис. 7b), ожидается, что значения разрядного импульса и заряда длительностью более 5 секунд будут выше по сравнению с EIS из-за дополнительной интеркаляции и деинтеркаляции выше, чем у чистого постоянного тока. нагрузка ²⁹.Динамика переноса заряда относительно медленнее для сигнала переменного тока из-за изменения величины тока и знаков. Кроме того, было показано, что сигналы без постоянного тока позволяют избежать насыщения литием на границе раздела электрод-электролит, тем самым снижая ингибирование переноса ионов, связанное с поляризацией, и, таким образом, R _p ³⁷. Следовательно, сумма R _o + R _CT + R _p при длительности импульса 10 секунд, как ожидается, будет немного выше, чем результаты EIS, как обнаружено в этом исследовании.Таким образом, предполагается, что полное сопротивление, рассчитанное по результатам испытаний мощности в импульсе, можно оценить непосредственно по результатам испытаний EIS.
Значение R _o (1,62 мОм), измеренное тестом многосигнального сигнала, намного выше, чем значение, рассчитанное методами импульса постоянного тока и EIS. Максимальная частота, применяемая в этой методике, составляла 1 Гц (рис. 6). Изучение графика Боде, показанного на рис.5 (b), показывает, что при 1 Гц ячейка имеет сопротивление 1,62 мОм, что в точности соответствует значению, найденному в тесте многосигнального сигнала с использованием максимальной частоты 1 Гц (рис.7б). В дополнение к данным испытаний EIS, когда 1-секундная точка данных от длительности импульса рассматривается для импульса постоянного тока, сопротивление оказывается равным 1,61 мОм как для заряда, так и для разряда (рис. 7b). Следовательно, сопротивление R _o (которое является компонентом в модели ECM 2 ^и порядка), оцененное по многосигнальному сигналу, использует максимальную частоту 1 Гц и, таким образом, не может быть обозначено как чисто омическое сопротивление. Тем не менее, сопротивление R _o, оцененное методом мультиизина, точно соответствует сопротивлению, определенному при 1 Гц из EIS.Полное сопротивление (т.е. сумма R _o + R _CT + R _p) для многосоставного сигнала с минимальной частотой 0,01 Гц составляет 2,83 мОм, что близко к сопротивлению, заданному EIS при 0,01 Гц (рис. . 7b).
В заключение, результаты и последующий анализ показывают, что значения сопротивления, измеренные любым методом, зависят от шкалы времени измерения. Таким образом, сопротивление, измеренное любым методом, можно оценить по данным испытаний EIS, учитывая его широкий частотный диапазон.Следовательно, могут быть получены значения сопротивления любой частоты, соответствующие ожидаемой кинетике клеток.
Влияние на использование приложений
Сопротивление батареи используется для различных целей, которые включают, например, создание значений параметров ECM, моделирование и проектирование систем управления температурой, испытания характеристик старения, индикацию SoH и многое другое. Это интересный открытый вопрос, какие методы и значения следует использовать для конкретного приложения. ECM, например, являются хорошо зарекомендовавшим себя методом моделирования поведения литий-ионных аккумуляторов.Модель зависит от сопротивления и сопротивлений в сочетании с характеристиками емкости поверхностного слоя. Традиционно данные о мощности импульса используются для определения параметров блоков управления двигателем путем подгонки модели к данным и требования минимизации ошибок. Основная причина использования импульсных токов, помимо простоты самого метода испытаний, заключается в том, что предполагается, что сильноточные импульсы имитируют использование батареи в реальных сценариях применения. Неотъемлемой проблемой идентификации параметров является уникальность решения, которая приводит к неоднозначности между идентифицированными параметрами модели (в простейшем случае R _o и R _CT) и их фактическими физическими значениями.Эта неоднозначность еще больше усиливается, когда используются модели эквивалентных схем более высокого порядка, в которых используется больше RC-цепей для описания более детальной физики, такой как SEI или двойной слой (последний часто через элементы с постоянной фазой). Учитывая эту двусмысленность, эффективность феноменологических моделей оценивается исключительно по степени соответствия. Недавно было показано, что импульсные мультисигналы лучше отражают фактическое использование батареи и лучше соответствуют данным ²¹. В этом отношении метод импульс-мультиизин может быть более эффективным способом определения сопротивления для приложений моделирования систем.
Тест сопротивления 1 кГц, хотя он полезен для быстрой проверки в производственных условиях, например проверка качества, от этого мало пользы. Кроме того, то, лежит ли измеренное значение сопротивления 1 кГц в индуктивной или проводящей области, сильно зависит от образца батареи, поэтому при использовании для проверки качества необходимо выбирать одну частоту (например, 1 кГц) в зависимости от образца.
Для характеристики батарей или характеристики долговременной деградации EIS может быть более подходящим методом.Это связано с тем, что метод охватывает большой частотный диапазон, включающий в себя различные динамики в батарее. Таким образом, помимо измерения повышения внутреннего сопротивления, можно сделать выводы о вкладе SEI в деградацию и другие лежащие в основе механизмы ²⁹. Хотя EIS – это хорошо зарекомендовавший себя метод ⁸, продолжительность испытания для получения повторяемых результатов ¹⁸, строгие требования к чувствительным соединениям и другие сложности настройки делают его громоздким.Однако, как свидетельствуют данные, представленные в этой рукописи, сопротивление, рассчитанное по импульсному току, многосигнальному сигналу и тесту импеданса 1 кГц, можно с хорошей степенью точности оценить по результатам теста EIS; поэтому может быть полезно выполнить только надежный тест EIS.
(PDF) Сравнение нескольких методов определения внутреннего сопротивления ионно-литиевых элементов
Сенсоры 2010, 10
9. Huet, F.Обзор измерений импеданса для определения уровня заряда или состояния
вторичных батарей. J. Power Sources 1998, 70, 59-69.
10. Copetti, J.B .; Ченло, Ф. 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 г.
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 цинковоздушных 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: Ахен, Германия, 2001 г.
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 г.
22. Фиксированные электрические двухслойные конденсаторы для использования в электронном оборудовании ― Часть 1: Общая спецификация
; IEC: Женева, Швейцария, 2006.
23. Берндт, Д. 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.
Тестер внутреннего сопротивления Vapcell YR1030, полный комплект – 18650BatteryStore.com
ВНИМАНИЕ:
Перед покупкой пользователь должен хорошо разбираться в ионно-литиевых батареях.
Соблюдайте осторожность при работе с ионно-литиевыми батареями, поскольку они очень чувствительны к характеристикам заряда и могут взорваться, загореться или вызвать возгорание при неправильном использовании или неправильном обращении.
Всегда заряд или на огнеупорной поверхности. Никогда не оставляйте заряженные аккумуляторы без присмотра.
Батареи продаются для использования в составе системной интеграции с соответствующей схемой защиты или аккумуляторных блоков с системой управления батареями или печатной платой (печатной платой / модулем).
Покупатель несет ответственность за любой ущерб или травмы, вызванные неправильным использованием или неправильным обращением с литиево-ионными аккумуляторами и зарядными устройствами.
Заряжайте только с помощью интеллектуального зарядного устройства, предназначенного для литий-ионного аккумулятора этого конкретного типа.

НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ С ЭЛЕКТРОСИГАРЕТОЙ, ИСПАРИТЕЛЕМ ИЛИ АНАЛОГИЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ
НЕПРАВИЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИЛИ НЕПРАВИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ЛИТИЕВЫХ БАТАРЕЙ МОЖЕТ СОЗДАТЬ СЕРЬЕЗНЫЙ РИСК ТРАВМ, ПОВРЕЖДЕНИЯ ИМУЩЕСТВА ИЛИ СМЕРТИ
АККУМУЛЯТОРЫ МОГУТ ВЗРЫВАТЬСЯ, ГОРЕНИТЬ ИЛИ ВЫЗВАТЬ ПОЖАР ПРИ НЕПРАВИЛЬНОМ ИЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
ИСПОЛЬЗУЙТЕ ТОЛЬКО С НАДЛЕЖАЩИМИ ЦЕПИ В ЗАЩИЩЕННОМ АККУМУЛЯТОРНОМ БЛОКЕ
ИСПОЛЬЗУЙТЕ ТОЛЬКО В СПЕЦИФИКАЦИЯХ ИЗГОТОВИТЕЛЯ
НЕ ХРАНИТЕ БАТАРЕЮ В КАРМАНЕ, КОШЕЛЬКЕ И Т. Д.- ВСЕГДА ИСПОЛЬЗУЙТЕ ЗАЩИТНЫЙ КОРПУС ИЛИ КОРОБКУ
.
НЕ приближайтесь к металлическим предметам во избежание короткого замыкания
НЕ замыкайте накоротко
НЕ используйте, если обертка или изолятор повреждены или порваны
НЕ использовать при любых повреждениях
ЗАПРЕЩАЕТСЯ чрезмерно заряжать или разряжать
ЗАПРЕЩАЕТСЯ изменять, разбирать, прокалывать, разрезать, раздавливать или сжигать
НЕ подвергать воздействию жидкостей или высоких температур
НЕ паять, только точечная сварка
Пользователь должен уметь обращаться с литиево-ионными батареями перед покупкой
Использование батарей на ВАШ СОБСТВЕННЫЙ РИСК
ВСЕГДА заряда или на огнеупорную поверхность и никогда не оставляйте без присмотра зарядки батареи
ПОСРЕДНИКИ ДОЛЖНЫ ПЕРЕДАТЬ ВСЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВСЕМ КЛИЕНТАМ ДЛЯ ИХ ОБРАЩЕНИЯ И БЕЗОПАСНОСТИ

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ОБ АККУМУЛЯТОРЕ VAPE / E-CIG
Эта батарея производится и продается для использования по назначению при интеграции системы с надлежащими схемами защиты или аккумуляторных блоков с BMS (система управления батареями) или печатной платой (печатная плата / модуль). Эта батарея не предназначена и не предназначена для использования с электронной сигаретой, вейпом или аналогичным устройством. ВЫ ИСПОЛЬЗУЕТЕ АККУМУЛЯТОР НА СОБСТВЕННЫЙ РИСК!

Местные нормы и законы, касающиеся переработки и утилизации литий-ионных батарей, различаются, поэтому, пожалуйста, проконсультируйтесь с вашей местной юрисдикцией относительно надлежащей утилизации. Многие розничные магазины предлагают бесплатную переработку аккумуляторных батарей.
Измерение DCIR литий-ионных элементов
В то время как измерения внутреннего сопротивления переменного тока (ACIR) довольно распространены и несколько стандартизированы при измерении литий-ионных элементов, измерения внутреннего сопротивления постоянного тока (DCIR) нестандартны и обычно неправильно понимаются.DCIR также иногда называют импульсным тестированием, что может привести к дальнейшей путанице.
Сначала давайте взглянем на ACIR. Для измерения ACIR через ячейку пропускается сигнал переменного тока, обычно переменный ток (Iac), и измеряется характеристика напряжения (Vac) ячейки. Переменный ток обычно составляет около 100 мА, а частота – 1000 Гц. Импеданс при 1000 Гц рассчитывается как Vac / Iac. При измерении импеданса между Iac и Vac может быть фазовый сдвиг. Итак, для простоты, реальная часть импеданса Vac / Iac называется ACIR.
Маловероятно, что какое-либо реальное применение ячейки вызовет нагрузку синусоидальным током 1000 Гц на ячейку. Таким образом, это измерение ACIR мало что говорит о том, как клетка будет вести себя в реальном приложении. Однако ACIR стал очень стандартным способом оценки сопротивления клетки.
DCIR, с другой стороны, не имеет такой стандартизации.
Измерение сопротивления постоянному току
DCIR предназначено для измерения характеристики сопротивления постоянного тока ячейки.Как и в случае с ACIR, для измерения сопротивления вы изменяете ток и измеряете отклик напряжения. В данном случае, поскольку это DCIR, мы проводим истинное измерение сопротивления постоянному току – никакого импеданса и генерации переменного сигнала нет. Вместо этого используется ступенчатое изменение или импульс: DCIR = (V_beforestep – V_afterstep) / (I_beforestep – I_afterstep).
Обычно первое измерение (перед шагом) выполняется, когда ячейка находится в состоянии покоя, поэтому V_beforestep = напряжение холостого хода ячейки (OCV), а I_beforestep = 0 ампер.Применяемое ступенчатое изменение тока может быть повышением тока, которое является импульсом заряда, или может быть понижением тока, которое представляет собой импульс разряда. Фактически, вы можете измерить DCIR в обоих направлениях и сравнить или усреднить результаты.
Что касается величины шага тока, то это обычно большой шаг тока, потому что очень низкое сопротивление элемента потребует большого шага тока для создания измеримого отклика по напряжению. Я видел запросы на текущую ступеньку при 20 ° C.Для ячейки 50 Ач это 1000 А, поэтому оборудование DCIR может быть большим и дорогим. При больших токах вы не можете оставлять большой ток на неопределенное время, иначе ячейка будет нагреваться и заряжаться (если импульс тока положительный) или разряжаться (если импульс тока отрицательный). В любом случае нежелательно изменять состояние заряда (SoC) элемента, поэтому ток обычно подается в виде короткого импульса.
Теперь, если мы подаем импульс на ячейку, какой ширины должен быть импульс? Кроме того, если мы измеряем V_afterstep, когда самое подходящее время для измерения? Это происходит сразу после подачи импульса или ближе к концу импульса, прежде чем ячейка возвращается в состояние «до шага» (которое обычно является состоянием покоя, как упоминалось выше).
Копаемся в DCIR
Чтобы ответить на этот вопрос, давайте посмотрим, что означает DCIR. DCIR измеряет последовательное омическое выходное сопротивление элемента постоянного тока. Омическое сопротивление элемента определяется токосъемниками, активными материалами электродов, ионной проводимостью электролита и другими соединениями (например, приварными швами, контактными сопротивлениями и элементами безопасности).
Электрохимические реакции и другие явления не являются частью омического сопротивления. Каждый из них будет происходить с разной скоростью и, следовательно, не является постоянным, а вместо этого будет вносить вклад в переменное сопротивление ячейки. Таким образом, ACIR будет измерять те эффекты, которые происходят на частоте около 1000 Гц. Однако потребуется полное измерение спектра электрохимического импеданса с помощью прибора EIS, чтобы увидеть все эффекты этого электрохимического явления, которые происходят с разной скоростью.
Для DCIR нас интересует только постоянное омическое сопротивление постоянному току. Изменение напряжения из-за этих омических сопротивлений будет появляться мгновенно при подаче импульса тока, и, таким образом, для измерения омического сопротивления постоянному току необходимо немедленно измерить отклик напряжения при подаче импульса тока.Это означает, что длина импульса не имеет значения, и он не должен быть длиннее, чем время измерения характеристики напряжения элемента. Фактически, вы хотите, чтобы этот импульс был как можно короче, чтобы избежать саморазогрева и любых ненужных изменений в SoC, вызванных зарядкой или разрядкой элемента во время импульса.
В дискуссиях с инженерами и учеными о DCIR меня часто просят использовать импульсы DCIR длительностью 1, 10 или 30 секунд, а также измерить ответ напряжения ячейки V_afterstep на конце этого импульса.Это не измерение DCIR, а измерение импульса постоянного тока.
Если измерять в конце импульса, V_afterstep обязательно будет включать эффекты омического сопротивления постоянному току, но V_afterstep будет включать некоторые электрохимические эффекты переменного тока и, что наиболее важно, будет включать изменение напряжения из-за зарядки или разрядки элемента во время импульса. . По мере увеличения длины импульса и увеличения амплитуды импульса (помните, что этот тест можно проводить при 20 ° C), это влияние заряда или разряда на OCV может быть довольно большим по сравнению с очень небольшим изменением напряжения, вызванным протекающим током 20 ° C. через несколько миллиомов истинного омического сопротивления ячейки.
Это не значит, что измерение пульса недействительно. Фактически, измерение пульса наверняка даст ценную информацию о поведении клетки, поскольку короткая импульсная нагрузка на клетку является обычным сигналом в реальном мире. Подумайте о том, как нажатие на педаль акселератора представит импульсный ток батарее электромобиля (EV) или как импульс передачи GSM представляет импульсную нагрузку на батарею мобильного телефона. Однако я хочу сказать, что импульсный тест постоянного тока и измерение DCIR измеряют две разные характеристики ячейки.И хотя оба измерения выполняются с большим импульсом тока, каждое измерение отличается.
Тестовая установка
На рисунках 1 и 2 показана тестовая установка для измерения DCIR и ожидаемых форм сигналов напряжения и тока.
1. Показана испытательная установка DCIR.
Измерение DCIR с использованием испытательной установки в Рис. 1 Для требуются две характеристики прибора:
Для устройства, которое подает импульс тока, требуется время нарастания в несколько миллисекунд или быстрее. Если фронт медленный, время, необходимое для перехода от I_beforestep к I_afterstep, позволит возникать быстрые электрохимические эффекты, не связанные с постоянным током, так что измерение отклика напряжения будет включать как омические компоненты постоянного тока, так и некоторые электрохимические компоненты переменного напряжения. .
Измерение характеристики напряжения V_afterstep должно быть быстрым и производиться сразу после завершения шага приложенного тока. Если измерение происходит медленно или с задержкой, V_afterstep будет включать быстрые электрохимические эффекты, не связанные с постоянным током.В крайнем случае, если V_afterstep измеряется намного позже перехода, измерение DCIR становится измерением импульса постоянного тока.

2. На трех приведенных выше графиках показаны формы сигналов напряжения и тока для измерения DCIR с примерами расчетов.
Проверка токов до +100 А зарядного импульса или -100 А разрядного импульса может эффективно выполняться с помощью такого прибора, как Keysight Advanced Power System (рис. 3) . Его можно настроить для подачи положительных или отрицательных импульсов тока с миллисекундным временем нарастания в переходном импульсном режиме. Он также имеет высокоточную, независимую оцифровку напряжения и тока с помощью 18-битных АЦП, которые позволяют напрямую измерять DCIR в одном приборе. Для импульсных токов более ± 100 A семейство Keysight RPS предлагает те же возможности при более высоких уровнях тока.
3. Система Keysight Advanced Power System может генерировать импульсы заряда или разряда.
Используя Keysight APS, мы протестировали карманный элемент емкостью 26 Ач и обнаружили, что его DCIR составляет 1,3 мОм. Сравнивая результаты для импульса заряда 100 А с импульсом разряда -100 А, мы увидели разницу в 3 мкОм между импульсом заряда и импульсом разряда.
Мы также исследовали повторяемость и шум измерений DCIR и обнаружили, что стандартные отклонения на рис. 1, доступные с Keysight APS и RPS, минимизируют эту изменчивость.
Наконец, я хотел бы поблагодарить моего коллегу Брайана Босвелла, старшего инженера-конструктора компании Keysight Technologies, который установил и выполнил эти измерения, а также провел обширную работу по анализу результатов для практического измерения DCIR с использованием внешнего -полка сильноточной аппаратуры.