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 нагрузку одинаковой мощности, 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 поэтому 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.
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.
Проверка и вычисление внутреннего сопротивления АКБ
Содержание
- 1 Роль основных составляющих
- 2 Методы определения внутреннего сопротивления аккумуляторных батарей (АКБ)
- 3 Задачи тестирования
- 4 Последовательность измерений
- 5 Часто встречающиеся вопросы
- 6 Видео по теме
Большинство современных мобильных устройств используют источники питания в виде аккумуляторных батарей. Из чего состоит всем известный нам аккумулятор для автомобиля можно увидеть на рисунке, который приведен ниже в данной статье. В отличие от портативных, но маломощных батареек, они способны обеспечивать работу техники в течение длительного периода времени, притом с многократной подзарядкой. Но действенное использование источника питания невозможно, если неизвестно, какое внутреннее сопротивление аккумулятора.
Устройство автомобильного аккумулятора
Роль основных составляющих
Внутреннее сопротивление батареи IR (где I — ток в цепи, R — её сопротивление) заключается в противодействии протеканию тока внутри источника питания. Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора, включает сопротивление электронной/электрической и ионной компоненты, что в сумме характеризуется общим эффективным сопротивлением.
Первый определяющий компонент — удельное сопротивление реальных материалов, из которых изготовлен аккумулятор, например, металлических крышек и внутренних перегородок; а также насколько хорошо эти материалы контактируют друг с другом.
Эффект этой составляющей может проявляться очень быстро. Его можно заметить в течение первых нескольких миллисекунд после того, как батарея находится под нагрузкой. Второй компонент представляет собой сопротивление протеканию тока внутри батареи — это влияющие на процесс электрохимические факторы, среди которых отмечают:
- Проводимость электролита.
- Подвижность ионов.
- Площадь поверхности электрода.
Почему возрастает влияние электронного и ионного сопротивления, можно прояснить с помощью двойного импульсного теста. Батарея размещается на низком фоновом разряде, что позволяет ей сначала стабилизироваться, а затем пульсировать с более высокой нагрузкой в течение примерно 100 миллисекунд.
Используя закон Ома, общее значение искомого параметра рассчитывается путем деления нормы изменения напряжения на изменение тока. Измеритель использует метод двойной пульсации. В опыте делали оценку внутреннего сопротивления аккумуляторов (литий-ионных) 18650 мультиметром при стабилизирующем токе 5 мА со 100-миллисекундным импульсом 505 мА.
Изменение тока аккумулятора в зависимости от времени
Из приведенного выше рисунка следует, что, если стабилизирующая нагрузка 5 мА используется в сочетании с импульсом 505 мА, изменение тока составляет 500 мА. Если напряжение изменится с 1.485 до 1.378 В, то изменение напряжения в этом случае составит 0.107 В, что даёт общее эффективное сопротивление 0.107 В/500 мА или 0.214 Ом.
Методы определения внутреннего сопротивления аккумуляторных батарей (АКБ)
Не все пользователи знают, как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора мультиметром. Поэтому иногда проще рассчитать импеданс на каких-либо базовых частотах, например, 1000 Гц. Однако вследствие высокой скорости испытания, часть коэффициентов ионной стойкости может изменяться. Поэтому значение импеданса будет меньше общего значения для той же самой батареи.
Внутреннее сопротивление АКБ можно найти при помощи импульсных усилителей. Они устанавливают максимальный ток, который батарея может обеспечить в течение очень короткого периода времени. Такой тест обычно выполняется путём электрического замыкания батареи с применением резистора 0.01 Ом примерно на 0.2 секунды с последующей регистрацией значения фактического напряжения замкнутой цепи.
Ток, протекающий через резистор, можно рассчитать, используя закон Ома и разделив напряжение замкнутой цепи на 0.01 Ом. Если нужно установить, чему равно внутреннее сопротивление имеющейся аккумуляторной батареи, например, с внутренним сопротивлением 2 Ом и с ЭДС 6 В, если известен ток короткого замыкания. Тогда напряжение холостого хода нужно разделить на импульсный ток и узнать определяемый параметр. Однако при этом возникает другая проблема — как измерить такой ток без погрешности. Это практически невозможно, поэтому данный метод дал лишь предварительную оценку величины сопротивления. А вот вычислить точное значение он не позволяет.
Пример. Потребитель работает на токе в 1 А и подключён к батарее с IR 0.1 Ом.
Определите ЭДС и внутреннее сопротивление работающего аккумулятора автомобиля.
Используя исходные данные, пользователь нашёл, что
Е = 1.0 × 0.1 = 0.1 (В).
Если известно, что при замыкании его на внешнее сопротивление, напряжение холостого хода падает, то его можно вычислить из формулы
U = 1.6 – 0.1 = 1.5 (В).
Так мы узнали нормальное напряжение замкнутой цепи.
На графике ниже видно, как меняется общее эффективное сопротивление свежей Li-ion батарейки (Li означает «литиевые», ion — ионных) аккумуляторов в зависимости от изменения температуры.
Влияние изменения температуры на падение напряжения
Таким образом, определить внутреннее сопротивление аккумулятора при известной нагрузке можно, если известно норма падения напряжения на источнике. Однако, даже если есть известное падение напряжения, внутреннее сопротивление аккумулятора в каждом конкретном случае будет примерной величиной. В частности, внутреннее сопротивление аккумулятора 18650 во время разряда увеличивается, поскольку в его конструкции используются активные материалы. При этом верно, что скорость изменения рассматриваемого параметра во время разряда непостоянна. На него может оказывать влияние следующее:
- Химический состав электролита;
- Изменение продолжительности разряда;
- Скорость разрядки;
- Возраст батареи.
При низких температурах меняется скорость электрохимических реакций внутри АКБ, что тормозит движение ионов в электролите. Чем ниже температура окружающей среды, тем выше величина внутреннего сопротивления аккумулятора.
Задачи тестирования
Есть две цели измерения:
- Контроль качества, когда могут изменяться условия производства;
- Фаза подключения и эксплуатации.
Изменение отдачи никель кадмиевого источника
Приведенный выше график позволяет увидеть изменение отдачи никель-кадмиевого (Ni-Cd) источника энергоёмкостью 550 мА*ч.
Величина во многом определяет значение энергоёмкости в ампер-часах. Когда оно минимально, аккумулятор способен выдавать наибольший ток и наоборот. На рисунке ниже показана схема конфигурации АКБ, состоящей из нескольких компонентов.
Схема цепи акб, состоящей из нескольких компонентов
Например, предположим, что есть электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора E0 = 10 В. При этом RDC составляет 1 Ом, а нагрузка R равна 9 Ом. Тогда АКБ дает напряжение, которое составляет 9 В. В идеале RDC батареи должно быть равно нулю. В действительности, однако, оно всегда присутствует, причём чем выше RDC, тем больше потери энергии. Кроме того, при потере энергии образуется тепло, которое разрушает само устройство.
Важной причиной для измерения является обеспечение контроля качества на протяжении всего производства источников питания. Качество аккумулятора можно определить по величине его RDC.
Можно сказать о том, что внутреннее сопротивление может определять высокое качество АКБ (в частности, литий-ионных Li-ion или никель-металлогидридных Ni-MH) разных производителей. В зависимости от материала, конструкции, размера, напряжения и других факторов, различные типы аккумуляторов имеют разные уровни RDC — от нескольких мОм до более чем 1 кОм.
Различные виды аккумуляторов
На приведенном ниже графике величину сопротивления для:
1 — компактного Li-ion аккумулятора 18650 для мобильных телефонов или цифровых видеокамер;
2 — аккумуляторной батареи для электромобилей;
3 — источника питания для бытового электроинструмента;
4 — аккумулятора для ноутбуков и планшетов.
Они различаются своей ЭДС, выдаваемым напряжением и ёмкостью.
Напряжение и сопротивление разных акб
Во время производства определение категории АКБ позволяет обеспечить постоянное качество батареи, соответствующее спецификациям. Ячейки, произведенные на заводе по производству элементов, после прохождения транспортной инспекции отправляются на завод по производству модулей. Поскольку такие факторы, как вибрация во время транспортировки и даже дата выпуска аккумуляторного элемента, могут стать причиной дефектов, устройства перед сборкой элементов в модули и блоки проходят приемочный контроль. Важно, чтобы все элементы в данном аккумуляторном блоке имели одинаковое значение RDC.
По мере использования RDC аккумулятора постепенно увеличивается. Энергия батареи получается вследствие химической реакции между электролитами и электродами. Однако со временем химическая реакция замедляется из-за ржавчины и коррозии.
Когда речь идет об аккумуляторных батареях, таких как импульсные блоки питания, очень важно, чтобы батареи обеспечивали достаточную мощность. Необходимо найти с помощью мультиметра значение RDC на каждом из элементов блока, а затем выявить и удалить дефектный модуль.
Последовательность измерений
Попытаемся понять далее, на что влияет тот или иной параметр при выборе схемы для АКБ.
Идеальную схему аккумуляторной батареи, изображённую на рисунке выше, напрямую использовать нельзя, потому что изменение значения RDC не повлияет на напряжение между клеммами. Более адекватным будет вариант с дополнительным резистором Rt, который последовательно подключён к клеммам источника.
Поскольку через внутренний резистор Rt не протекает ток, то падение напряжения на нём равно 0 В., следовательно, можно предположить, что напряжение обратного хода VOC будет соответствовать условиям идеального источника.
При подключении нагрузки к аккумулятору напряжение на клеммах уменьшается. Мы можем рассчитать искомый параметр, если снимем показания напряжения холостого хода и с подключённой нагрузкой.
Сборка аккумуляторных элементов в блоки и модули
Померить внутреннее сопротивление своими руками получится с разным успехом, ведь на эту величину влияют возраст аккумулятора и температура, при которой он работает. Поэтому измерить внутреннее сопротивление аккумулятора возможно, но результат в зависимости от указанных факторов всегда будет разным.
Например, без нагрузки замер напряжение аккумулятора показал величину 13.5 В. Тогда при токе 10 А, напряжение полной нагрузки равно 13.25 В. Разница напряжения составляет 0.25 В при силе тока 10 А. Получается, что 0.025 Ом и будет значением внутреннего сопротивления r данного АКБ.
Ещё ряд примеров:
- Разность потенциалов на клеммах при отсутствии тока в цепи должно быть равным 3 В. Когда протекает ток I = 0.37 А, разность потенциалов падает до 2.8 В. Определить r элемента.
Решение:
ЭДС источника:
Е = V + Ir
Иначе, Е – V = Ir или (Е – V)/I = r.
Следовательно:
r = (3.0 – 2.8)/0.37 = 0.54 (Ом).
Тестирование аккумуляторных батарей на заводе
- Разность потенциалов в имеющейся сети зарядной станции равна U = 20 В. Чему равно внутреннее сопротивление аккумулятора, если при токе I = 7 А, мощность батареи W составляет 135 Вт?
Решение:
Теоретическая мощность:
Wт = UI = 20 × 7 = 140 (Вт)
Разница определяется потерями, связанными с наличием собственного сопротивления системы:
ΔW = 140 – 135 = 5 (Вт)
Эквивалентная схема измерений
Устройство кислотного аккумулятора Ni-MH не допускает снижения напряжения. Следовательно, искомое значение r при гарантированной ёмкости Ni-MH АКБ 40, 60 или любом другом количестве ампер-часов, составит:
r = 5/7 = 0.71 (Ом).
- Измеритель подключён к Li-ion аккумулятору с ЭДС 50 В. Если при силе тока 15 А он даёт 48 В, то какое должно быть r в этом случае?
Решение:
Разница r = (50 – 48)/15 = 0.133 (Ом).
- К аккумулятору с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением r=0.5 Ом, подключена лампа с сопротивлением R=100 Ом. Чему равна сила такой электроцепи?
Решение:
ЭДС = I(R + r)
Поэтому I = ЭДС/(R + r)
I = 12/(100 + 0.5) = 0.119 (А).
Часто встречающиеся вопросы
- Что такое литий-полимерные аккумуляторы для Ардуино?
Разновидность Li-ion аккумулятора, где электролитом является полимер. Считаются пожаро- и взрывоопасными, хотя быстро заряжаются.
- Как проверить и определить срок годности батарейки с помощью мультиметра?
Подключить плюс и минус к клеммам омметра и измерить фактическое напряжение, которое должно составлять не менее 90% номинальной величины.
Проверка акб тестером
- Возможно ли измерение внутреннего сопротивления аккумулятора типа 18650 мультиметром?
Да, возможно. Замерить данный параметр можно при помощи любого универсального тестера.
- При последовательном соединении аккумуляторов разного вида, получена цепь с ЭДС 12 В. Как это повлияет на значение r?
В такой схеме, состоящей из разных элементов, измеренное r будет суммарным значением. При этом оно не должно быть выше r каждого из элементов такой последовательной цепи.
Видео по теме
Внутреннее
сопротивление аккумулятора. Что такое
внутреннее сопротивление аккумулятора?
1
.
Что такое внутреннее сопротивление
аккумулятора?
.
Возьмем
свинцовый кислотный аккумулятор с
емкостью
1 А*час и с номинальным напряжением 12 В.
В полностью заряженном состоянии
аккумулятор имеет напряжение примерно
U
= 13 В. Какой ток I
потечет через аккумулятор, если к нему
подключить резистор с сопротивлением
R=1
Ом? Нет, не 13 ампер, а несколько меньше
— около 12.2 А. Почему? Если мы измерим
напряжение на аккумуляторе, к которому
подключен резистор, то увидим, что оно
примерно равно 12.2 В — напряжение на
аккумуляторе упало из-за того, что
скорость диффузии ионов в электролите
не бесконечно велика.
Электрики
в своих расчетах привыкли составлять
электрические цепи из элементов с
несколькими полюсами. Условно, можно и
аккумулятор представить в виде
двухполюсника с ЭДС (электродвижущей
силой — напряжением без нагрузки) E
и внутренним сопротивлением r.
При этом предполагается, что часть ЭДС
аккумулятора падает на нагрузке, а
другая часть — на внутреннем сопротивлении
аккумулятора. Иначе говоря, предполагается,
что верна формула:
E = ( R + r ) * I
Почему
внутреннее сопротивление аккумулятора
— условная величина? Потому что свинцовый
аккумулятор — принципиально нелинейное
устройство и его внутреннее сопротивление
не остается постоянным, а изменяется в
зависимости от нагрузки, заряженности
аккумулятора и многих других параметров,
о которых мы поговорим чуть позднее.
Поэтому точные расчеты работы аккумуляторов
нужно проводить, пользуясь разрядными
кривыми, предоставляемыми производителем
аккумуляторов, а не внутренним
сопротивлением аккумулятора. Но для
расчетов работы цепей, связанных с
аккумулятором, внутреннее сопротивление
аккумулятора использовать можно, отдавая
себе каждый раз отчет в том, о какой
величине идет речь: о внутреннем
сопротивлении аккумулятора при зарядке
или разряде, о внутреннем сопротивлении
аккумулятора на постоянном токе или
переменном, а если переменном, то какой
частоты и т.д.
Теперь,
вернувшись к нашему примеру, мы можем
примерно определить внутреннее
сопротивление аккумулятора 12 В, 1 А*час
на постоянном токе.
r = ( E — U ) / I = (13В —
12.2В ) / 1А = 0.7 Ом.
2.
Как связаны внутреннее сопротивление
аккумулятора и проводимость аккумулятора?
По
определению, проводимость — есть величина
обратная сопротивлению. Поэтому и
проводимость аккумулятора S обратна
внутреннему сопротивлению аккумулятора
r.
S = 1 / r
Единицей
проводимости аккумулятора в системе
СИ являются Сименсы (См).
3
.
От чего зависит внутреннее сопротивление
аккумулятора?
.
Падение
напряжения на свинцовом аккумуляторе
не пропорционально разрядному току.
При больших разрядных токах, диффузия
ионов электролита происходит в свободном
пространстве, а при маленьких токах
разряда аккумулятора — сильно ограничивается
порами активного вещества пластин
аккумулятора. Поэтому внутреннее
сопротивление аккумулятора при больших
токах в несколько раз (для свинцового
аккумулятора) меньше, чем внутреннее
с
опротивление
того же аккумулятора при малых токах.
Как
известно, аккумуляторы большой емкости
больше и массивнее аккумуляторов малой
емкости.
У них больше рабочая поверхность пластин
и больше пространства для диффузии
электролита внутри аккумулятора. Поэтому
внутреннее сопротивление аккумуляторов
большой емкости
меньше, чем внутреннее сопротивление
аккумуляторов меньшей емкости.
Измерения
внутреннего сопротивления аккумуляторов
на постоянном и переменном токе
показывают, что в
нутреннее
сопротивление аккумулятора сильно
зависит от частоты.
При
высокой температуре скорость диффузии
ионов электролита выше, чем при низкой.
Эта зависимость имеет линейный характер.
Она и определяет зависимость внутреннего
сопротивления аккумулятора от температуры.
При более высокой температуре, внутреннее
сопротивление аккумулятора ниже, чем
при низкой температуре.
В
о
время разряда аккумулятора, количество
активной массы на пластинах аккумулятора
уменьшается, что приводит к уменьшению
активной поверхности пластин. Поэтому
внутреннее сопротивление заряженного
аккумулятора меньше, чем внутреннее
сопротивление разряженного аккумулятора.
4.
Можно ли использовать внутреннее
сопротивление аккумулятора для проверки
аккумулятора?
Уже
довольно давно известны приборы для
проверки аккумуляторов, принцип действия
которых базируется на связи между
внутренним сопротивлением аккумулятора
и емкостью
аккумулятора.
Некоторые приборы (нагрузочные вилки
и подобные приборы) предлагают оценить
состояние аккумулятора по напряжению
аккумулятора под нагрузкой (что похоже
на измерение внутреннего сопротивления
аккумулятора на постоянном токе).
Применение других (измерителей внутреннего
сопротивления аккумулятора на переменном
токе) основано на связи внутреннего
сопротивления с состоянием аккумулятора.
Третий тип приборов (измерители спектров)
позволяет сравнивать спектры внутреннего
сопротивления аккумуляторов на переменном
токе различных частот и делать выводы
о состоянии аккумулятора на их основе.
Само
по себе внутреннее сопротивление (или
проводимость) аккумулятора позволяет
только качественно оценить состояние
аккумулятора. К тому же, производители
подобных приборов не указывают, на какой
частоте происходит измерение проводимости
и каким током производится испытание.
А, как мы уже знаем, внутреннее сопротивление
аккумулятора зависит и от частоты и и
от тока. Следовательно, измерение
проводимости не дает количественной
информации, которая позволила бы
пользователю прибора определить, сколько
времени проработает аккумулятор при
следующем разряде на нагрузку. Этот
недостаток связан с тем, между емкостью
аккумулятора
и внутренним сопротивлением аккумулятора
нет однозначной зависимости.
Самые
современные тестеры
аккумуляторов
основаны на анализе осциллограммы
отклика аккумулятора на сигнал специальной
формы. Они быстро оценивают емкость
аккумулятора,
что позволяет следить за износом и
старением
свинцового аккумулятора,
рассчитать длительность разряда
аккумулятора при данном его состоянии
и составить прогноз оставшегося ресурса
свинцового аккумулятора.
Соседние файлы в папке Лаб_цикл (1 часть)
- #
- #
- #
19.08.20172.33 Mб16схемы.vsd
- #
При обслуживании современных аккумуляторных батарей измеряются и проверяются несколько различных параметров, среди них не последнюю роль играет внутреннее сопротивление аккумулятора, ведь это – значимый параметр источника питания. Его регулярная проверка и контроль позволяют поддерживать аккумуляторную батарею в работоспособном состоянии.
Именно этот параметр способен показать неисправности ещё в их зачатке и предотвращать их, а не исправлять многочисленные последствия. Ведь чрезмерный разброс провоцирует выход из строя как самой аккумуляторной батареи, так и отдельных узлов электрики автомобиля.
Как проверить внутреннее сопротивление?
Срок эксплуатации аккумуляторной батареи зависит от правильности проведения проверки. Данная процедура включает несколько этапов:
- Осмотр. Во время осмотра проверяют, в каком состоянии корпус, присутствуют ли микротрещины, пыль, загрязнения. Устанавливается состояние выводов, наличие окислений на электродах, штырях. Обнаруженную ржавчину удаляют при помощи специальных составов.
- Контроль процесса разряда. Для этих целей аккумуляторную батарею разряжают, заряжают и вновь разряжают. Силу тока, нагрузку поддерживают в требуемом пределе. Контролируя разряд, устанавливается истинное состояние электрических соединений, емкости АКБ. Разряд выполняют после демонтажа устройства.
- Электролит. Во время эксплуатации часть электролита испаряется. Для установления уровня используют трубочки или специальные элементы. Их погружают в отверстия до того момента, пока они не соприкоснутся с пластинами. Для восполнения объема используют дистиллированную воду.
- Плотность электролитического состава. Из-за сульфатации пластин часть емкости теряется. Выделяющаяся сера негативно сказывается на степени плотности электролита. Плотность постепенно снижается. Этот параметр учитывают, если тестируют кислотные аккумуляторные батареи.
- Использование нагрузочной вилки. Замер напряжения свинцовых источников питания выполняется при помощи нагрузочных вилок. По специальной шкале отслеживают состояние акб.
Проверка аккумулятора выполняется при помощи тестеров. С их помощью устанавливают соответствие параметров заданным нормам и требованиям.
От чего зависит?
Перед тем как проверить сопротивление автомобильного аккумулятора, необходимо изучить, что представляет собой этот показатель.
Внутреннее сопротивление аккумулятора рассчитывается по стандартной формуле. При определении учитывается электродвижущая сила, сила тока и нагрузка. В результате, получается условная величина, которая постоянно меняется.
Оно зависит и от:
- Габаритов и геометрии.
- Конструкции корпуса, решеток и банок.
- Состояния электролитического состава.
- Наличия легирующих веществ.
- Состояния выводов.
При расчете сопротивления учитывается значение импеданса, в которое входит реактивная составляющая. Реактивная составляющая присуща емкостям, катушкам. Импеданс учитывается при определении реактивного сопротивления.
На внутреннее сопротивление аккумулятора влияет состояние электролита, его концентрации и температурного режима. Понижение температуры влечет рост данного показателя.
Определяя внутреннее сопротивление аккумулятора, учитывается и поляризация, которая зависит от силы тока. Возникает поляризация по таким причинам:
- Изменение потенциала на поверхности выводов.
- Изменение концентрации электролитического состава.
Минимальные показатели прослеживаются у кислотно-свинцовых источников питания. Поэтому они отдают ток в 2–2,5 тысячи ампер. Такие аккумуляторные батареи устанавливают в автотранспортные средства, которые укомплектованы ДВС.
Особенности измерения внутреннего сопротивления источника питания
Измерение внутреннего сопротивления аккумулятора проводят регулярно. Такие действия позволяют выявлять состояние источника питания, планировать замену.
Ежегодно этот показатель увеличивается на 5–7 процентов. При увеличении на 8 и более процентов проводят анализ эксплуатационных условий, нагрузки.
Для того чтобы выявить дефекты и нарушения, необходимо точно знать, как измерить внутреннее сопротивление.
Подача переменного тока
Этот способ отличается простотой реализации. Для этого требуется резистор ограничительный, трансформатор, а также конденсатор и вольтметр. Тесты проводят в течение 1,5–2 часов. За это время устанавливается величина напряжения для каждого элемента, который входит в состав источника питания. Для повышения точности результатов используют регистрирующий вольтметр.
При измерении проводимости на переменном токе получают значение, которое включает реактивную и активную составляющие. Для выделения требуемого показателя требуется подготовка частотной зависимости. При реализации этой методики возникают сложности, связанные с электрохимическими процессами.
Поэтому определить проводимость таким способом можно, если требуется общая оценка состояния аккумуляторной батареи. В остальных случаях подбирается другая методика тестирования.
Метод постоянной нагрузки
Этот способ используется автомобилистами и мастерами. Суть его заключается в стремительном разряде источника питания при постоянном токе. При помощи вольтметра измеряют напряжение, как с нагрузкой, так и без нее. Для расчета используют закон Ома.
Такую методику используют для тестирования крупногабаритных автомобильных аккумуляторных батарей. Для измерений используют высокоточные приборы, которые показывают точное значение. Допускается применение тестеров, в состав которых входит пленочно-угольный резистор.
Перед реализацией этого способа учитывают, что конденсатор измерительный агрегат не принимает во внимание. Поэтому учитывается только активная составляющая источника питания. Для проверки старых АКБ такой вариант не подходит. Ведь установить истинное состояние проблематично.
Применение этого способа невыгодно в том случае, если требуется установление состояния АКБ. Померить нагрузку с его помощью можно.
Короткоимпульсный способ
Его используют не так давно. Он обладает такими преимуществами:
- Перед измерениями аккумуляторная автомобильная батарея не демонтируется. Это избавляет от хлопот, так как изъятие устройства занимает немало времени.
- Напряжение снижается и повышается на короткий срок. Поэтому работоспособность компонентов, которые входят в состав, не нарушается. Для отслеживания напряжения используют вольтметр.
- Во время испытания источник питания, внутренние компоненты не разрушаются. При этом тестирования проводят регулярно.
- При помощи этой методики легко определить емкость источника питания. Ведь появляется возможность сравнения сопротивлений новой и эксплуатируемой батарей.
Такая методика применяется для установления величины внутреннего сопротивления, расчета токовых параметров, коротких замыканий, других параметров. Это необходимо для установления состояния автомобильного аккумулятора.
Зависимость состояния аккумулятора от внутреннего сопротивления
Среди представленных измерителей и тестеров, которые применяют для оценки состояния аккумуляторной батареи, ее основных характеристик, легко подобрать устройство с требуемым функционалом. Среди используемых приборов выделяют:
- Устройства для оценки состояния АКБ по напряжению. При этом устанавливается определенная нагрузка. Для этих целей используют нагрузочные вилки.
- Устройства для установления связи между состоянием источника питания и проводимостью.
- Измерители спектров. С помощью таких приборов устанавливается зависимость импеданса на постоянном, переменном токе.
Применение стандартных измерительных устройств позволяет установить величину проводимости. При помощи современных тестеров, которые работают с определенными сигналами, устанавливается степень работоспособности автомобильного аккумулятора, величину емкости, период разряда и заряда.
Период непрерывной эксплуатации аккумуляторной батареи в определенной степени зависит от величины внутреннего сопротивления.
И это особо важно в том случае, если автотранспорт активно эксплуатируется как в черте города, так и в сельской местности.
Поэтому периодическое тестирование источника питания, установление основных характеристик дает возможность понять, когда стоит производить замену.
Источник: https://akbzona.ru/stati/kak-izmerit-vnutrennee-soprotivlenie-akkumulyatora
Измерение внутреннего сопротивления автомобильного аккумулятора (АКБ)
Существенная характеристика для АКБ — внутреннее сопротивление — обозначается буквой «R». Она на многое влияет, а ее измерение — один из основных этапов диагностики аккумулятора.
Этот параметр подразделяется на несколько видов. Пожалуй, самый значимый — внутреннее сопротивление аккумулятора. Полезно понимать, что оно означает и как измеряется.
Описание параметра
Для начала, стоит сказать, что есть полное сопротивление АКБ. Это сумма омического R и R поляризации. В то же время, омическое — сумма сопротивлений электролита, соединений между элементами АКБ, отрицательного и положительного выводов, электродов, сепараторов.
Внутреннее сопротивление батареи — такое R, которое оказывается аккумуляторной батареей току, протекающему внутри нее. При этом неважно, зарядный это ток или разрядный. Однако оно будет различаться в разных элементах АКБ. Собственный показатель будет у элементов:
- решеток электродов;
- электролита;
- сепараторов.
Связанные факторы
Между показателями губчатого свинца и решетки минусового электрода разницы практически нет. Однако сопротивление перекиси свинца в 10 000 раз больше, чем таковое у решетки плюсового электрода, на которую он нанесен.
Сами электроды устройства могут быть выполнены по-разному, что обуславливает разницу в показателях.
Различаться могут, в том числе:
- качество электрического контакта обмазки и решеток;
- конструкция электрода;
- конструкция решетки;
- наличие легирующих компонентов в АКБ.
На R сепараторов влияет перемена пористости и толщины. У электролита оно зависит от его температуры и концентрации. Если электролит замерзнет, то показатель достигнет бесконечности.
Измерение сопротивления
Величина эта — условная. Она меняется в зависимости от степени заряженности АКБ, величины нагрузки, температур Вот почему при точных расчетах относительно АКБ принято пользоваться не величиной внутреннего сопротивления, а так называемыми разрядными кривыми.
Этот вариант даст вполне точный результат. Например, это может быть галогеновая лампа с мощностью в 60 Ватт.
Производится параллельное подключение к батарее вольтметра и вышеупомянутой лампы. Далее нужно запомнить значение напряжения.
Затем лампа отключается. Естественно, после этого напряжение возрастёт. Если последнее увеличилось не больше, чем на 0,02 вольт, стало быть, АКБ находится в удовлетворительном состоянии.
То есть, внутреннее R не больше 0,01 Ом.
Самостоятельно узнать этот параметр совсем несложно. Главное при этом — не использовать светодиодные лампы. На всю процедуру уйдет несколько минут.
Опыт автолюбителей
Никогда не занимаюсь этим самостоятельно. Да и вообще редко ухаживаю за батареей так, как мне следует этим заниматься. Поэтому часто возникают трудности с зажиганием. Приходится ездить в автомобильные мастерские, чтобы избавиться от них. Плачу деньги, зато не трачу свои силы и время.
Измерять, конечно, нужно. Но не ориентируйтесь на абсолютные показатели, взятые из интернета.
Куда актуальнее сравнивать новые результаты со старыми, ведь они будут сильно зависеть не только от модели, но и от природных условий.
Конечно, определенные рамки и нормы все-таки существуют, но их нужно брать только из официальной спецификации, представленной на корпусе устройства или в родной упаковке.
Регулярно измеряю этот параметр. Однажды он получился слишком большим. Долго разбирался в причине, а потом понял, что что-то случилось с обмазкой. Из-за чего — так и не понял, но поправил это быстро. Просто заменил элемент. С зажиганием до сих пор все нормально, так что делать так можно.
Постоянно ухаживаю за батареей своего автомобиля, т. к. опасаюсь, что он не заведется в самой неподходящей для этого ситуации. Измеряю все параметры, в том числе и этот. Только так можно понять ситуацию полностью и отследить изменения. Это важно для диагностики возможных проблем и неисправностей.
Раньше не понимал, как узнать, какое внутреннее сопротивление у аккумулятора. Как оказалось, процедура весьма простая — точно не сложнее измерения полной емкости. Процедура занимает всего несколько минут. Только лампы нужны не светодиодные, а самые обыкновенные.
Источник: https://ProAkkym.ru/obzor/izmerenie-soprotivlenija-akb
Внутреннее сопротивление аккумулятора
1. У аккумулятора есть внутреннее сопротивление, но оно для свинцово — кислотных аккумуляторов очень мало, если аккумулятор в хорошем состоянии. Именно по этой причине аккумуляторы такого типа незаменимы в автомобилях, где требуется очень большой ток для прокрутки стартера.
2. Простые арифметические вычисления показывают, что если, например, внутреннее сопротивление аккумулятора составляет 0. 05 Ом, то при холостом напряжении аккумулятора 12 В и токе нагрузки 10 А
напряжение на клеммах = 12 — внутреннее падение аккумулятора напряжения = 12 — (10 х 0.05) = 11.5В
Приведенная ниже таблица показывает зависимость напряжения на клеммах аккумулятора от тока нагрузки.
| Холостое | Ток нагрузки | Внутреннее | Напряжение |
| напряжение | падение | на клеммах | напряжения |
| 12В | 10А | 0.5 В | 11.5В |
| 12В | 20 А | 1.0 В | 11.0В |
| 12В | 50 А | 2.5 В | 9.5 В |
| 12В | 100 А | 5.0 В | 7.0 В |
Примечание: В примере рассмотрен аккумулятор не лучшего качества. Новый хороший аккумулятор емкостью 50 Ач имеет внутреннее сопротивление примерно 0.005 Ом при нормальной температуре.
3. Внутреннее сопротивление складывается из нескольких локальных сопротивлений, а именно, между электродами и электролитом, сопротивления самих электродов и внутренних соединений, а также сопротивления электролита ионному потоку (ионы — это частицы, движущиеся в электролите и несущие положительный или отрицательный заряд).
Внутреннее сопротивление аккумулятора
Кроме того, внутреннее сопротивление зависит от степени заряженности и температуры электролита. В разряженном аккумуляторе внутреннее сопротивление больше, чем в заряженном. Разработчик может повлиять на внутреннее сопротивление только изменив активную площадь пластин. Аккумулятор с большей площадью пластин (а следовательно, и с большей емкостью) имеют меньшее внутреннее сопротивление.
4. Со временем внутреннее сопротивление аккумулятора растет. В какой-то момент аккумулятор достигает такого состояния, когда он оказывается уже не в состоянии вращать стартер со скоростью, необходимой для запуска двигателя. Это означает конец жизни аккумулятора.
Источник: http://avto-remont-toyota.ru/vnutrennee-soprotivlenie-akkumulyatora.html
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.
(Описание схемы)
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 OhmЭто 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.
Источник: http://photo-ek.ru/workshop/internal-resistance.html
Чем больше внутреннее сопротивление — тем хуже
Внутренним сопротивлением (r0) аккумулятора принято называть сопротивление, оказываемое аккумуляторной батареей (АКБ) прохождению через нее постоянного разрядного или зарядного тока.
r0 является «вредным» параметром, так как оно снижает эксплуатационные характеристики АКБ и ограничивает максимальные значения ее разрядного тока.
Рост внутреннего сопротивления ведет к более быстрому падению разрядного напряжения и, как следствие, к снижению разрядной емкости аккумулятора.
Сопротивление заряженной АКБ составляет от нескольких тысячных до сотых долей ома и складывается из сопротивлений электродов, электролита, сепараторов, межэлементных перемычек и других токоведущих деталей, а также так называемого сопротивления поляризации.
Каждая из этих составляющих не является постоянной величиной и зависит как от конструкции элементов АКБ и температуры ее электролита, так и от степени заряженности батареи. Сопротивление электродов и токоведущих деталей мало изменяется с изменением температуры.
Сопротивление электролита и пропитанных им сепараторов с понижением температуры увеличивается. Например, в интервале от –40 до –10°С оно в 2-3 раза больше, чем при температуре +25°С (см. рис.).
С увеличением плотности в процессе заряда АКБ сопротивление электролита до определенного уровня снижается, а затем возрастает.
Сопротивление сепараторов зависит от материала изготовления, толщины, сопротивления электролита в его порах и ограничивает максимальные величины стартерных токов при разряде батареи в условиях низких температур.
Распределение составляющих r0, а следовательно, и внутренних потерь напряжения по элементам внутренней цепи АКБ также меняется: в начале разряда сопротивление пластин и токоведущих деталей составляет 20 – 30%, электролита и сепараторов – 34 – 48%, поляризационные потери – 32 – 45% от общего сопротивления батареи. С понижением температуры и увеличением степени разряда АКБ сопротивление электролита и сепараторов растет. В процессе разряда батареи в результате химических реакций на ее пластинах образуется сульфат свинца, плохо проводящий ток. Плотность электролита при этом снижается, а его сопротивление увеличивается. По мере разряда r0 аккумуляторной батареи быстро увеличивается, а ее энергоотдача снижается.
Источник: https://www.autocentre.ua/opyt/poleznye-sovety/kak-vnutrennee-soprotivlenie-akb-vliyaet-na-ee-rabotosposobnost-chem-bolshe-tem-khuzhe-292386.html
Нормальное внутреннее сопротивление аккумулятора
Чем оно меньше, тем больший ток способен отдать аккумулятор в нагрузку. Это очень важная характеристика. В режиме приема мобильный телефон потребляет небольшой ток. Однако во время разговора ток резко возрастает.
В этом случае аккумуляторы с различным внутренним сопротивлением ведут себя по-разному. Никель-кадмиевые, обладающие наименьшим внутренним сопротивлением, легко отдают требуемый ток.
Никель-металл-гидридные обладают самым высоким сопротивлением, поэтому дают просадку напряжения, которая может привести к сбоям либо ваш телефон выдаст сигнал, что аккумулятор разряжен.
Так как мобильные телефоны в процессе работы потребляют более или менее стабильный ток, то для их питания применяют литий-ионные либо литий-полимерные аккумуляторы. Никель-металл-гидридные применяют при питании устройств, потребляющих стабильный ток.
Плотность энергии (Energy Density) заряженной батареи
Измеряется в ватт-часах, отнесенных к килограмму массы аккумулятора (встречается и к литру объема). Здесь лидируют литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы (110… 160 Вт/кг), заметно уступают им аккумуляторы 100… 130 Вт/кг.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы имеют этот показатель 60… 120, никель-кадмиевые — 45… 80 Вт х ч/кг. Из сказанного следует, что наименьшими размерами и весом при одинаковой емкости обладают литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы, несколько большими — никель-металл-гидридные.
А литий-полимерным аккумуляторам можно придать практически любую форму.
Время заряда аккумулятора
Это довольно важная характеристика, поскольку при интенсивной эксплуатации аккумуляторы мобильных телефонов приходится заряжать почти ежедневно. Варьируется от 1 часа у никель-кадмиевых (при необходимости их можно зарядить за 15 минут) и 2… 4 часов у никель-металл-гидридных, литий-ионных и литий-полимерных.
Номинальное напряжение одного элемента
У никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов номинальное напряжение составляет 1,25 В, у литий-ионных и литий-полимерных — 3,6 В. Причем у первых двух типов напряжение в процессе разряда практически стабильно, в то время как у литий-ионных аккумуляторов в процессе разряда оно линейно снижается от 4,2 до 2,8 В.
Саморазряд аккумулятора
Саморазряд — уменьшение заряда заряженного, но не подключенного к потребителю энергии аккумулятора в процессе его хранения. Для никель-кадмиевых аккумуляторов это одно из слабых мест. У них потеря заряда достигает 10% в первые сутки после зарядки, а затем по 10% в месяц.
Примерно такой же показатель и у никель-металл-гидридных аккумуляторов. Вне конкуренции по этому показателю литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы. У них саморазряд не превышает 2 – 5% в месяц, который происходит в основном из-за наличия схем контроля внутри аккумуляторов.
Однако ограниченное время «жизни» этих аккумуляторов не дает полностью использовать это положительное качество.
Срок службы
Это одна из важнейших характеристик аккумуляторов, о которой пользователь задумывается почему-то в последнюю очередь. Для аккумуляторов с различной химией он определяется по-разному. Для одних аккумуляторов критичным является общее число рабочих циклов «заряд — разряд», в то время как для других — общее время их эксплуатации.
Никель-кадмиевые аккумуляторы выдерживают более 1500 циклов «заряд — разряд», и как показывает опыт, после восстановления могут проработать еще столько же. При правильном периодическом обслуживании никель-кадмиевые аккумуляторы служат от 5 до 10 и более лет, вплоть до механического износа их корпуса и внутренних контактов.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы выдерживают около 500 циклов «заряд — разряд» и срок их службы редко превышает два года даже при весьма аккуратном их обслуживании. Литий-ионные аккумуляторы можно заряжать-разряжать от 500 до 1000 раз.
Но это число циклов полностью выбрать затруднительно из-за короткого срока службы — не более двух лет (по заявлениям производителей). Практически же литий-ионные аккумуляторы теряют свои эксплуатационные качества уже через год.
У литий-полимерных аккумуляторов число циклов «заряд — разряд» колеблется от 300 до 500, и они также редко служат более года. Кроме того, срок службы зависит и от степени разряда — при частичных разрядах он больше, чем при полных.
Никель-кадмиевые аккумуляторы имеют наименьшее время заряда, допускают наибольший ток нагрузки и обладают наименьшим соотношением цена — срок службы, но в то же время они наиболее критичны к точному соблюдению требований по правильной эксплуатации.
| Характеристика/тип | NiCd | NiMH | Li-Ion | Li-Polymer |
| Внутреннее сопротивление | низкое | высокое | среднее | среднее |
| Число циклов «заряд — разряд» до снижения емкости на 80%/срок службы | >1500 | 500-1000/1,5 года | 300-500/1,5 года | |
| Время быстрого заряда, ч | 2 — 4 | 2 — 4 | 2 – 4 | |
| Токи нагрузки относительно емкости (С) — пиковый | 20С | 5С | >2С | >2С |
| Токи нагрузки относительно емкости (С) — наиболее приемлемый | 1С | до 0,5С | до 1С | до 1С |
| Плотность энергии, Вт/кг | 45-80 | 60-120 | 110-160 | 100-130 |
| Саморазряд за месяц при комнатной температуре, /% | ||||
| Обслуживание через | 30-60 дней | 60-90 дней | Не регл. | Не регл. |
| Напряжение на элементе, В | 1.25 | 1.25 | 3.6 | 3.6 |
| Диапазон рабочих температур, ° С | –40…+60 | –20…+60 | –20…+60 | 0…+60 |
| Год выхода на рынок |
Источник: https://cyberpedia.su/8xbc6a.html
От чего зависит внутреннее сопротивление?
Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от количества сульфата свинца на электродах и увеличивается по мере разряда аккумулятора. У заряженного аккумулятора активное сопротивление мало — составляет тысячные-десятитысячные доли ома.
Внутреннее сопротивление аккумулятора представляет собой сумму сопротивлений выводных зажимов, межэлементных соединений, пластин, электролита, сепараторов и сопротивления, возникающего в местах соприкосновения электродов с электролитом.
- Внутреннее сопротивление аккумуляторов очень мало и во многих случаях им можно полностью пренебречь.
- Когда, однако, приходится иметь дело с большими токами, например, если тягач начинает тянуть тяжелый груз, при запуске двигателя автомобиля, сопротивление батареи и межэлементньих соединений приобретает большое значение.
Внутреннее сопротивление аккумулятора уменьшается с увеличением количества пластин и их размера, с уменьшением расстояния между пластинами, при увеличении пористости сепараторов, с увеличением удельного веса электролита, с уменьшением количества кристаллов PbSO4 в активной массе пластин и при увеличении температуры электролита.
Внутреннее сопротивление аккумулятора в процессе заряда снижается вследствие уменьшения количества PbSO4 в активной массе пластин и увеличения удельного веса электролита.
Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от количества пластин и их площади, пористости и толщины сепараторов, изменения температуры и плотности электролита и состояния активной массы пластин.
Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от количества пластин и их площади, пористости и толщины сепараторов, изменения температуры и плотности электролитов и состояния активной массы пластин. Для уменьшения сопротивления и увеличения разрядной емкости батареи в зимнее время нужно утеплять ее.
Внутреннее сопротивление аккумуляторов определяется конструкцией электродов, плотностью электролита и зависит от величины зарядного и разрядного токов.
Внутреннее сопротивление аккумуляторов прохождению зарядного или разрядного токов складывается из омического сопротивления электродов, сепараторов, электролита, других токопро-водящих частей и сопротивления поляризации, вызывающей изменение потенциалов электродов при прохождении тока.
- В заряженном состоянии при положительной температуре оно невелико и составляет тысячные доли ома, а сопротивление разряженного аккумулятора возрастает более чем в 2 раза.
- Внутреннее сопротивление аккумулятора слагается из сопротивления каркаса пластин, активной массы, сепараторов и электролита. Последнее составляет большую часть внутреннего сопротивления.
- Сопротивление аккумулятора увеличивается при разряде и уменьшается при заряде, что является следствием изменения концентрации раствора и содержания сульфата в активной массе.
- Сопротивление аккумулятора невелико и заметно лишь при большом разрядном токе, когда внутреннее падение напряжения достигает одной или двух десятых долей вольта.
Внутреннее сопротивление аккумулятора слагается из сопротивления каркаса пластин, активной массы, сепараторов и электролита. Последнее составляет большую часть внутреннего сопротивления.
Сопротивление аккумулятора увеличивается при разряде и уменьшается при заряде, что является следствием изменения концентрации раствора и содержания сульфата в активной массе.
Сопротивление аккумулятора невелико и заметно лишь при большом разрядном токе, когда внутреннее падение напряжения достигает одной или двух десятых долей вольта.
Внутреннее сопротивление аккумуляторов в 2 — 4 раза меньше, чем у щелочных и, в зависимости от размеров, составляет 0 001 — 0 01 ом.
Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от размера и количества пластин, расстояния между ними, пористости сепараторов, плотности и температуры электролита.
Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от количества сульфата свинца на электродах и увеличивается по мере разряда аккумулятора.
Источник: http://www.ngpedia.ru/id458494p1.html
Составляющие внутреннего сопротивления аккумулятора
Изменение температуры раствора электролита сказывается на его сопротивлении. С понижением температуры оно увеличивается, при этом сохраняется U-образный характер зависимости его от плотности раствора электролита. Следует отметить, что для каждой температуры минимальным сопротивлением обладают растворы различной плотности.
Увеличение температуры от нуля до 30°С приводит к понижению минимального сопротивления более чем в 1,5 раза.
- Сопротивления токоотводов, сепараторов и активной массы электродов являются составляющими внутреннего сопротивления аккумуляторов, при этом на долю токоотводов и сепараторов приходится около 25% общего значения.
- Сопротивления различных компонентов активной массы электродов свинцовых аккумуляторов значительно отличаются друг от друга. В процессе разряда аккумулятора образуется сульфат свинца, который почти не проводит электричество.
- Его присутствие значительно увеличивает сопротивление аккумулятора по мере его разряда. Как только начинается разряд, сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора начинает медленно возрастать.
- К моменту окончания разряда этот рост ускоряется и сопротивление аккумулятора увеличивается в 2–3 раза.
Сопротивление щелочных аккумуляторов также возрастает во время разряда и падает при заряде, хотя по иным причинам, чем в свинцовых аккумуляторах. Эта зависимость позволяет использовать активное сопротивление в качестве критерия контроля состояния аккумулятора. Активное сопротивление аккумуляторов зависит от степени заряженности и изменяется по экспоненциальному закону.
По аналогичному закону изменяется активное сопротивление кислотных аккумуляторов.
Совершенно иной характер изменения сопротивления у серебряно-цинковых аккумуляторов. В начале заряда оно увеличивается, проходит через максимум, затем резко падает и до конца заряда мало изменяется. В процессе разряда изменение внутреннего сопротивления происходит в обратном порядке.
Температура электролита оказывает заметное влияние на значение внутреннего сопротивления аккумуляторов. С понижением температуры внутреннее сопротивление растет главным образом за счет изменения сопротивления электролита.
Контроль состояния аккумуляторов по активному сопротивлению будет несовершенным, если не учитывать их старение. Известно, что с увеличением срока службы сопротивление аккумуляторов увеличивается.
ЭДС поляризациизависит от времени, прошедшего с момента появлениятока в цепи аакумулятора.
ЭДС поляризации существенно зависит от тока в цепи и степени заряженности батареи аккумуляторов. С ростом тока сопротивление поляризации будет уменьшаться. Поэтому при больших зарядах или больших разрядных токах внутреннее сопротивление аккумулятора будет стремиться к постоянной величине, численно равной активному сопротивлению аккумулятора.
Внутреннее сопротивление аккумулятора, измеренное на переменном токе, отличается от сопротивления постоянному току.
- Аккумуляторы обычно работают в режиме, характерном для источника ЭДС, где сопротивление внешней цепи на несколько порядков выше внутреннего сопротивления аккумулятора.
- Активное сопротивление аккумулятора существенно зависит от его степени заряженности, температуры электролита, но практически не зависит от значения и направления тока в аккумуляторе.
- При контроле работы аккумуляторной батареи с полупроводниковым преобразователем необходимо иметь зависимость внутреннего сопротивления не только от заряженности, но и от ЭДС батареи в процессе заряда или разряда.
Существует аналогия между некоторыми свойствами аккумуляторов и обычных конденсаторов. На этом основывается метод контроля состояния аккумуляторов по значению их электрической ёмкости, cоответствующей определенной степени заряженности или разряженности аккумулятора.
Источник: http://www.blog.e-akb.ru/ekspluatatsiya-akkumulyatornykh-batarej/osnovnye-kharakteristiki/vnutrennee-soprotivlenie-akkumulyatora-i-ego-sostavlyayushchie
Измеритель внутреннего сопротивления аккумулятора
Эксплуатация цифрового фотоаппарата с никель — кадмиевыми и никель — металлогидридными щелочными герметичными цилиндрическими аккумуляторами типоразмера АА подтолкнула меня к осознанию необходимости изготовления устройства для определения внутреннего сопротивления аккумулятора.
В цифровом фотоаппарате аккумулятор работает при достаточно больших токах разряда – 300 – 600 мА. Практикой определено, что автоматика цифровых фотоаппаратов некорректно определяет остаточную ёмкость аккумулятора и выключает фотоаппарат. А аккумуляторы, вынутые из фотоаппарата, ещё приходится разряжать в менее привередливых устройствах: в фонариках, игрушках, плеерах.
Определение внутреннего сопротивления аккумулятора, надеюсь, мне даст возможность определять на практике пригодность конкретного аккумулятора к работе в цифровом фотоаппарате.
Реклама в этом вопросе оказалась плохим подсказчиком, если еще учесть, что электродвижущая сила никель — кадмиевых аккумуляторов равна 1,2 вольта, а электродвижущая сила никель — металлогидридного аккумуляторов равна 1,25 вольта ( по данным Википедии ).
Методологию измерения внутреннего сопротивления аккумуляторов я в основном использовал из документа – Гост Р МЭК 60285-2002 «Аккумуляторы никель — кадмиевыми герметичные цилиндрические».Я использовал сопротивление 12 Ом. Собрал из них и тумблера 2 разрядные цепи. Разрядные токи получились около 100 мА, 300 мА.
Для измерения напряжения на сопротивлениях я использовал мультиметр APPA93N на диапазоне 2 Вольта. Собирал схему из того, что было. Резисторов меньшего сопротивления я не нашел. Корпус я использовал от старого микрокалькулятора. Сопротивление я установил на кусок макетной платы. Опытным путем выяснил, что для оценки качества источников питания лучше увеличить токи разряда.
Схема измерителя внутреннего сопротивления никель — кадмиевых, никель — металлогидридных щелочных герметичных цилиндрических аккумуляторов и щелочных батареек типоразмера АА:
Готовый измеритель внутреннего сопротивления никель — кадмиевых, никель — металлогидридных щелочных герметичных цилиндрических аккумуляторов и щелочных батареек типоразмера АА:
Первое испытание никель — металлогидридными щелочными герметичными цилиндрическими аккумуляторами типоразмера АА фирмы Pleomax ёмкостью 2300 мАч.
Напряжение (U1) на аккумуляторе, нагруженном на резисторе 12 Ом, составило 1,271 Вольта. Используя закон Ома, определяем силу тока в цепи (I1) . Сила тока равна 0,105917 Ампера или 105,917 мА.
Переключаем тумблер. Напряжение (U2) на аккумуляторе, нагруженном на резисторе 4 Ом, составило 1,175 Вольта. Используя закон Ома, определяем силу тока в цепи (I2). Сила тока равна 0,29375 Ампера или 293,75 мА.
Используя формулу для определения внутреннего сопротивления аккумулятора из Госта Р МЭК 60285-2002 «Аккумуляторы никель — кадмиевыми герметичные цилиндрические» ( Uвн=U1-U2/I2-I1), рассчитываем его – 0,511 Ом. Расчеты я автоматизировал.
В процессе работы над измерителем внутреннего сопротивления аккумулятора я узнал, что с 2005 года на рынке появились никель – металл – гидридные аккумуляторы с низким саморазрядом. Эти аккумуляторы продаются как «готовые к использованию» или «предварительно заряженные».
Очень интересной особенностью никель – металл — гидридные аккумуляторов с низким саморазрядом является значительно более низкое внутреннее сопротивление, чем у обычных NiMH аккумуляторов. Еще одной особенностью этих новых аккумуляторов является их более высокая стоимость.
А оценить качество и принадлежность конкретного аккумулятора к заявленному, как «готового к использованию» или «предварительно заряженного », вам поможет мой измеритель внутреннего сопротивления аккумулятора.
Источник: https://USamodelkina.ru/10462-izmeritel-vnutrennego-soprotivleniya-akkumulyatora.html
Как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора
Внутреннее сопротивление предоставляет ценную информацию об аккумуляторе, способную подсказать об окончании его срока службы.
Это особенно актуально для электрохимических систем на основе никеля.
Сопротивление не является единственным индикатором производительности, оно вполне может отличаться на 5-10 процентов у различных партий свинцово-кислотных аккумуляторов, особенно для стационарного использования.
Из-за такого широкого допуска, метод, основанный на сопротивлении, лучше всего работает при сравнении показаний, взятых у конкретного аккумулятора при его сборке с последующими временными периодами. Сервисные бригады уже рекомендуют при установке снимать показания каждого элемента или аккумулятора в целом, чтобы в дальнейшем контролировать процесс их старения.
Существует мнение, что внутреннее сопротивление связано с емкостью, но это неверно. Сопротивление современных свинцово-кислотных и литий-ионных аккумуляторов остается на одном уровне на протяжении большей части срока службы.
Специальные добавки в электролит уменьшили проблему внутренней коррозии, которая и коррелирует с внутренним сопротивлением.
На рисунке 1 показано уменьшение емкости при циклической работе по отношению к внутреннему сопротивлению у литий-ионного аккумулятора.
- Взаимосвязь между емкостью и сопротивлением относительно количества циклов зарядки/разрядки.
- Сопротивление не раскрывает состояние работоспособности аккумулятора и часто остается на одном уровне в процессе его использования и старения.
- Циклические испытания литий-ионных аккумуляторов проводились при С-рейтинге 1С:Зарядка: 1.500мА до 4,2В при 25°С
- Разрядка: 1.500ма до 2,75В при 25°С
Что такое сопротивление?
Прежде чем изучать различные методы измерения внутреннего сопротивления электрических батарей, давайте рассмотрим, что же такое электрическое сопротивление и в чем разница между просто сопротивлением (R) и импедансом (Z).
R является сопротивлением вещества прохождению электрического тока, а Z включает в себя реактивную составляющую, присущую таким устройствам как катушки и конденсаторы. Оба показателя измеряются в омах (Ом), единице измерения, которая названа в честь немецкого физика Георга Симона Ома, который жил с 1798 по 1854 год. (1Ом приводит к падению напряжения на 1В при силе тока 1А).
- Электропроводность также может быть измерена в сименсах (S). Комбинация сопротивления и импеданса известна как реактивное сопротивление. Позвольте объяснить.
- Электрическое сопротивление обычной нагрузки, такой как нагревательный элемент, не имеет реактивной составляющей. Напряжение и ток в нем текут в унисон — не возникает никаких сдвигов в их фазах.
- Электрическое сопротивление, вызванное противодействием материала, через который течет ток, по сути является одним и тем же что для постоянного (DC), что для переменного (AC) токов.
- Коэффициент мощности равен единице, что обеспечивает наиболее точное измерение потребляемой мощности.
Большинство электрических нагрузок все же являются реактивными, и могут включать в себя емкостное (конденсатор) и индуктивное (катушка) сопротивление.
Емкостное сопротивление уменьшается с повышением частоты переменного тока, в то время как индуктивное возрастает.
Аналогией индуктивного сопротивления может служить масляный амортизатор, который становится тугим при быстрых движениях назад и вперед.
У электрической батареи есть и сопротивление, и емкость, и индукция, все эти три параметра объединены в понятии импеданса. Лучше всего импеданс проиллюстрирован на схеме Рэндла (рисунок 2), которая содержит резисторы R1 и R2, а также конденсатор С. Индуктивное сопротивление обычно опускается, так как оно играет незначительную роль в электрических батареях, особенно при низких частотах.
Эквивалентная схема Рэндла для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.
Общее сопротивление батареи состоит из активного сопротивления, а также индуктивного и емкостного. Схема и электрические значения различаются для каждой батареи.
- R1 — эквивалентное последовательное сопротивление
- R2 — сопротивление переноса заряда
- С — двухслойный конденсатор
Попытки измерения внутреннего сопротивления электрической батареи почти так же стары, как и она сама, и с течением времени было разработано несколько методов, которые используются до сих пор.
Метод измерения сопротивления нагрузкой постоянного тока (DC Load)
Омические измерения являются одними из старейших и надежнейших методов испытаний. Их смысл состоит в кратковременном (секунда или немного больше) разряде аккумуляторной батареи.
Ток нагрузки для небольшого аккумулятора составляет 1А или меньше, а для большого, например, стартерного аккумулятора — 50А и более. Вольтметр измеряет напряжение разомкнутой цепи без нагрузки, а затем проводится второе измерение — уже с подключенной нагрузкой.
Далее по закону Ома вычисляется значение сопротивления (разность потенциалов, деленная на силу тока).
Метод измерения нагрузки постоянного тока хорошо работает для больших стационарных аккумуляторных батарей и снимаемые омические показатели являются точными и повторяемыми.
Высококачественные контрольно-измерительные приборы позволяют снимать показания сопротивления в диапазоне от 10мкОм.
Во многих гаражах для измерения сопротивления стартерных аккумуляторов используются тестеры на плёночно-угольных резисторах, благодаря которым опытные автомеханики получают отличный инструмент для оценки необходимого параметра.
Однако этот метод имеет ограничение в том, что он объединяет резисторы R1 и R2 со схемы Рэндла в один резистор и игнорирует конденсатор (смотрите рисунок 3). “С” является компонентом эквивалентной схемы электрической батареи, принимая значение в 1,5 фарада за каждые 100Ач.
По сути, метод измерения нагрузкой постоянного тока видит аккумулятор как резистор и может принять в расчет только активную составляющую электрохимического источника тока. Кроме того, этот метод получит аналогичные показания от хорошего аккумулятора, который заряжен частично, и от слабого, который заряжен полностью.
Определение степени работоспособности и оценка емкости в этом случае не представляются возможными.
Метод измерения нагрузкой постоянного тока. Метод не показывает полного соответствия схеме Рэндла. R1 и R2 работают как одно активное сопротивление.
Существует и альтернативный метод — двухуровневое измерение нагрузкой постоянного тока, когда применяются две последовательные разрядные нагрузки с различной силой тока и продолжительностью.
Сначала аккумулятор разряжается малым током в течение 10 секунд, а затем более высоким в течение трёх (смотрите рисунок 4); после, по закону Ома вычисляется значение сопротивления.
Анализ напряжения при двух различных условиях нагрузки предоставляет дополнительную информацию об аккумуляторе, но полученные значения строго резистивные, и не раскрывают параметры степени работоспособности или емкости. Методы, использующие подключение нагрузки, являются предпочтительными для аккумуляторов, питающих нагрузку с постоянным током.
Двухуровневая нагрузка постоянным током. Данный метод тестирования отвечает стандарту IEC 61951-1:2005 и обеспечивает реалистичные условия испытаний для многих DC (англ. direct current — постоянный ток) применений аккумуляторов.
Метод измерения электрической проводимости переменным током (AC Cunductance)
Измерение электрической проводимости для оценки стартерных аккумуляторов впервые было предложено в 1975 году Кейтом Чамплином, и заключалось в демонстрации линейной корреляции между нагрузочными испытаниями и проводимостью.
При подключении нагрузки переменного тока с частотой около 90Гц, емкостное и индуктивное сопротивление соответствует 70-90Ач свинцово-кислотному аккумулятору, в результате чего возникает незначительная задержка фазы напряжения, которая сводит к минимуму реактивное сопротивление.
(Частота возрастает для меньшего аккумулятора и, соответственно, уменьшается для большего). Измерители электрической проводимости переменным током обычно используются в автомобильных гаражах для измерения пускового тока.
Одночастотный метод (рисунок 5) видит компоненты схемы Рэндла в качестве одного комплексного импеданса, который называется модуль Z.
Метод измерения электрической проводимости переменным током. Отдельные компоненты схемы Рэндла соединяются в один элемент и не могут быть измерены по отдельности.
Еще одним распространенным методом является тестирование с помощью частоты 1000Гц. Такая частота возбуждает аккумулятор и по закону Ома можно вычислить сопротивление. Следует отметить, что методы, использующие переменное напряжение, показывают другие значения в сравнении с методами, основанными на постоянном напряжении при измерении реактивного сопротивления, и оба подхода являются верными.
Например, литий-ионный элемент типоразмера 18650 имеет сопротивление около 36мОм с нагрузкой переменного тока частотой 1000Гц и примерно 110мОм с нагрузкой постоянного тока. Поскольку оба вышеуказанных показания справедливы, но далеки друг от друга, потребитель должен взять во внимание специфику эксплуатации аккумулятора.
Метод, использующий постоянный ток, дает ценные данные в разрезе применения с потребителями постоянного тока, например, нагревательными элементами или лампами накаливания, в то время как 1000Гц метод лучше отражает требования производительности, оптимизированные под питание различных цифровых устройств, таких как ноутбуки или мобильные телефоны, которым, в первую очередь, важны емкостные характеристики аккумуляторов. На рисунке 6 показан 1000Гц метод.
100Гц метод. Данный метод обеспечивает получение значений реактивного сопротивления. Это предпочтительный метод для снятия импеданса аккумуляторов, питающих цифровые устройства.
Электрохимическая импеданс спектроскопия (Electrochemical Impedance Spectrocsopy — EIS)
Научно-исследовательские лаборатории уже много лет используют метод EIS для того, чтобы оценивать характеристики электрических батарей.
Но высокая стоимость оборудования, большая длительность испытаний и потребность в квалифицированных специалистах для расшифровки большого объема данных ограничили применение этой технологии лабораторными условиями.
EIS способна получать значения R1, R2 и C из схемы Рэндла (рисунок 7), однако корреляция этих данных в пусковой ток (ток холодной прокрутки) или оценку емкости требует комплексного моделирования
Источник: https://best-energy.com.ua/support/battery/bu-902
Random converter
- Калькуляторы
- Электротехнические и радиотехнические калькуляторы
Калькулятор внутреннего сопротивления элемента питания батареи или аккумулятора
Калькулятор определяет внутреннее сопротивление батареи по падению напряжения на нагрузочном резисторе с известным сопротивлением, напряжению без нагрузки или протекающему в цепи нагрузки току.
Пример 1: Рассчитайте внутреннее сопротивление литий-полимерного (Li-PO) аккумулятора, если напряжение на нем без нагрузки составляет 3,90 В, а на нагрузочном резисторе сопротивлением 10 ом напряжение равно 3,89 В. Ниже вы найдете еще пять примеров.
Вычислить
Напряжение на батарее без нагрузки
UNL
Внутреннее сопротивление батареи
RI
Сопротивление нагрузки
RL
Падение напряжения на сопротивлении нагрузки
UL
Ток в цепи
I
Поделиться ссылкой на этот калькулятор, включая входные параметры
Для расчета введите значения в любые три поля из пяти и нажмите Рассчитать. Исключение: при вводе только параметров нагрузки RL, UL и I невозможно вычислить параметры батареи UNL и RI, поэтому вычисления не выполняются.
Определения и формулы
Измерение внутреннего сопротивления батареи
Примеры расчетов
Определения и формулы
В соответствии с теоремой Тевенена—Гельмгольца любую линейную цепь с любым количеством источников напряжения (например, шесть аккумуляторов, соединенных последовательно в автомобильной аккумуляторной батарее) можно заменить источником ЭДС (ℰ) или эквивалентным источником напряжения без нагрузки UNL, соединенным последовательно с внутренним сопротивлением RI или импедансом ZI. В результате подачи напряжения UNL на внешнюю нагрузку с сопротивлением RL в ней протекает ток I.
Отдаваемый батарее в нагрузку ток определяется сопротивлением нагрузки и в то же время этот ток ограничивается внутренним сопротивлением батареи. Внутреннее сопротивление батареи состоит из сопротивления электродов (например, пластин), активной массы и электролита.
Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи имеют очень малое внутреннее сопротивление (обычно порядка 0,01 ом) — именно поэтому они могут подавать большой ток, необходимый для запуска двигателя. Внутреннее сопротивление свинцово-кислотных аккумуляторов так мало, потому что в каждом элементе батареи отрицательные и положительные пластины соединены параллельно. Кроме того, расстояние между отрицательными и положительными пластинами очень мало и, следовательно, толщина слоя электролита между ними также очень мала, что приводит к еще большему уменьшению внутреннего сопротивления. Если батарея отдает большой ток, на этом внутреннем сопротивлении рассеивается тепло — и в результате батарея нагревается.
Внутреннее сопротивление батареи можно посчитать, зная ее напряжение без нагрузки UNL (NL — от англ. no load — без нагрузки), напряжение, измеренное на нагрузке UL (L — от англ. load — нагрузка) и сопротивление нагрузки RL. Измеренное напряжение без нагрузки эквивалентно электродвижущей силе (ЭДС) батареи.
Через нагрузочный резистор протекает ток
Падение напряжения на внутреннем сопротивлении:
Внутреннее сопротивление:
Полная формула для определения внутреннего сопротивления:
Внутреннее сопротивление батареи можно также рассчитать по току в сопротивлении нагрузки IL, напряжению батареи без нагрузки UNL и сопротивлению нагрузки RL.
Напряжение на нагрузочном резисторе
Падение напряжения на внутреннем сопротивлении:
Внутреннее сопротивление:
Полная формула для этого метода расчета:
Измерение внутреннего сопротивления батареи
Как мы уже отметили, для определения внутреннего сопротивления нужно иметь три исходные величины:
- напряжение без нагрузки UNL, напряжение, измеренное на нагрузке UL и сопротивление нагрузки RL.
или
- ток в сопротивлении нагрузки IL, напряжение батареи без нагрузки UNL и сопротивление нагрузки RL.
Для правильного определения внутреннего сопротивления необходимо выполнить несколько измерений с разными резисторами. Также следует учесть, что внутреннее сопротивление изменяется при изменении температуры, а также зависит от срока эксплуатации батареи и других факторов. Поэтому ваше измерение представляет собой лишь оценку, а такой вещи, как точное внутреннее сопротивление, не существует в принципе, так как его невозможно измерить точно.
На внутреннее сопротивление батареи влияют несколько факторов, в частности, емкость батареи, электрохимическая реакция, которая в нем происходит, количество элементов, срок эксплуатации батареи, температура и режим (скорость) разряда. Подробнее о батареях и других источниках питания вы можете узнать в наших калькуляторах аккумуляторных батарей и литий-полимерных аккумуляторов для дронов.
Для измерения напряжения на подключенной к батарее нагрузке вольтметр подключают параллельно нагрузке к клеммам батареи. Если сопротивление нагрузки намного меньше внутреннего сопротивления вольтметра, он показывает достаточно точный результат.
Для измерения тока, отдаваемого батареей в нагрузку, амперметр включается в разрыв цепи между нагрузкой и батареей, как показано выше на схеме. Если внутреннее сопротивление амперметра относительно мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, можно считать, что измерение достаточно точное.
Конечно, теоретически и даже практически (например, для марганцево-цинкового элемента) измерить ток короткого замыкания батареи вполне возможно прямым методом, закоротив батарею амперметром. Однако если батарея способна отдать значительный ток, она может перегреться или даже загореться при коротком замыкании. Литий-ионные батареи могут даже взорваться, если замкнуть их клеммы. Поэтому ток почти всегда измеряют, если батарея подключена к нормальной для нее нагрузке.
Для измерения напряжения батареи без нагрузки вольтметр подключают к выводам батареи без подключения нагрузки. Если внутреннее сопротивление вольтметра намного выше внутреннего сопротивления батареи, то можно предположить, что напряжение без нагрузки будет измерено достаточно точно.
Нужно также измерить сопротивление нагрузки, если только не используется прецизионный резистор. Следует помнить, что, если нагрузочный резистор сильно нагреется, его сопротивление увеличится, поэтому измерение тока батареи следует выполнять достаточно быстро.
Когда все измерения выполнены, можно вставить их результаты в наш калькулятор и получить величину внутреннего сопротивления батареи. Конечно, выпускаются измерители внутреннего сопротивления батареи, а также его способны измерять зарядные устройства с расширенными возможностями.
Для полноты картины следует отметить, что любая батарея имеет целый спектр внутренних сопротивлений и для их измерения часто используется сложная схема с питанием от источника переменного тока с частотой, изменяющейся от нескольких герц до нескольких килогерц. Внутреннее сопротивление обычно характеризуют графиками его зависимости от различных факторов.
Примеры расчетов
Пример 2. Батарея с ЭДС ℰ = 14,5 В отдает 25 Вт мощности во внешний нагрузочный резистор. Напряжение на клеммах батареи 11,9 В. Определите внутреннее сопротивление батареи. Подсказка: воспользуйтесь нашим Калькулятором закона Ома для определения тока, текущего через нагрузочный резистор. Затем используйте этот калькулятор для определения внутреннего сопротивления.
Пример 3. Лампа накаливания сопротивлением 4 Ом подключена к батарее, имеющей внутреннее сопротивление 0,15 Ом. Подключенный к клеммам батареи вольтметр показывает 11,5 В. Какова ЭДС ℰ батареи?
Пример 4. Две установленные в фарах грузового автомобиля 55-ваттные галогенные лампы соединены параллельно и подключены к клеммам батареи, имеющей внутреннее сопротивление 0,02 Ом. Напряжение на клеммах батареи при этом 23,6 В. Какова ЭДС ℰ батареи? Подсказка: воспользуйтесь нашим Калькулятором мощности постоянного тока для определения сопротивления горячих ламп. Затем воспользуйтесь нашим Калькулятором параллельных сопротивлений для определения сопротивления двух ламп, включенных параллельно. И, наконец, введите полученные данные в этот калькулятор для определения ЭДС батареи.
Пример 5. Определите ток короткого замыкания 12-вольтовой автомобильной аккумуляторной батареи с ЭДС ℰ = 13,5 В и внутренним сопротивлением 0,04 Ом. Подсказка: 12 В — это номинальное напряжение батареи и в расчетах оно не используется.
Пример 6. Батарея с ЭДС ℰ = 1,5 В закорочена реальным амперметром с внутренним сопротивлением 0,02 Ом, который показывает ток 2,7 А. Определите внутреннее сопротивление батареи и рассеиваемую батареей мощность. Совет: вначале используйте этот калькулятор для определения внутреннего сопротивления батареи, затем воспользуйтесь нашим калькулятором мощности постоянного тока для определения рассеиваемой батареей мощности.
Пример 7. Пульт управления запуском модели ракеты запускает двигатель ракеты путем разогревания нихромового провода воспламенителя. Пульт работает от четырех соединенных последовательно батареек АА напряжением 1,5 В. Каждая батарейка имеет внутреннее сопротивление 200 мОм. Сопротивление двух воспламенителей равно 0,7 Ом и 3 Ом. Определите ток через воспламенитель с сопротивлением 0.7 Ом и воспламенитель сопротивлением 3 Ом. Подсказка: напряжение четырех батареек, соединенных последовательно, равно 1.5 × 4 = 6 V а их общее внутреннее сопротивление равно 200 × 4 = 0.8 Ω.
Электротехнические и радиотехнические калькуляторы
Электроника — область физики и электротехники, изучающая методы конструирования и использования электронной аппаратуры и электронных схем, содержащих активные электронные элементы (диоды, транзисторы и интегральные микросхемы) и пассивные электронные элементы (резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы), а также соединения между ними.
Радиотехника — инженерная дисциплина, изучающая проектирование и изготовление устройств, которые передают и принимают радиоволны в радиочастотной области спектра (от 3 кГц до 300 ГГц), также обрабатывают принимаемые и передаваемые сигналы. Примерами таких устройств являются радио- и телевизионные приемники, мобильные телефоны, маршрутизаторы, радиостанции, кредитные карточки, спутниковые приемники, компьютеры и другое оборудование, которое передает и принимает радиосигналы.
В этой части Конвертера физических единиц TranslatorsCafe.com представлена группа калькуляторов, выполняющих расчеты в различных областях электротехники, радиотехники и электроники.
На этих страницах размещены конвертеры единиц измерения, позволяющие быстро и точно перевести значения из одних единиц в другие, а также из одной системы единиц в другую. Конвертеры пригодятся инженерам, переводчикам и всем, кто работает с разными единицами измерения.
Мы работаем над обеспечением точности конвертеров и калькуляторов TranslatorsCafe.com, однако мы не можем гарантировать, что они не содержат ошибок и неточностей. Вся информация предоставляется «как есть», без каких-либо гарантий. Условия.
Если вы заметили неточность в расчётах или ошибку в тексте, или вам необходим другой конвертер для перевода из одной единицы измерения в другую, которого нет на нашем сайте — напишите нам!
Канал Конвертера единиц TranslatorsCafe.com на YouTube