Měření vnitřního odporu baterií metodou DIY / Habr

Před několika lety jsem koupil baterii pro starý Dell Inspiron N5050 a nejprve mi baterie dorazila vadná. Prodejce poslal náhradní a já jsem tuto baterii rozebral na články a pravidelně je používal ve svých řemeslech. Články měly perfektní kapacitu, ale poslední rok byly prostě v akumulačním režimu (vybité na 3.6V).

Opět jsem při úklidu ve skříni narazil na tyto cely. Ze zvědavosti jsem se rozhodl otestovat jejich vnitřní odpor. Mám nabíječku LiitoKala Lii-500, která tvrdí, že měří vnitřní odpor, ale soudě podle recenzí měří nespolehlivě (různé hodnoty odporu, pokud vložíte stejný článek do různých slotů nabíječky).

Nemám „správný“ měřič vnitřního odporu, jako je YR1030, YR1035, RC3563 a podobně, a nechci utrácet peníze za nákup jednoho na jednorázovou kontrolu. Rozhodl jsem se něco sestavit vlastníma rukama a zároveň nastudovat, jak tato zařízení fungují.

Některé teorie

Ekvivalentní obvod zdroje chemického proudu lze znázornit takto:

V komentářích (1 a 2) upozorňovali na mé chyby v diagramu – zpočátku se v něm ztratil samotný zdroj EMF a poté byl nesprávně zobrazen symbol zdroje EMF.

Odpory R1 a R2 určují maximální proud, který může baterie dodat zátěži.

Pokud má proud spotřebiče pouze aktivní složku (topidla, žárovky atd.), pak se vnitřní odpor skládá z R1+R2 a lze jej měřit stejnosměrným proudem.

V případě přítomnosti jalové složky (pulsní proud v DC-DC měničích, digitálních mikroobvodech atd.) přichází ke slovu kapacita C1, která odvádí R2 a výsledný odpor se zmenšuje.

Před měřením je důležité plně nabít baterie, protože ve vybitém stavu se zvyšuje vnitřní odpor.

Měření stejnosměrného vnitřního odporu

Budete potřebovat dva odpory, jejichž odpory se liší 5krát. Podle metodiky z GOST R IEC 61960-3-2019 by měly být konkrétní hodnoty vybrány na základě kapacity baterie tak, aby počáteční proud byl 0.2 C (například pro baterii 2000 mAh by měl být R2 10 Ohm a R1 – 2 Ohm). Použil jsem domácí elektronickou zátěž, na které jsem nastavil požadovaný proud.

Schéma měření vypadá takto

Testované články jsou označeny SANYO NCR18650BF a soudě podle naměřených hodnot kapacity Lii-500 mohou být zcela originální. V tomto případě aktuální I₁ by měl být 0.68A a I₂ – 3.4A. V každém případě je nutné změřit napětí (U₁ a U₂) přímo na svorky baterie. Dále jednoduchý výpočet vnitřního odporu pomocí vzorce

Výsledky měření všech 6 článků se ukázaly jako těsné a pohybují se v rozmezí 84 – 88 mOhm.

Měření vnitřního odporu na střídavý proud

Specializované přístroje pro měření vnitřního odporu metodou střídavého proudu generují malé střídavé napětí o frekvenci 1 kHz, které způsobí střídavý proud a odpovídající úbytek napětí na vnitřním odporu baterie nebo jiného chemického zdroje proudu. Tento přístup umožňuje měřit vnitřní odpor nejen proudových zdrojů, ale i klasických rezistorů (např. nízkoodporové bočníky nelze měřit klasickým multimetrem).

V důsledku toho se zrodilo následující schéma

Jako zdroj sinusové vlny jsem použil Uni-T UTG932a a obvod se ukázal jako maximálně jednoduchý. Pro ty, kteří si chtějí moje měření zopakovat a ještě nemají po ruce generátor signálu, si můžete buď koupit jednoduchý na tržištích (klíčová slova XR2206, ICL8038) nebo si sestavit něco vlastního.

Z generátoru je na vstup J1 přiveden sinusový signál o frekvenci 1 kHz. Signál generátoru byl posunut o 50 % sinusového kmitu, takže se napětí měnilo od nuly do dané hodnoty.

Potenciometr RV1 umožňuje nastavit maximální proud protékající baterií. Pro měření jsem použil TrueRMS multimetry ZT102 a ZT301, které umožňují měřit efektivní napětí a proud při frekvenci 1 kHz.

Při měření jsem zvolil proud tak, aby bylo střídavé napětí U_ac na baterii bylo 15mV. Dále jsem zaznamenal aktuální I_ac na ampérmetru a pomocí vzorce vypočítal vnitřní odpor

Celkový

Vnitřní odpor měřený střídavým proudem je 2.5krát menší než odpor měřený stejnosměrným proudem. Rozpětí hodnot odporu mezi různými buňkami je minimální.

Datasheet pro SANYO NCR18650BF neuvádí hodnotu vnitřního odporu. Test těchto článků je k dispozici na lygte-info.dk, ale vnitřní odpor tam byl 170mΩ (škoda, že není uvedeno, jak byla tato hodnota získána). NCR18650B, který je předchůdcem NCR18650BF, má vnitřní odpor menší než 100 mΩ.

• vnitřní odpor
• akumulátory
• chemické zdroje proudu
• Měření

• Obvody
• DIY nebo Udělej si sám
• Elektronika pro začátečníky