Как замерить внутреннее сопротивление li ion аккумулятора

Как измерить внутреннее сопротивление литиевого аккумулятора

Внутреннее сопротивление – один из наиболее значимых параметров, от которого напрямую зависят другие характеристики литиевого аккумулятора. Пользуясь определенными методиками, можно легко вычислить действительное значение этого показателя.

Одним из наиболее важных параметров, характеризующих любые химические источники питания, в том числе и литиевые аккумуляторы, является внутреннее сопротивление. От этого параметра напрямую зависят такие характеристики источника питания, как напряжение на выходе под нагрузкой, максимальный выходной ток и коэффициент полезного действия (КПД). На рисунке 1 представлена условная схема аккумуляторной батареи с подключенной нагрузкой.

Рис. 1. Условная схема аккумуляторной батареи с подключенной нагрузкой

Внутреннее устройство аккумуляторной батареи можно представить как идеальный источник ЭДС (электродвижущей силы) с нулевым внутренним сопротивлением и последовательно соединенным с ним резистором (на рисунке 1 он обозначен как R_вн). Нагрузка аккумуляторной батареи представлена на схеме сопротивлением R_н. Очевидно, что напряжение на ней (V_н) будет меньше выходного напряжения аккумуляторной батареи на холостом ходу (V_и) за счет падения напряжения на внутреннем сопротивлении. И чем больше ток нагрузки, тем заметнее эта разница. Соответственно, КПД данного источника питания, который можно определить отношением V_н к V_и, будет менее 100%, а теоретический максимум выходного тока можно получить, поделив V_и на R_вн.

Разумеется, приведенная здесь условная схема отражает реальное положение дел лишь в первом приближении. Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи не является постоянной величиной, ее значение на практике зависит от множества факторов, таких как степень заряженности источника тока, температура окружающей среды, характер нагрузки и так далее. Кроме того, внутреннее сопротивление химического источника напряжения может иметь, кроме активной, еще и реактивную составляющую. То есть в общем случае нужно вести речь уже о комплексном сопротивлении (импедансе), которое будет зависеть еще и от частоты потребляемого тока. Поэтому, чтобы получить действительные значения данного параметра, необходимо проводить измерения в реальных условиях эксплуатации с использованием рабочей нагрузки и в соответствии с методиками, изложенными в нормативных документах.

Методика измерения внутреннего сопротивления литиевых аккумуляторов приведена в ГОСТ Р МЭК 61960-3-2019. В этом документе изложен порядок проведения испытаний для измерения данного параметра двумя методами: на постоянном и переменном токах. При этом в случае проведения испытаний по обеим методикам на одной и той же батарее следует придерживаться определенного порядка: сначала надо провести измерения на переменном токе, а лишь затем – на постоянном. В промежутке между проведением этих измерений не требуется перезаряжать аккумулятор, но перед началом любых тестов необходимо сначала разрядить, а затем полностью зарядить батарею, как рекомендовано в том же документе. В соответствии с этой методикой, батарея должна разряжаться постоянным током определенной величины при температуре 20 ±5°C до установленного конечного напряжения, при котором считается, что аккумулятор полностью разряжен.

Величина тока разряда равняется 0,2 от значения базового тока I_t, где I_t в амперах численно равен номинальной емкости аккумулятора в А⋅ч. Последующая зарядка должна производиться по методике, заявленной производителем при той же температуре окружающей среды (20 ±5°C). После этого, в соответствии с общим планом подготовки к проведению испытаний, батарея должна быть выдержана при температуре окружающей среды 20 ±5°C не менее одного часа, но не более четырех.

Для определения внутреннего сопротивление аккумулятора на переменном токе проводят измерения среднеквадратичного значения напряжения U_a непосредственно на выводах батареи при подаче на нее переменного тока I_a частотой 1,0 ±0,1 кГц в течение 1…5 с. Схема проведения измерений на переменном токе представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема проведения измерений внутреннего сопротивления аккумулятора на переменном токе

Величину тока I_a подбирают таким образом, чтобы пиковое значение переменного напряжения U_a на выводах аккумулятора не превышало 20 мВ. Внутренне сопротивление батареи вычисляют по закону Ома, поделив среднеквадратичное значение напряжения U_a на среднеквадратичную величину тока I_a. Этот метод фактически измеряет импеданс, который имеет емкостной характер за счет того, что аккумулятор состоит из набора пластин, фактически представляющих собой конденсатор.

Для проведения измерений внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи на постоянном токе применяют схему испытаний, представленную на рисунке 3.

Рис. 3. Схема проведения измерений внутреннего сопротивления аккумулятора на постоянном токе

В соответствии с методикой измерений батарея должна разряжаться постоянным током величиной 0,2 от базового (I_t). В конце периода разряда длительностью 10 ±0,1 с необходимо измерить и зарегистрировать напряжение разряда U₁ под нагрузкой. Затем ток разряда должен быть немедленно увеличен до значения 1,0 от I_t, и в конце периода разряда длительностью 1 ±0,1 с должно быть зарегистрировано соответствующее разрядное напряжение U₂, измеренное под нагрузкой.

Все измерения напряжений следует производить непосредственно на выводах аккумуляторной батареи, независимо от контактов, используемых для передачи тока. Внутреннее сопротивление на постоянном токе вычисляется как разница напряжений, поделенная на разность токов (формула 1):

Инженерами Компэл было произведено измерение сопротивления нескольких АКБ различных брендов. Наилучшее значение внутреннего сопротивления показали аккумуляторы INR18650/25P производства компании EVE, которые доступны со склада КОМПЭЛ.

Как проверить аккумулятор 18650 мультиметром

Некоторые аккумуляторы внешне очень похожи на обычные батарейки, но отличаются от них тем, что могут заряжаться, тогда как батарейку просто приходится менять. Одним из таких элементов является пользующаяся популярностью литий-ионная аккумуляторная батарея 18650, использующаяся в многих устройствах в качестве источника питания. Сегодня поговорим о том, как проверить аккумулятор 18650 мультиметром.

1 О чем говорит маркировка батареи?
2 Как проверить 18650 мультиметром?
- 2.1 Меряем напряжение
- 2.2 Меряем емкость
- 2.3 Меряем внутреннее сопротивление
- 2.4 Меряем ток утечки
- 2.5 Вопрос — ответ
О чем говорит маркировка батареи?

Цифровая маркировка – это «паспорт» аккумулятора:
- первые две цифры «18» дают представление о размере диаметра элемента;
- вторые две «65» — его длина в мм;
- последний «0» определяют форму – цилиндрическая.
Одиночные элементы такого типа используются в таких устройствах как лазеры и небольшие фонарики.

Из батарей этого типа собирают аккумуляторные блоки для шуруповертов, ноутбуков и даже такой крупногабаритной техники как электрокары.

В целом АКБ 18650 оцениваются как весьма мощные и полезные элементы. Но со временем любой аккумулятор теряет первоначальные характеристики, хуже заряжается, срок работы от зарядки до зарядки питаемого им устройства сокращается.

Узнать характеристики батареи можно самостоятельно.

Как проверить 18650 мультиметром?

Важными характеристиками аккумуляторных батарей, которые доступны к самостоятельной проверке, являются:
- напряжение;
- емкость;
- внутреннее сопротивление;
- ток утечки.
Для проверки всех этих параметров понадобится всего один небольшой и недорогой прибор – мультиметр.

Меряем напряжение

Напряжение. Егопроверяют следующим образом:
1. Прибор переводят в режим измерения напряжения.
2. Устанавливают диапазон измерения 20V.
3. Наконечниками щупов касаются выводов питания аккумулятора.
4. Через несколько секунд величина напряжения отобразится на дисплее прибора.
Если измерение не получилось, пробуйте еще раз – возможно, при касании к выводам питания контакт оного или обоих щупов просто был плохим.

В случае, когда на дисплее отображаются цифры со знаком «минус», не стоит пугаться. Просто во время измерения произошла «переполюсовка». Нужно просто поменять местами расположение щупов у контактов батареи. Такая ошибка при измерении не является критичной. Но лучше такой путаницы избегать, поскольку ошибка может отразиться на нормальном функционировании прибора.

Зная напряжение, можно судить о степени заряженности аккумулятора.

Меряем емкость

Емкость. Номинальная емкость батареи обозначается на корпусе набором цифр и буквами. Измеряется она в Ампер-часах и выглядит как Ah.

В настоящее время существует множество универсальных зарядных устройств для аккумуляторных батарей, снабженных функцией определения емкости. Но сделать это и с помощью того же мультиметра.

Для этого нужно:
1. Зарядить аккумулятор 18650 до 100%.
2. Подключить к нему нагрузку с известным расходом тока.
3. Засечь время.
4. Одновременно мультиметр в режиме измерения напряжения с установленным диапазоном 20В подключают к полюсам батареи. Это позволит отслеживать уровень падения напряжения под нагрузкой.
5. Установив время разрядки аккумулятора, определяют его емкость путем умножения тока (расходуемого нагрузкой) на время действия нагрузки до полной разрядки батареи.
Таким образом можно определить, соответствует ли действительности заявленная производителем емкость (в случае проверки достаточного нового аккумулятора).

Меряем внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление. Здесь придется сделать пару замеров напряжения и произвести несложные вычисления:
1. Батарею нужно нагрузить. Для этого к ней присоединяют электромотор, лампочку или другое доступное оборудование.
2. Нагрузка должна быть задействована в течение двух-трех секунд.
3. В это время производят замер напряжения (U1).
4. Далее нагрузка должна быть отключена и сделана пауза так же в пару секунд.
5. После этого напряжение (U2) на полюсах батареи замеряют еще раз.
6. Производится расчет сопротивления: нужно найти разность между U1 и U2, а затем разделить результат на декларируемое производителем батареи напряжение и умножить на 100 (для перевода в проценты).
Если полученное значение составит менее 0,4% — внутреннее сопротивление не превышает допустимых пределов. Если результат расчетов превысит эту цифру – аккумулятор непригоден к дальнейшему использованию.

Меряем ток утечки

Ток утечки. С этим явлением потребители практически не сталкиваются. Для батареи это опасный и крайне нежелательный фактор, но его самостоятельно определяют редко, хотя при наличии реостата это возможно сделать и с помощью мультиметра.

Таким образом, имея в руках мультиметр, можно в любое время проверить практически любой аккумулятор на соответствие указанным производителем характеристик. Но что важнее – есть возможность вовремя определить необходимость его замены, пока питаемое им устройство не перестало работать в самый неподходящий момент.

Какое внутреннее сопротивление аккумулятора 18650? Как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора 18650

Внутреннее сопротивление литий-ионного аккумулятора 18650? Как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора 18650? Точный расчет литий-ионной батареи 18650 довольно сложен, и он будет постоянно меняться во время использования батареи. Согласно соответствующему опыту, чем больше объем литий-ионной батареи, тем больше внутреннее сопротивление; наоборот. Внутреннее сопротивление 18650 обычно находится в пределах 20-65 мА, и мультиметром можно измерить только напряжение.

Внутреннее сопротивление литий-ионного аккумулятора 18650? Что касается литий-ионных аккумуляторов, внутреннее сопротивление аккумулятора представляет собой омическое внутреннее сопротивление и внутреннее поляризационное сопротивление. Омическое сопротивление состоит из материала электрода, электролита, сопротивления диафрагмы и контактного сопротивления каждой части. Поляризованное внутреннее сопротивление относится к сопротивлению, вызванному поляризацией при электрохимических реакциях, в том числе электрохимически и электродных, и к сопротивлению, вызванному концентрационной поляризацией.

Литий-ионный аккумулятор Power 18650 Поскольку ток разряда обычно велик, внутренний блок небольшой, например, мощность Samsung 18650-2200-5C, внутреннее сопротивление составляет менее 35 мОм. Обычные 18650, такие как Samsung 18650, внутреннее сопротивление, как правило, менее 80 мОм, на самом деле менее 65 мОм. В настоящее время внутреннее сопротивление литий-ионных аккумуляторов 18650 составляет около 12 мОм, а обычно около 13-15 мОм; из-за импеданса влияет на производительность батареи, 50 миллио это нормально, 50-100 можно использовать, но производительность начинает затухать, и больше 100 используется параллельно, больше 200 использовать нельзя.

Литий-ионный аккумулятор 18650 слишком длинный, внутреннее сопротивление литий-ионного аккумулятора увеличивается, а выходное напряжение снижается. Внутреннее сопротивление, статическое внутреннее сопротивление и работа литий-ионного аккумулятора часто различаются. В разных средах температура различается в разных средах.

Внутреннее сопротивление аккумулятора 18650 Как измерить? Литий-ионный аккумулятор 18650 Для измерения емкости и внутреннего сопротивления используется специальный тестер внутреннего сопротивления, внутреннее сопротивление 18650 обычно составляет от 20 до 65 мОм, а для измерения напряжения используется мультиметр. ● Метод измерения внутреннего сопротивления при снижении давления переменного тока Поскольку литий-ионный аккумулятор 18650 фактически эквивалентен активному сопротивлению, мы применяем фиксированную частоту и фиксированный ток к литий-ионному аккумулятору (в настоящее время используется частота 1 кГц, малый ток 50 мА), а затем его измеряется напряжение, а значение внутреннего сопротивления литий-ионной батареи рассчитывается с помощью ряда процессов, таких как выпрямление и фильтрация. Время измерения литий-ионного аккумулятора методом внутреннего сопротивления при падении давления переменного тока очень короткое, обычно около 100 миллисекунд.

Эта точность этого метода измерения также хороша, а погрешность измерения обычно составляет от 1% до 2%. Согласно физической формуле R = U / I, тестовое устройство позволяет литий-ионному аккумулятору заставить литий-ионный аккумулятор пропускать большой постоянный ток (в настоящее время используется большой ток от 40 до 80 А), измерить это в коротком период времени (в настоящее время от 40А до 80А). Напряжение на обоих концах литий-ионного аккумулятора и вычисляет текущее внутреннее сопротивление литий-ионного аккумулятора в соответствии с формулой.

Точность этого метода измерения высока и контролируется, а погрешность измерения может контролироваться в пределах 0,1%. Выше приведено введение внутреннего сопротивления литий-ионного аккумулятора 18650.

Сопротивление представляет собой работающую литий-ионную батарею, и ток протекает через внутреннее сопротивление батареи. В конструкции конструкции батареи, в дополнение к клепке и сварке самой конструкции батареи, количество, размер, расположение и т.п. напрямую влияют на внутреннее сопротивление батареи.

Как проверить работоспособность аккумулятора мультиметром?

Мультиметр – удобный многофункциональный прибор, с помощью которого легко проверить работоспособность аккумулятора. Этот компактный прибор объединяет функции вольтметра, амперметра и омметра. Соответственно, он позволяет с высокой точностью измерить напряжение элементов питания. Кроме того, с его помощью можно определить уровень заряда аккумулятора, его емкость, внутреннее сопротивление и работоспособность в целом.

Измерение напряжения

Чтобы проверить работоспособность литий-ионного аккумулятора или накопителя энергии с другим химическим составом, нужно определить его напряжение. Для этого переводим мультиметр в режим DC. В зависимости от номинального напряжения АКБ, выбираем подходящий режим по вольтажу. Например, если номинальное значение в пределах 20 В, устанавливаем переключатель в позицию 20 В.
- черный щуп мультиметра подсоединяем к» –» клемме, а красный – к» +»;
- отслеживаем на дисплее напряжение постоянного тока;
- сопоставляем измеренное значение с номинальным.
Каким должно быть напряжение конкретной модели АКБ, можно посмотреть в документации или рассчитать самостоятельно. Например, Li-ion аккумуляторы имеют номинальное напряжение 3,6 или 3,7 В и диапазон рабочих величин (от разряженного состояния до заряженного) – от 2,5 до 4,2 В. При последовательном соединении элементов их вольтаж суммируется.

В таблице представлены значения напряжения для разных вариантов Li-ion батарей, в зависимости от количества последовательно соединенных «банок »:

Схема сборки Li-ion батареи

Номинальное U, В

Минимальное U (разряженное состояние), В

Максимальное U (полный заряд), В

У аккумуляторов типа LiFePO4 номинальное напряжение составляет 3,2 В на ячейку, а диапазон рабочих величин – от 2,1 до 3,65 В. В таблице приведены значения вольтажа (минимум /номинал/максимум) для литий-железо-фосфатных АКБ в разных версиях сборки:

Схема сборки LiFePO4 батареи

Номинальное U, В

Минимальное U (разряженное состояние), В

Максимальное U (полный заряд), В

Определение уровня заряда АКБ

Рассмотрим, как проверить зарядку аккумулятора с помощью мультиметра. Определить уровень заряженности батареи можно по измеренной величине напряжения. Если измеренный вольтаж близок к максимальному значению для данной АКБ, она заряжена и готова к использованию. Если же он близок к минимальной границе, батарею необходимо зарядить. Если напряжение критически низкое, АКБ непригодна для эксплуатации, подлежит утилизации и замене.

В таблице приведены ориентировочные значения вольтажа АКБ разных типов (в вольтах) в зависимости от уровня заряда:

Уровень заряда

Li-ion батарея 5S

Li-ion со схемой 10S

LiFePO4 батарея 7S

LiFePO4 со схемой 15S

Измерение емкости

Мультиметр может служить тестером для определения емкости АКБ. Для этого производится контрольный разряд предварительно заряженной батареи. Вначале по максимуму заряжаем АКБ и измеряем ее напряжение. Затем подключаем к ней нагрузку известной мощности, к примеру, лампу на 24 Вт. Засекаем время и периодически замеряем вольтаж АКБ.

Для этого подключаем к полюсам батареи мультиметр в режиме DC и устанавливаем переключатель в позицию 20 В. Отслеживаем снижение напряжения под нагрузкой. Когда его значение достигнет допустимого минимума (для литий-ионных АКБ – 2,5 В на ячейку, для LiFePO4 – 2,1 В на ячейку), отключаем батарею от нагрузки.

Для расчета емкости батареи (в ампер-часах) умножаем мощность подключенной нагрузки (в ваттах) на время работы (в часах) и делим на номинальное напряжение (в вольтах). Например, если батарея номинальным вольтажом 18 В под нагрузкой 24 Вт разряжалась 2 часа получаем: (24 Вт х 2 ч)/18 В = 2,67 А·ч. По полученному значению емкости легко рассчитать время работы АКБ при ее подключении к нагрузке другой мощности.

О чем говорит емкость АКБ?

Если значение емкости, рассчитанное при контрольном цикле заряд-разряд, примерно соответствует номинальной величине, батарея исправна и работоспособна. В среднем Li-ion элементы форм-фактора 18650 имеют емкость от 1500 до 3600 мА·ч, а ячейки размера 21700 – от 3000 до 5000 мА·ч.

Если рассчитанная емкость намного ниже номинального значения, это говорит об износе, неисправности аккумуляторов и критическом падении их технических характеристик. В среднем емкость литиевых АКБ снижается на 20% после выработки 700–1000 циклов заряд-разряд, а у моделей технологии LiFePO4 – после 2000 циклов. Затем накапливаемый объем энергии постепенно снижается, и время автономной работы АКБ уменьшается. Но элементы питания могут выйти из строя до исчерпания циклического ресурса, например, если будут долго храниться в разряженном состоянии.

Замер внутреннего сопротивления

Для определения внутреннего сопротивления ячеек необходимо:
1. Подключить к батарее лампочку, электродвигатель, электроинструмент или другую нагрузку на 5–10 секунд.
2. Измерить мультиметром напряжение на клеммах. Записать его значение.
3. Отключить нагрузку.
4. Снова измерить напряжение на полюсах АКБ. Записать его значение.
5. От первого измеренного значения вольтажа вычесть второе. При токе нагрузки в 100 А допустимая потеря напряжения составляет 1 В, при токе 5 А – порядка 0,05 В. Больший разброс между измеренными значениями свидетельствует об износе АКБ.
6. Полученное число разделить на номинальный вольтаж батареи. Для перевода в проценты умножить на 100. При величине до 0,4% внутреннее сопротивление считается допустимым, а аккумуляторы – рабочими. При больших значениях использовать источники питания опасно.
На что влияет внутреннее сопротивление?

От этого параметра зависит склонность элементов питания к нагреву при токовых нагрузках. При высоких значениях внутреннего сопротивления прохождение тока затрудняется, происходит нагрев элементов и еще больше снижается токоотдача. При использовании в мощном оборудовании из-за перегрева срабатывает плата защиты и происходит отключение АКБ от нагрузки. Поэтому при выборе элементов питания необходимо сопоставлять их внутреннее сопротивление и мощность подключаемого электрооборудования.

Например, для использования в электронных сигаретах, шуруповертах и электротранспорте нужны АКБ с низким сопротивлением. Из-за хорошей токоотдачи их называют высокотоковыми. Например, у аккумуляторов 18650 Samsung с рабочими токами 15 А внутреннее сопротивление находится в диапазоне 12–15 мОм. Это низкие значения, характерные для высокотоковых элементов. Средними считаются показатели 35–42 мОм. Они рассчитаны на меньшие токовые нагрузки.

От чего зависит R_вн?

Внутреннее сопротивление элементов питания зависит от их химического состава, уровня заряженности, нагрузки, температуры и особенно увеличивается при использовании на морозе. В таких условиях химические процессы протекают медленнее, особенно у Li-ion и Li-Pol элементов. Модели типа LiFePO4 и LTO более адаптированы для работы при низких температурах, т.к. у них внутреннее сопротивление увеличивается незначительно.

Выводы

В вопросе, как правильно проверить аккумулятор мультиметром, все начинается с измерения напряжения. Если его значение не упало ниже допустимого минимума, это хорошо. Иначе аккумулятор негоден. По величине измеренного напряжения определяется ориентировочный уровень заряда АКБ.

Дальнейшая проверка «живого » аккумулятора производится после его полной зарядки. Засекается время, и АКБ разряжается под действием нагрузки известной мощности. Зная значения мощности нагрузки, времени разряда и номинального напряжения, можем рассчитать емкость аккумулятора. От нее зависит время автономной работы оборудования и, например, дальность пробега электротранспорта на 1 заряде.

Далее измеряем внутреннее сопротивление ячеек. На несколько секунд подключаем нагрузку и замеряем напряжение на клеммах АКБ. Следующий замер делаем после отключения нагрузки. Сопоставляем полученную разницу с допустимыми значениями. Если сопротивление в пределах 30 мОм, такие элементы питания подходят для использования при высоких токовых нагрузках.

Эти простые способы позволяют проверить работоспособность элементов питания и их технические характеристики.
Похожие публикации: