Stanovení vnitřního odporu baterie: přístupy a metody
Jedním z nejdůležitějších parametrů charakterizujících jakýkoli chemický zdroj energie, včetně lithiových baterií, je vnitřní odpor. Na tomto parametru přímo závisí vlastnosti zdroje energie, jako je výstupní napětí při zatížení, maximální výstupní proud a koeficient výkonu (účinnost). Obrázek 1 ukazuje schematický diagram baterie s připojenou zátěží.
Rýže. 1. Schematické schéma baterie s připojenou zátěží
Vnitřní strukturu baterie si lze představit jako ideální zdroj EMF (elektromotorické síly) s nulovým vnitřním odporem a sériově s ním zapojeným rezistorem (na obrázku 1 je označen jako Rext). Zatížení baterie je v diagramu znázorněno odporem Rн. Je zřejmé, že napětí na něm (Vн) bude nižší než výstupní napětí baterie při nečinnosti (Vи) v důsledku poklesu napětí na vnitřním odporu. A čím vyšší je zatěžovací proud, tím je tento rozdíl znatelnější. Podle toho je účinnost daného zdroje energie, kterou lze určit poměrem Vн k Vи, bude menší než 100 % a teoretický maximální výstupní proud lze získat dělením Vи na Rext.
Zde uvedený podmíněný diagram samozřejmě odráží skutečný stav věcí pouze jako první přiblížení. Vnitřní odpor baterie není konstantní hodnota, jeho hodnota v praxi závisí na mnoha faktorech, jako je stupeň nabití zdroje proudu, okolní teplota, charakter zátěže a podobně. Navíc vnitřní odpor chemického zdroje napětí může mít kromě aktivní složky i složku jalovou. To znamená, že v obecném případě musíme mluvit o komplexním odporu (impedanci), který bude také záviset na frekvenci spotřebovaného proudu. Proto, aby bylo možné získat skutečné hodnoty tohoto parametru, je nutné provádět měření za reálných provozních podmínek s použitím pracovního zatížení a v souladu s metodami stanovenými v regulačních dokumentech.
Metoda měření vnitřního odporu lithiových baterií je uvedena v GOST R IEC 61960-3-2019. Tento dokument popisuje zkušební postup pro měření tohoto parametru pomocí dvou metod: stejnosměrného proudu a střídavého proudu. Navíc v případě testování pomocí obou metod na stejné baterii by mělo být dodrženo určité pořadí: nejprve je třeba provést měření na střídavém a teprve potom na stejnosměrném proudu. Mezi těmito měřeními není třeba baterii dobíjet, ale před zahájením jakýchkoli testů byste měli baterii nejprve vybít a poté plně nabít, jak je doporučeno ve stejném dokumentu. V souladu s touto technikou musí být baterie vybíjena konstantním proudem určité hodnoty při teplotě 20 ± 5 °C na stanovené konečné napětí, při kterém se baterie považuje za zcela vybitou.
Hodnota vybíjecího proudu je 0,2 hodnoty základního proudu It, kde jsemt v ampérech se číselně rovná jmenovité kapacitě baterie v Ah. Následné nabíjení musí být provedeno podle metody deklarované výrobcem při stejné okolní teplotě (20 ± 5 °C). Poté, v souladu s obecným plánem přípravy zkoušky, musí být baterie udržována při okolní teplotě 20 ± 5 °C po dobu alespoň jedné hodiny, ale ne déle než čtyři.
Chcete-li určit vnitřní odpor střídavého akumulátoru, změřte střední kvadratické napětí Ua přímo na svorky baterie, když je na ni aplikován střídavý proud Ia frekvence 1,0 ±0,1 kHz po dobu 1. 5 s. Schéma provádění měření střídavého proudu je znázorněno na obrázku 2.
Rýže. 2. Schéma měření vnitřního odporu střídavého akumulátoru
Aktuální hodnota Ia zvolena tak, aby špičková hodnota střídavého napětí Ua na svorkách baterie nepřesáhlo 20 mV. Vnitřní odpor baterie se vypočítá pomocí Ohmova zákona vydělením střední kvadratické hodnoty napětí Ua na efektivní hodnotu proudu Ia. Tato metoda ve skutečnosti měří impedanci, která je kapacitní povahy kvůli skutečnosti, že baterie je tvořena řadou desek, které jsou ve skutečnosti kondenzátorem.
K měření vnitřního odporu stejnosměrné baterie použijte testovací obvod znázorněný na obrázku 3.
Rýže. 3. Schéma měření vnitřního odporu baterie při stejnosměrném proudu
V souladu s metodikou měření je nutné baterii vybíjet konstantním proudem 0,2 od základního (It). Na konci vybíjecí periody 10 ±0,1 s se musí změřit a zaznamenat vybíjecí napětí U1 pod zátěží. Vybíjecí proud by měl být poté okamžitě zvýšen na 1,0 Ita na konci doby vybíjení trvající 1 ±0,1 s je třeba zaznamenat odpovídající vybíjecí napětí U2, měřeno při zátěži.
Všechna měření napětí by měla být prováděna přímo na svorkách baterie, bez ohledu na kontakty používané k přenosu proudu. Vnitřní odpor při stejnosměrném proudu se vypočítá jako rozdíl napětí dělený rozdílem proudu (vzorec 1):
Inženýři společnosti Compel měřili odpor několika baterií různých značek. Nejlepší hodnotu vnitřního odporu vykazovaly baterie INR 18650/25P firemní produkce EVE, které jsou dostupné ze skladu PŘINUTIT.