Wie man den internen Widerstand von Batterien misst: Methoden und Auswirkungen ｜ DE
Der interne Widerstand ist ein entscheidender Parameter bei der Bewertung der Gesundheit einer Batterie. Insbesondere bei nickelbasierten Systemen kann ein hoher interner Widerstand das Ende der Lebensdauer der Batterie signalisieren. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Widerstandsmessung allein nicht der einzige Leistungsindikator ist. Im Fall von Blei-Säure-Batterien können zwischen Chargen, insbesondere bei stationären Einheiten, Variationen von 5-10 Prozent auftreten. Daher ist der effektivste Einsatz der Widerstandsmessung das Verfolgen von Veränderungen innerhalb einer bestimmten Batterie von der Installation bis zur Außerdienststellung.
Interner Widerstand und Batteriegesundheit
Im Gegensatz zu einer verbreiteten Meinung steht der interne Widerstand nicht direkt im Zusammenhang mit der Kapazität einer Batterie. Moderne Blei-Säure- und Lithium-Ionen-Batterien zeigen einen relativ stabilen Widerstand während ihrer Lebensdauer. Verbesserte Elektrolytzusätze haben die innere Korrosion minimiert, auch als parasitäre Reaktionen auf den Elektrolyten und die Elektroden bekannt.
Es ist entscheidend zu verstehen, dass Widerstandsmessungen keine Einblicke in die Gesundheit einer Batterie bieten, da der Widerstand mit der Nutzung und dem Altern oft konstant bleibt.
Verständnis von Impedanz
Bevor wir uns mit den Methoden zur Messung des internen Widerstands befassen, ist es wichtig, zwischen reinem Widerstand (R) und Impedanz (Z) zu unterscheiden. Während R reinen Widerstand repräsentiert, umfasst Z reaktive Elemente wie Spulen und Kondensatoren. Beide werden in Ohm (Ω) gemessen, einer Einheit, die vom deutschen Physiker Georg Simon Ohm eingeführt wurde.
Die meisten elektrischen Lasten haben reaktive Komponenten, einschließlich kapazitiver und induktiver Reaktanz. Batterien, mit Widerstand, Kapazität und Induktanz, werden am besten mit Impedanz beschrieben. Das Randles-Modell, bestehend aus den Widerständen R1 und R2 sowie dem Kondensator C, veranschaulicht die Impedanz in Batterien.
Messmethoden
Es gibt mehrere Methoden zur Messung des internen Widerstands, von denen jede ihre Vor- und Nachteile hat.
DC-Lastmethode
Diese traditionelle Methode beinhaltet eine kurze Entladung der Batterie und die Messung des Spannungsabfalls. Obwohl für große stationäre Batterien genau, hat sie Einschränkungen bei der Unterscheidung zwischen den Komponenten des internen Widerstands. Sie liefert nur ohmsche Referenzen und berücksichtigt keine Ladezustands- oder Kapazitätsschätzungen.
Zweistufige DC-Last
Diese Methode beinhaltet sequenzielle Entladungen mit unterschiedlichen Strömen und Dauern und bietet zusätzliche Informationen über die Batterie. Wie die traditionelle DC-Lastmethode liefert sie jedoch nur resistive Werte.
AC-Leitfähigkeit
Die Leitfähigkeitsmessung, oft für Starterbatterien verwendet, injiziert eine Frequenz, um die Reaktanz zu minimieren. AC-Leitfähigkeitsmessgeräte sind in Werkstätten üblich, um Cold Cranking Amps (CCA) zu messen. Der 1000-Hz-Ohm-Test ist eine andere Variante, die verschiedene Werte im Vergleich zu Gleichstrommethoden liefert und auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten ist.
Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)
Forschungslabore verwenden EIS seit vielen Jahren zur Bewertung von Batterieeigenschaften. Hohe Ausrüstungskosten, lange Testzeiten und die Notwendigkeit geschulter Fachleute, die große Datenmengen entschlüsseln, haben diese Technologie auf Laborumgebungen beschränkt. EIS misst R1, R2 und C-Werte im Randles-Modell. Die Korrelation dieser Daten mit CCA- und Kapazitätsschätzungen erfordert komplexe Modellierung.
R1, R2 und C werden separat gemessen, was Zustands- und Kapazitätsmessungen ermöglicht.
Fazit
Die Auswahl der geeigneten Methode zur Messung des internen Widerstands hängt von der Batterieart und der beabsichtigten Anwendung ab. Während traditionelle Methoden wie die DC-Last zuverlässig bleiben, bieten neuere Techniken wie EIS detailliertere Einblicke, wenn auch zu höheren Kosten.
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