Hur man Mäter Intern Motstånd i Batterier: Metoder och Konsekvenser | SE
Det interna motståndet ger värdefull information om en batteris hälsa, särskilt när en hög avläsning tyder på slutet av dess livslängd, särskilt i nickelbaserade system. Det är dock viktigt att notera att mätningen av motstånd inte är det enda prestandaindikatorn. För bly-syra-system kan motståndet variera med 5–10 % mellan olika satser, särskilt med stationära enheter. På grund av denna breda tolerans fungerar motståndsmetoden bäst när man jämför avläsningarna av en given batteri från början till pensionering. Serviceteam ombeds ta en ögonblicksbild av varje cell eller monoblock vid installationen och sedan mäta de subtila förändringarna när cellerna åldras.
Det finns en uppfattning om att det interna motståndet är relaterat till kapacitet, men detta är falskt. Motståndet hos moderna bly-syra- och litiumjonbatterier förblir relativt konstant under större delen av sin livslängd. Bättre elektrolyt-tillsatser har minskat problemen med intern korrosion som påverkar motståndet. Denna korrosion kallas också parasitära reaktioner på elektrolyten och elektroderna.
Motstånd avslöjar inte batteriets hälsotillstånd och förblir ofta konstant med användning och åldrande.
Cykeltest på Litiumjonbatterier vid 1C:
Laddning: 1 500 mA till 4,2 V, 25°C Urladdning: 1 500 till 2,75 V, 25°C
Vad är Impedans?
Innan vi utforskar olika metoder för att mäta det interna motståndet i ett batteri, låt oss undersöka vad elektriskt motstånd betyder och förstå skillnaden mellan ren resistans (R) och impedans (Z). R är ren resistans och Z inkluderar reaktiva element som spolar och kondensatorer. Båda avläsningarna erhålls i ohm (Ω), en måttenhet som går tillbaka till den tyske fysikern Georg Simon Ohm, som levde från 1798 till 1854.
Den elektriska resistansen hos en ren belastning, som en värmeelement, har ingen reaktans. Spänning och ström flyter i harmoni och det finns ingen framåtriktad eller eftersläpande fas. Den ohmska resistansen är densamma med likström (DC) och växelström (AC). Effektfaktorn (pf) är 1 och ger den mest exakta mätningen av förbrukad effekt.
De flesta elektriska belastningar är reaktiva och består av kapacitiv reaktans (kondensator) och induktiv reaktans (spole). Ett batteri har resistans, kapacitans och induktans, och termen impedans inkluderar alla tre i en modell. Impedans kan bäst illustreras med Randles-modellen som omfattar resistanserna R1 och R2 samt kondensatorn C. Den induktiva reaktansen utelämnas vanligtvis eftersom den spelar en försumbar roll i ett batteri, särskilt vid låg frekvens.
Det totala batterimotståndet består av ohmsk resistans samt induktiv och kapacitiv reaktans. Diagrammet och elektriska värden skiljer sig för varje batteri.
- R1 = Intern resistans; R2 = Laddningsöverföring
- C1 = Dubbellagerskondensator
Metoder för Mätning av Interna Motståndet
Det finns olika metoder för att mäta det interna motståndet, var och en med sina egna fördelar och begränsningar.
DC-belastningsmetod
Mätningen av ohm är en av de äldsta och mest pålitliga testmetoderna. Batteriet får en kort urladdning i ett sekund eller längre. Laddningsströmmen för ett litet batteri är 1 A eller mindre; för ett startbatteri kan det vara 50 A eller mer. En voltmeter mäter den öppna kretsspänningen (OCV) utan belastning, följt av den andra avläsningen med belastning; Ohms lag beräknar resistansvärdet (spänningsändring dividerat med ström motsvarar resistans).
DC-belastningsmätningar fungerar bra för att kontrollera stora stationära batterier, och enhetens ohmska avläsningar är mycket exakta och upprepningsbara. Avancerade testinstrument hävdar resistansavläsningar i området 10 mikro-ohm. Många verkstäder använder kolstapeln för att mäta startbatterier, och en erfaren mekaniker får en rimligt bra bedömning av batteriet.
DC-belastningsmetoden har begränsningar eftersom den blandar R1 och R2 i Randles-modellen till en kombinerad resistor och ignorerar kondensatorn. "C" är en viktig komponent i ett batteri som representerar 1,5 farader per kapacitet på 100 Ah. I grund och botten ser DC-metoden batteriet som en resistor och kan endast ge ohmska referenser. Dessutom ger DC-belastningsmetoden liknande avläsningar från ett bra batteri som är delvis laddat och ett kantbatteri som är fulladdat. Uppskattningar av laddningstillstånd och kapacitet är inte möjliga.
DC-belastningsmetoden med två nivåer erbjuder en alternativ metod genom att tillämpa två sekventiella urladdningar med olika strömmar och tidslängder. Batteriet urladdas först med en låg ström i 10 sekunder, följt av en högre ström i 3 sekunder; Ohms lag beräknar resistansvärdena. Utvärdering av spänningsunderskriften under de två belastningsförhållandena ger ytterligare information om batteriet, men värdena är strikt resistiva och avslöjar inte uppskattningar av laddningstillstånd eller kapacitet. Lasttestet är den föredragna metoden för batterier som driver DC-belastningar.
DC-belastningsmetoden med två nivåer följer standarderna IEC 61951-1:2005 och ger realistiska testförhållanden för många DC-batteriapplikationer.
AC-ledningsförmåga
Mätning av ledningsförmåga för att utvärdera startbatterier rapporterades först av Keith Champlin 1975 genom att visa en linjär korrelation mellan belastningstestet och ledningsförmågan. Genom att injicera en frekvens på cirka 90 hertz konvergerar kapacitiv och induktiv reaktans med ett bly-syra-batteri på 70–90 Ah, vilket resulterar i en försumbar spänningsfördröjning som minimerar reaktansen. (Denna frekvens ökar med ett mindre batteri och minskar med en stor packning.) AC-ledningsförmågemätare används vanligtvis i bilverkstäder för att mäta Cold Cranking Amps (CCA). Den 1 000 Hz-ohmtesten är en annan vanlig metod. En 1 000 Hz-signal exciterar batteriet och Ohms lag beräknar resistansen. Observera att AC-metoden visar olika värden jämfört med DC-metoder när man mäter en reaktiv resistans, och båda avläsningarna är korrekta.
Till exempel producerar litiumjon i en 18650 cell ungefär 36 mOhm med en 1 000 Hz AC-signal och ungefär 110 mOhm med en DC-belastning. Eftersom båda avläsningarna är giltiga, men långt ifrån varandra, måste användaren överväga tillämpningen. Pulslastningsmetoden med DC ger värdefulla avläsningar för en DC-applikation som en värmeelement eller en glödlampa, medan 1 000 Hz-metoden bättre återspeglar prestandakraven för en digital belastning, som bärbara datorer och mobiltelefoner som till stor del är beroende av batteriets kapacitiva egenskaper.
1 000 Hz-metoden ger avläsningar av reaktiv resistans. Detta har varit den föredragna metoden för att ta impedansbilder av batterier som driver digitala enheter.
Elektrokemisk Impedansspektroskopi (EIS)
Forskningslaboratorier har använt EIS i många år för att utvärdera batterikarakteristika. Hög utrustningskostnad, långa testtider och behovet av utbildade proffs för att tolka den stora mängden data har begränsat denna teknik till laboratoriemiljöer. EIS läser av värden från R1, R2 och C i Randles-modellen; att korrelera dessa data till CCA- och kapacitetsestimat kräver komplex modellering.
R1, R2 och C mäts separat, vilket möjliggör mätningar av laddningstillstånd och kapacitet.
Slutsats
Valet av lämplig metod för att mäta det interna motståndet beror på batterityp och avsedd användning. Även om traditionella metoder som DC-belastningsmetoden förblir pålitliga, erbjuder nyare tekniker som EIS mer detaljerad insikt, om än till högre kostnad.
Colección destacada
-
DonosHome Escáner OBD2 2 en 1+probador de batería 5-36V 20-3300 CCA >99,8% de precisión Pantalla de colores de 3,2" Herramienta de diagnóstico OBD2/EOBD Lector de código de motor EVAP Diagnóstico digital DTC para coche motocicleta y camión
DonosHomePrecio original €118,95Precio original €118,95 - Precio original €118,95Precio original €118,95Precio actual €99,95€99,95 - €99,95Precio actual €99,95En stockAcerca de este artículo 【Escáner OBD2 2 en 1 y probador de batería】DonosHome DH77 es adecuado para baterías de 5-36 V de 20 a 3300 CCA; El DH77...
Ver todos los detallesPrecio original €118,95Precio original €118,95 - Precio original €118,95Precio original €118,95Precio actual €99,95€99,95 - €99,95Precio actual €99,95Oferta -
DonosHome DH300 multifunctional OBD2 tool,3-in-1 OBD2 Scanner+Battery System Tester+Voltmeter,OBD2 Code Reader,Diagnostic Tool,Enhanced Check and Reset Engine Light Fault,Voltmeter,Freeze Frame,DTC Lookup,I/M Readines,Charging/Cranking Test,Car Since 1996
DonoshomePrecio original €52,95Precio original €52,95 - Precio original €52,95Precio original €52,95Precio actual €43,95€43,95 - €43,95Precio actual €43,95En stock【Diseño de apariencia única y hermosa】Pantalla LCD a todo color con múltiples íconos claros que se muestran en el menú, lo que nos permite ana...
Ver todos los detallesPrecio original €52,95Precio original €52,95 - Precio original €52,95Precio original €52,95Precio actual €43,95€43,95 - €43,95Precio actual €43,95Oferta -
DonosHome Dispositivos portátiles OBD2 Escáner Diagnóstico Lector de códigos de falla del motor Indicador de nivel de batería Voltímetro Cuadro congelado Búsqueda de DTC Sensor de O2 Preparación I/M Sistema de arranque Prueba del automóvil desde 1996
DonoshomePrecio original €65,95Precio original €65,95 - Precio original €65,95Precio original €65,95Precio actual €62,95€62,95 - €62,95Precio actual €62,95En stock【Potente herramienta de escáner OBD2】Nuestro escáner OBDII es el tipo de escáner OBD-II que puede hacer que cualquier mecánico aficionado se s...
Ver todos los detallesPrecio original €65,95Precio original €65,95 - Precio original €65,95Precio original €65,95Precio actual €62,95€62,95 - €62,95Precio actual €62,95Oferta
Dejar un comentario