Эксплуатация цифрового фотоаппарата с никель - кадмиевыми и никель - металлогидридными щелочными герметичными цилиндрическими аккумуляторами типоразмера АА подтолкнула меня к осознанию необходимости изготовления устройства для определения внутреннего сопротивления аккумулятора. В цифровом фотоаппарате аккумулятор работает при достаточно больших токах разряда – 300 – 600 мА. Практикой определено, что автоматика цифровых фотоаппаратов некорректно определяет остаточную ёмкость аккумулятора и выключает фотоаппарат. А аккумуляторы, вынутые из фотоаппарата, ещё приходится разряжать в менее привередливых устройствах: в фонариках, игрушках, плеерах.

Определение внутреннего сопротивления аккумулятора, надеюсь, мне даст возможность определять на практике пригодность конкретного аккумулятора к работе в цифровом фотоаппарате. Реклама в этом вопросе оказалась плохим подсказчиком, если еще учесть, что электродвижущая сила никель - кадмиевых аккумуляторов равна 1,2 вольта, а электродвижущая сила никель - металлогидридного аккумуляторов равна 1,25 вольта (по данным Википедии).

Методологию измерения внутреннего сопротивления аккумуляторов я в основном использовал из документа – Гост Р МЭК 60285-2002 «Аккумуляторы никель - кадмиевыми герметичные цилиндрические».

Я использовал сопротивление 12 Ом. Собрал из них и тумблера 2 разрядные цепи. Разрядные токи получились около 100 мА, 300 мА. Для измерения напряжения на сопротивлениях я использовал мультиметр APPA93N на диапазоне 2 Вольта. Собирал схему из того, что было. Резисторов меньшего сопротивления я не нашел. Корпус я использовал от старого микрокалькулятора. Сопротивление я установил на кусок макетной платы. Опытным путем выяснил, что для оценки качества источников питания лучше увеличить токи разряда.

Схема измерителя внутреннего сопротивления никель - кадмиевых, никель - металлогидридных щелочных герметичных цилиндрических аккумуляторов и щелочных батареек типоразмера АА:

Готовый измеритель внутреннего сопротивления никель - кадмиевых, никель - металлогидридных щелочных герметичных цилиндрических аккумуляторов и щелочных батареек типоразмера АА:

Первое испытание никель - металлогидридными щелочными герметичными цилиндрическими аккумуляторами типоразмера АА фирмы Pleomax ёмкостью 2300 мАч. Напряжение (U1) на аккумуляторе, нагруженном на резисторе 12 Ом, составило 1,271 Вольта. Используя закон Ома, определяем силу тока в цепи (I1) . Сила тока равна 0,105917 Ампера или 105,917 мА. Переключаем тумблер. Напряжение (U2) на аккумуляторе, нагруженном на резисторе 4 Ом, составило 1,175 Вольта. Используя закон Ома, определяем силу тока в цепи (I2). Сила тока равна 0,29375 Ампера или 293,75 мА. Используя формулу для определения внутреннего сопротивления аккумулятора из Госта Р МЭК 60285-2002 «Аккумуляторы никель - кадмиевыми герметичные цилиндрические» (Uвн=U1-U2/I2-I1), рассчитываем его – 0,511 Ом. Расчеты я автоматизировал. Для этого создал файл Wicrosoft Exel – расчеты.xlsx.
Расчеты.rar
В этом файле можно подставить измеренные значения напряжения U1, U2 и ваши значения нагрузочных сопротивлений и получить результат вычисления – внутреннее сопротивление аккумулятора или батарейки.

У меня скопилось небольшое количество аккумуляторов. Решил я их протестировать. Результаты тестирования я занес в таблицу.

Действительно, есть мнение, что внутреннее сопротивление аккумулятора является показателем его «здоровья». Сразу скажем, что мнение это правильное, но не стоит полагаться исключительно на него. В этой статье рассмотрим, что же такое внутреннее сопротивление аккумулятора и как его измерить.

Как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора

Есть множество зарядных устройств для аккумуляторов, которые могут измерять внутреннее сопротивление. Мы рекомендуем вам обратить внимание на LiitoKala Lii 500, у нас есть его к нему.

Вот как выглядят показание внутреннего сопротивление на LiitoKala Lii 500:

Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора

У хорошего аккумулятора внутреннее сопротивление должно быть очень низким, в диапазоне от 20 до 80. Со временем сопротивление будет расти, и рано или поздно аккумулятор будет непригоден для зарядки.

Однако, стоит иметь в виду, что так как внутреннее сопротивление нормального аккумулятора скорее всего будет незначительным, то на испытание может ощутимо повлиять сопротивление контактов. Таким образом, один и тот же аккумулятор, проверенный в разных ячейках зарядного устройства, или вообще в разных зарядных устройствах, может иметь разные значения внутреннего сопротивления, погрешность составляет примерно 10-20%.

В любом случае, не стоит однозначно судить о состоянии аккумулятора по его внутреннему сопротивлению, ведь есть еще множество других параметров. И к тому же, если аккумулятор устраивает вас в работе, какая разница, какое у него внутреннее сопротивление?

Если вам что-то осталось непонятным – пишите в комментариях на этой странице или , мы всегда с радостью готовы вам помочь!

Возможно, это будет интересно любителям измерять внутреннее сопротивление аккумуляторов и батареек. Материал местами не относится к развлекательному чтиву. Но я старался изложить максимально просто. Не стреляйте в пианиста. Обзор получился огромным (и даже в двух частях), за что приношу глубочайшие извинения.
В начале обзора приведен краткий список литературы. Первоисточники выложены в облако, искать не надо.

0. Введение

Приборчик купил из любопытства. Просто на всяко-разных общалках в рунете по вопросам измерения внутреннего сопротивления гальванических элементов где-то на 20-30 странице появлялись сообщения о чудесном китайском девайсе YR1030, который это самое внутреннее сопротивление меряет и уверенно и совершенно правильно. На этом споры утихали, тема впадала в коллапс и плавно уходила в архив. Поэтому ссылки на лоты с YR1030 у меня валялись в хотелках года полтора. Но жаба душила, всегда находилась причина бУхнуть «накопленное непосильным трудом» во что-либо более интересное или полезное.
Когда увидел первый и единственный лот YR1035 на Али - сразу понял: час пробил, надо брать. Или сейчас, или никогда. А с запутанным вопросом о внутреннем сопротивлении разберусь, пока прибор дойдет до моего почтового отделения. Покупку оплатил, начал разбираться. Лучше бы я этого не делал. Как говорится: меньше знаешь - крепче спишь. Результаты разбирательств кратко изложены в Части II настоящего обзора. Загляните на досуге.

Я купил YR1035 в максимальной комплектации. На страничке товара она выглядит так:


И еще ни разу не пожалел о содеянном (в смысле полноты комплектации). На самом деле все 3 способа подключения YR1035 к батарейке/АКБ/чему угодно нужны (или могут пригодится) и очень здорово взаимодополняют друг друга.
Передняя панелька на фото выглядит покоцанной, но это не так. Просто продавец сначала снял защитную пленку. Потом подумал, прилепил назад и сфоткал.
Все это дело обошлось мне в 4083 руб ($65 по нынешнему курсу). Сейчас продавец чуток поднял цену, ибо продажи худо-бедно, но пошли. Да и отзывы на страничке товара сплошняком более чем положительные.
Комплект был упакован очень хорошо, в какой-то ядреной коробке (пишу по памяти, все давно выброшено). Внутри все было разложено по отдельным зип-мешочкам из полиэтилена и уложено плотно, нигде не болталось. Дополнительно к щупам в виде спаренных трубочек (pogo pins) шел комплект запасных наконечников (4 шт.). Про эти самые pogo pins тут есть .

СЛОВАРИК аббревиатур и терминов

ХИТ - химический источник тока. Бывают гальванические и топливные. Далее речь идет только о гальванических ХИТ.
Импеданс (Z) – комплексное электрическое сопротивление Z=Z’+iZ’’.
Адмиттанс – комплексная электропроводность, величина обратная импедансу. A=1/Z
ЭДС – «чисто химическая» разность потенциалов между электродами в гальваническом элементе, определяемая как разность электрохимических потенциалов анода и катода.
НРЦ - напряжение разорванной цепи, для одиночных элементов обычно примерно равно ЭДС.
Анод (химическое определение) – электрод, на котором происходит окисление.
Катод (химическое определение) – электрод, на котором происходит восстановление.
Электролит (химическое определение) – вещество, которое в растворе или расплаве (т.е. в жидкой среде) распадается на ионы (частично или полностью).
Электролит (техническое, НЕ химическое определение) – жидкая, твердая или гелеобразная среда, проводящая электрический ток за счет движения ионов. Ежели по-простому: электролит (техн.) = электролит (хим.) + растворитель.
ДЭС - двойной электрический слой. Всегда есть на границе раздела электрод/электролит.

ЛИТЕРАТУРА – все выложено в библиотечку НА ОБЛАКЕ

А. По измерениям внутр. сопротивления и попыткам вытянуть из этого хоть какую-либо полезную информацию
01. [очень рекомендую ознакомиться с гл.1, там все очень просто]
Чупин Д.П. Параметрический метод контроля эксплуатационных характеристик аккумуляторных батарей. Дисс… уч. ст. к. т. н. Омск, 2014.
Читать – только гл.1 (Литобзор). Далее – очередное изобретение велосипеда…
02. Таганова А. А., Пак И.А. Герметичные химические источники тока для портативной аппаратуры: Справочник. СПб: Химиздат, 2003. 208 с.
Читать – гл.8 «Диагностика состояния химических источников тока»
03. [это лучше не читать, больше ошибок и опечаток, а нового ничего]
Таганова А. А., Бубнов Ю. И., Орлов С. Б. Герметичные химические источники тока: элементы и аккумуляторы, оборудование для испытаний и эксплуатации. СПб: Химиздат, 2005. 264 с.
04. Химические источники тока: Справочник / Под ред. Н. В. Коровина и А. М. Скундина. М.: Изд-во МЭИ. 2003. 740 с.
Читать – разд.1.8 «Методы физико-химических исследований ХИТ»

Б. По импедансной спектроскопии
05. [классика, три книжки ниже – это упрощенный и укороченный книги Стойнова, методички для студентов]
Стойнов, 3.Б. Электрохимический импеданс / 3.Б. Стойнов, Б.М. Графов, Б.С. Савова-Стойнова, В. В. Елкин // М.: «Наука», 1991. 336 с.
06. [это самый краткий вариант]
07. [это вариант подлиннее]
Жуковский В.М., Бушкова О.В. Импедансная спектроскопия твердых электролитических материалов. Метод. пособие. Екатеринбург, 2000. 35 с.
08. [это еще более полный вариант: расширенный, углубленный и разжеванный]
Буянова Е.С., Емельянова Ю.В. Импедансная спектроскопия электролитических материалов. Метод. пособие. Екатеринбург, 2008. 70 с.
09. [можно пролистнуть как Мурзилку – много красивых картинок; в тексте я находил очепятки и явные ляпы… Внимание: весит ~100 Мб]
Springer Handbook of Electrochemical Energy
Наиболее интересный раздел: Pt.15. Lithium-Ion Batteries and Materials

В. Инф. листки от BioLogic (имп. спектроскопия)
10. EC-Lab - Application Note #8-Impedance, admittance, Nyquist, Bode, Black
11. EC-Lab - Application Note #21-Measurements of the double layer capacitance
12. EC-Lab - Application Note #23-EIS measurements on Li-ion batteries
13. EC-Lab - Application Note #38-A relation between AC and DC measurements
14. EC-Lab - Application Note #50-The simplicity of complex number and impedance diagrams
15. EC-Lab - Application Note #59-stack-LiFePO4(120 шт)
16. EC-Lab - Application Note #61-How to interpret lower frequencies impedance in batteries
17. EC-Lab - Application Note #62-How to measure the internal resistance of a battery using EIS
18. EC-Lab - White Paper #1-Studying batteries with Electrochemical Impedance Spectroscopy

Г. Сравнение методов измерения внутр. сопротивления
19. H-G. Schweiger et al. Comparison of Several Methods for Determining the Internal Resistance of Lithium Ion Cells // Sensors, 2010. №10, р.5604-5625.

Д. Обзоры (оба на английском) по SEI - защитных слоях на аноде и катоде в Li-Ion акк.
20. [краткий обзор]
21. [полный обзор]

Е. ГОСТы – куда же без них… В облаке не все, только те, что оказались под рукой.
ГОСТ Р МЭК 60285-2002 Аккумуляторы и батареи щелочные. Аккумуляторы никель-кадмиевые герметичные цилиндрические
ГОСТ Р МЭК 61951-1-2004 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Портативные герметичные аккумуляторы. Часть 1. Никель-кадмий
ГОСТ Р МЭК 61951-2-2007 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Портативные герметичные аккумуляторы. Часть 2. Никель-металл-гидрид
ГОСТ Р МЭК 61436-2004 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы никель-металлгидридные герметичные
ГОСТ Р МЭК 61960-2007 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы и аккумуляторные батареи литиевые для портативного применения
ГОСТ Р МЭК 896-1-95 Свинцово-кислотные стационарные батареи. Общие требования и методы испытаний. Часть 1. Открытые типы
ГОСТ Р МЭК 60896-2-99 Свинцово-кислотные стационарные батареи. Общие требования и методы испытаний. Часть 2. Закрытые типы

1. Коротенько для тех, кто пользуется YR1030 или хотя бы знает зачем оно нужно
(если Вы пока не в курсе, то этот пункт пока пробросьте и сразу переходите к п.2. Вернуться никогда не поздно)

Если кратко, то YR1035 – это по сути YR1030 с некоторым улучшайтингом .

Что мне известно о YR1030?

(перевод Mooch - «Попрошайка» ;))



Вот видио, как наш умелец соорудил , подключаемый к YR1030.
На Али YR1030 торгуют несколько продавцов, 1-2 есть на иБее. Все, что там продается – идет без лейбла «Vapcell». Я побывал на сайте Vapcell, с огромным трудом нашел .
У меня создалось впечатление, что Vapcell к разработке и производству YR1030 имеет примерно такое же отношение как Муська к балету Большого театра. Единственное, что привнес Vapcell в YR1030 – так это перевел меню с китайского на английский и упаковал в красивую картонку. И задрал цену в 1.5 раза. Всеж-таки «бренд» ;).

YR1035 отличается от YR1030 в следующем.

1. Добавлен 1 разряд в строке вольтметра. Здесь удивляют 2 момента.
а) Поразительно большая точность измерения разности потенциалов . Она одинакова с топовыми DMM на 50 тыс. отсчетов (ниже будет проведено сравнение с Fluke 287). Прибор явно калибровали, что не может не радовать. Так что разряд тот добавлен не зря.


б) Риторический вопрос:
Зачем она нужна, такая бешеная точность, если этот вольтметр использовать по прямому назначению, т.е. для замера НРЦ (напряжения разорванной цепи)?
Весьма слабый аргумент:
С другой стороны, приборчик за 50-60 бакинских может периодически выступать а роли домашнего образцового вольтметра постоянного напряжения. И никаких и их табличками от китайцев, которые нередко оказываются откровенной дезой.

2. Наконец-то унылый USB , к которому подключаются электроды/щупы в YR1030, заменен на куда как более вменяемый четырехконтактный цилиндрический разъем (название не нашел, думаю в комментах подскажут правильное название).
UPD. Разъем называется XS10-4P. Спасибо !


Вменяемый как в плане крепежа, так и в плане долговечности/надежности контактов. Конечно, у щупов для самых крутых (стационарных) измерителей на конце каждого из 4-х проводов по BNS-у, но лепить 4 ответные части на небольшую легкую коробочку корпуса YR1035… Это было бы, наверное, слишком.

3. Верхний предел измерения напряжения подняли с 30 вольт до 100 . Даже не знаю, как это прокомментировать. Лично я рисковать не буду. Ибо мне оно не нужно.

4. Разъем для зарядки (micro-USB) перенесли с верхнего торца на нижний торец корпуса. Стало удобнее пользоваться прибором в процессе подзарядки встроенного элемента питания.

5. Изменили цвет корпуса на темный, но оставили переднюю панель глянцевой.

6. Вокруг экранчика сделали ярко-синий кантик.

Так что никому неведомое китайское предприятие потрудилось-таки над улучшайтингом YR1030--->YR1035 и сделало как минимум два полезных нововведения. А вот какие именно – каждый пользователь решит сам.

2. Для тех, кто не знает что это и зачем оно нужно

Как известно, на свете есть люди, которые интересуются таким параметром ХИТ, как его внутреннее сопротивление.
«– Наверное, это очень важно для пользователей. Несомненно, что опция измерения внутреннего сопротивления будет способствовать росту продаж наших замечательных зарядок-тестилок» - подумали китайцы. И влепили это дело во всяко-разные Опусы, Лиитокалы, айМаксы и прочая, прочая… Китайские маркетологи не ошиблись. Подобная фича не может не вызывать ничего, кроме тихой радости. Только вот реализовано это через одно место. Ну, дальше вы сами увидите.

Попробуем применить эту «опцию» на практике. Берем [к примеру] Lii-500 и какой-нибудь аккумулятор. Первой мне попалась под руку «шоколадка» (LG Lithium Ion INR18650HG2 3000mAh). По даташиту внутреннее сопротивление «шоколадки» должно быть не более 20 мОм. Я сделал 140 последовательных замеров R по всем 4 слотам: 1-2-3-4-1-2-3-4-… и т.д., по кругу. Получилась вот такая табличка:

Зеленым обозначены значения R = 20 мОм и меньше, т.е. «то, что доктор прописал». Всего их 26 или 18.6%.
Красным - R = 30 мОм и больше. Всего их 13 или 9.3%. Предположительно, что это так называемые промахи (или «вылеты») – когда полученное значение резко отличается от «среднего по больнице» (думаю, многие догадались почему половина вылетов в первых двух строках таблицы). Возможно, их следует отбросить. Но, что бы сделать это обоснованно, нужно иметь репрезентативную выборку. Если по-простому: сделать однотипные независимые измерения много-много раз. И задокументировать. Что, собственно я и сделал.
Ну, и подавляющее число замеров (101 или 72.1%) уложилось в диапазон 20< R< 30 мОм.
Эту табличку можно перенести на гистограмму (значения 68 и 115 отброшены как явные вылеты):


О, уже что-то проясняется. Тут ведь глобальный максимум (в статистике – «мода») на 21 мОм. Значит, это и есть «истинное» значение внутреннего сопротивления LG HG2? Правда, на диаграмме есть еще 2 локальных максимума, но если построить гистограмму по правилам прикладной стат. обработки, то они неизбежно исчезнут:

Как это сделано

Открываем книжку (на странице 203)
Прикладная статистика. Основы эконометрики: В 2 т. – Т.1: Айвазян С.А., Мхитарян В.С. Теория вероятностей и прикладная статистика. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. – 656 с.

Строим группированный ряд наблюдений.
Замеры в промежутке 17-33 мОм образуют компактное множество (кластер) и все расчеты будут сделаны для этого кластера. Что делать с результатами замеров 37-38-39-68-115? 68 и 115 – явные промахи (вылеты, выбросы) и их следует отбросить. 37-38-39 образуют свой локальный мини-кластер. В принципе, его тоже можно далее не учитывать. Но не исключено, что это продолжение «тяжелого хвоста» данного распределения.
Число наблюдений в основном кластере: N = 140-5 = 135.
а) R(min) = 17 мОм R(max) = 33 мОм
б) Число интервалов s = 3.32lg(N)+1 = 3.32lg(135)+1 = 8.07 = 8 (округление до целого)
Ширина интервала D = (R(max) – R(min))/s = (33 – 17)/8 = 2 мОм
в) Середины интервалов 17.5, 19.5, 21.5…

Из диаграммы видно, что кривая распределения несимметричная, с т.н. «тяжелым хвостом». Поэтому среднее арифметическое по всем 140 замерам равно 24.9 мОм. Если отбросить первые 8 замеров, пока контакты «притирались» друг к другу, то 23.8 мОм. Ну а медиана (центр распределения, средневзвешенное значение) чуть больше 22…
Вы можите выбрать любой из способов оценки величины R. Ибо распределение несимметричное и поэтому ситуация неоднозначная***:
21 мОм (мода на гистограмме №1),
21.5 мОм (мода на гистограмме №2),
22 мОм (медиана),
23.8 мОм (среднее арифметическое с поправкой),
24.9 мОм (среднее арифметическое без поправки).
***Примечание . В случае асимметричного распределения в статистике мягко рекомендуют использовать медиану.

Но при любом выборе окажется, что R больше [предельно допустимых для живого, здорового, хорошо заряженного аккумулятора] 20 мОм.

У меня просьба к читателям: повторить данный эксперимент на своем экземпляре измерялки внутреннего сопротивления типа Lii-500 (Опусы и т.п.). Только не менее 100 раз. Составить табличку и нарисовать гистограмму распределения для какого-нибудь аккумулятора с известным даташитом. Аккумулятор должен быть заряжен не обязательно до упора, но близко к тому.
Если Вы догадаетесь подготовить контактирующие поверхности - зачистить, обезжирить (чего не сделал автор), то разброс между измерениями будет поменьше. Но он все равно будет. И заметный.

3. Кто виноват и что делать?

Далее возникает два закономерных вопроса:
1) Почему показания так скачут?
2) Почему внутреннее сопротивление «шоколадки», найденное с использованием любого из вышеперечисленных критериев, всегда оказывается больше граничной величины 20 мОм?

На первый вопрос есть простой ответ (известный многим): сам способ измерения малых по величине R в корне неверный. Ибо используется двухконтактная (двухпроводная) схема подключения, чувствительная к ПСК (переходному сопротивлению контактов). ПСК по величине сравнимо с измеряемым R и «гуляет» от замера к замеру.
А мерить надо четырехконтактным (четырехпроводным) способом. Именно так и написано во всех ГОСТах. Хотя нет, вру – не во всех. Вот в ГОСТ Р МЭК 61951-2-2007 (крайний по Ni-MeH) это есть, а в ГОСТ Р МЭК 61960-2007 (по Li) этого нет***. Объяснение сему факту весьма простое – просто забыли упомянуть. Или не посчитали нужным.
***Примечание . Современные российские ГОСТы по ХИТ являются переведенными на русский язык международными стандартами IEC (International Electrotechnical Commission). Последние хоть и носят рекомендательный характер (страна может их принимать или не принимать), но будучи принятыми, становятся национальными стандартами.
Под спойлером – куски ГОСТов, упомянутых выше. То, что относится к измерению внутреннего сопротивления. Полные версии этих документов можите качнуть из облака (ссылка в начале обзора).

Измерение внутреннего сопотивления ХИТ. Как оно должно выполнятся. Из ГОСтов 61960-2007 (для Li) и 61951-2-2007 (для Ni-MeH)

Кстати, под спойлером находится ответ на второй вопрос (почему на Lii-500 получается R>20 Ом).
Вот место из даташита LG INR18650HG2, где упомянуты эти самые 20 мОм:


Обратите внимание на выделенное красным. LG гарантирует внутреннее сопротивление элемента не более 20 мОм, если оно измерено на частоте 1 кГц .
Описание того, как это должно делаться – посмотрите под спойлером выше: пункты «Измерение внутреннего сопротивления методом a.c.».
Почему выбрана частота 1 кГц, а не другая? Не знаю, так договорились. Но резоны, наверное были. В следующем разделе этот момент будет рассмотрен очень подробно .
Более того, во всех даташитах ХИТ щелочного типа (Li, Ni-MeH, Ni-Cd), которые мне приходилось листать, если и было упомянуто внутреннее сопротивление, то оно относилось к частоте 1 кГц. Правда, бывают исключения: иногда есть и про измерения на 1 кГц, и на постоянном токе. Примеры под спойлером.

Из даташитов LG 18650 HE4 (2.5Ah, ака «банан») и «розового» Samsung INR18650-25R(2.5Ah)

LG 18650 HE4


Samsung INR18650-25R

Устройства типа YR1030/YR1035 позволяют произвести измерения R (точнее - полного импеданса) на частоте 1 кГц.
R(a.c.) данного экземпляра LG INR18650HG2 ~15 мОм. Так что все нормально.


А на какой частоте все это происходит в рассматриваемых «продвинутых» зарядках-тестилках? На частоте, равной нулю. Это упомянутое в ГОСТах «Измерение внутреннего сопротивления методом d.c.».
Причем, в зарядках-тестилках сие реализовано не так, как описано в стандартах. И не так, как это реализовано в диагностическом оборудовании у разных фирм-изготовителей (CADEX и им подобные). И не так, как это рассмотрено в научных и околонаучных исследованиях по этому поводу.
А «по понятиям», известным только производителям тех самых тестилок. Читатель может возразить: да какая разница как мерить? В результате получится одно и то же… Ну, там, погрешностью, плюс-минус… Оказывается разница есть. И заметная. Об этом будет коротенько в разделе 5.

Главное, что нужно осознать и с чем смириться :
а) R(d.c.) и R(a.c.) – это разные параметры
б) всегда выполняется неравенство R(d.c.)>R(a.c.)

4. Почему внутреннее сопротивление ХИТ на постоянном токе R(d.c.) и переменном токе R(a.c.) разные?

4.1. Вариант №1. Самое простое объяснение

Это даже не объяснение, а как бы констатация факта (взято у Тагановой).
1) То, что измеряется на постоянном токе R(d.c.) – это сумма двух сопротивлений: омического и поляризационного R(d.c.) = R(о) + R(pol).
2) А когда на переменном, да еще на «правильной» частоте 1 кГц, R(pol) исчезает и остается только R(о). То есть, R(1 кГц) = R(о).
По крайней мере, на это хочется надеяться экспертам МЭК, Алевтине Тагановой, а также многим (почти всем), кто измеряет R(d.c.) и R(1 кГц). И путем нехитрых арифметических действий получает R(о) и R(pol) по отдельности.
Если такое объяснение Вас устраивает, то часть II (оформлена как отдельный обзор) можете не читать.

Внезапно!
…
По причине ограничения объемов обзоров на Муське разделы 4 и 5 были вынесены . Ну, типа, «Приложение».
...

6. YR1035 как вольтметр

Эта дополнительная опция присутствует во всех приличных устройствах такого рода (battery analyzer, battery tester).
Было проведено сравнение с Fluke 287. Приборы имеют примерно одинаковое разрешение по напряжению. У YR1035 даже немного больше - 100 тыс отсчетов, а у Флюка - 50 тыс.

В качестве источника постоянной разности потенциалов выступал ЛБП Corad-3005.


Полученные результаты – в табличке.


Совпадение до пятой значащей циферки . Забавно. На самом деле, такое единодушие у двух приборов, калиброванных на противоположных концах света, встретишь не часто.
Решил слепить коллаж на память:)

7. YR1035 как омметр

7.1 Тестирование на «больших» сопротивлениях

Из того, что нашлось, был слеплен импровизированный «магазин сопротивлений»:


К которому поочередно подключались YR1035 и Флюк:


Родные монструозные щупы Флюка был вынужден заменить на более подходящие ситуации, ибо с «родными» даже «дельту» выставить весьма проблематично (ввиду ихней обрезиненно-защищенности по 80 уровню 600В+IV класс - жуть, короче):


Получилась вот такая табличка, расширенная и дополненная:

Ну, что я могу сказать.
1) Пока следует обратить внимание на результаты, полученные Mooch
2) По поводу того, что было получено датчанином на малых сопротивлениях: судя по всему, с установкой нуля на YR1030 у него получилось не очень – причины будут объясненены ниже.
Кстати, из нордически скупого непонятно:
- измерения сопротивления каких объектов он проводил?
- как он это делал, имея на руках стандартную коробку от Vapcell с приборчиком, писулькой на ломанном английском и «4 terminal probes» = две пары Pogo pins? Фото из его обзора:

7.2 Проверка на проводнике с сопротивлением ~5 мОм

Как же обойтись без классики жанра: определения сопротивления одиночного проводника по закону Ома? Да никак. Это - святое.


В качестве подопытной выступила медная жила в синей изоляции диаметром 1.65 мм (AWG14=1,628 мм) и длиной 635 мм. В целях удобства подключения она была загнута в нечто меандроподобное (см. фото ниже).
Перед измерением на YR1035 был выставлен ноль была сделана компенсация R (длинное нажатие на кнопку «ZEROR»):


Закорачивание в случае щупов Кельвина более надежно делать так, как показано на фото, а не «друг не дружку». Ну, это в случае, что они такие же простецкие как в данном комплекте, а не золоченые.
Не удивляйтесь, что в результате не получилось выставить 0.00 мОм. На YR1035 0.00 мОм - это бывает крайне редко. Обычно получается от 0.02 до 0.05 мОм. И то, после нескольких попыток. Причина непонятна.

Далее цепь была собрана, измерения сделаны.


Интересно, что в качестве точного вольтметра (замер падения напряжения ΔU на жиле) выступал сам YR1035 (см. предыдущий пункт: YR1035 как вольтметр - тот же Флюк, но с разрешением побольше). Источником служил ЛБП Corad-3005 в режиме стабилизации напряжения (1 В).
По закону Ома
R(эксп) = ΔU(YR1035)/I(Fluke) = 0.01708(В)/3.1115(А) = 0.005489 Ом = 5.49 мОм
При этом YR1035 показал
R(YR1035) = 5.44 мОм
Так как на «ZEROR» было 0.02 мОм, то
R(YR1035) = 5.44 - 0.02 = 5.42 мОм
Разность
R(эксп) – R(YR1035) = 5.49 - 5.42 = 0.07 мОм
Это отличный результат. Сотые мОм на практике врядле кому интересны. А верно показанных десятых – уже хватит выше крыши.

Полученный результат неплохо согласуется со справочными данными .


По их мнению 1 м жилы AWG14 из «правильной» электротехнической меди должен иметь сопротивление 8.282 мОм, а значит данный образец должен был дать R(эксп) ~ 8.282x0,635 = 5.25 мОм. А если ввести поправку на реальный диаметр 1.65 мм, то получается 5.40 мОм . Забавно, но полученные на YR1035 5.42 мОм ближе к «теоретическим» 5.40 мОм , чем то, что получено по «классике». Может, цепь «по классике» чуток кривовата? В следующем пункте это предположение будет проверено.
Кстати, в табличке указано, что на жиле такого диаметра не нужно боятся происков скин-эффекта до частоты 6.7 кГц.
Для тех, у кого не было курса общей физики в вузе:
1)
2)

7.3 Проверка адекватности цепи проверки

Да, и такое бывает. «Проверка проверки» - звучит смешно (типа «справка, о том что выдана справка»). Но куда деваться…

В предыдущем пункте было сделано неявное предположение, что цепь, собранная по з-ну Ома, дает несколько более верную оценку величины сопротивления жилы и разность 0.07 мОм есть следствие большей погрешности YR1035. А вот сравнение с «теоретической» табличкой говорит об обратном. Так какой же способ замера малых R более корректен? Это можно проверить.
У меня есть пара высокоточных шунтов FHR4-4618 DEWITRON 10 mOhm ()


На относительно небольших токах (единицы ампер) эти резисторы имеют относительную погрешность не превышающую 0.1%.
Схема подключения такая же как в случае медной жилы.
Подключение шунтов четырехпроводное (ибо это единственно правильно):


Замеры 1 и 2 экземпляров FHR4-4618:




Расчет сопротивлений по закону Ома R(1, 2) = ΔU(YR1035)/I(Fluke).
образец №1 R(1) = 31.15(мВ)/3.1131(А) = 10.006103… = 10.01 мОм
образец №2 R(2) = 31.72(мВ)/3.1700(А) = 10.006309… = 10.01 мОм (округление до 4-ой значащей цифры)
Все очень хорошо сходится. Жалко, что ΔU не могло быть измерено с 5 значащими цифрами. Тогда бы можно было с полным правом констатировать, что шунты практически идентичны:
R(1) = 10.006 мОм
R(2) = 10.006 мОм

А что же кажет YR1035 на тех шунтах?
А он показывает в основном*** такое (что на одном, что на другом):


Так как в режиме компенсации опять было получено 0.02 мОм, это R = 10.00 мОм .
Де-факто, это удивительное совпадение с замерами шунтов «по Ому» .
Что не может не радовать.
***Примечание . После компенсации (0.02 мОм) было сделано по 20 независимых замеров на каждом из шунтов. Затем YR1035 был выключен, включен, сделана компенсация (опять получилось 0.02 мОм). И опять было сделано по 20 независимых замеров. На первом шунте почти всегда получается 10.02 мОм, иногда - 10.03 мОм. На втором - почти всегда 10.02 мОм, иногда - 10.01 мОм.
Независимые замеры: подключил крокодилы - измерение - снял крокодилы - пауза 3 секунды - подключил крокодилы - измерение - снял крокодилы - … и т.д.

7.4 По поводу компенсации R

По поводу зажимов Кельвина - см. пункт 7.2 .
С другими способами подключения компенсация более заморочна. А в случае холдера, менее предсказуема в смысле получения желаемого результата.

А. Самый тяжелый случай – это компенсация R кроватки-холдера. Проблема в совмещении центральных игольчатых электродов. Компенсация выполняется (как правило) в несколько этапов. Главное попасть-таки в диапазон меньше 1.00 мОм Но и при R < 1.00 мОм, если прибор после состыковки показывает нечто больше 0.30 мОм, то окончательная компенсация до 0.02… 0.05 мОм часто не происходит. В конце-концов путем многократных попыток (… сомкнул электроды – долгое нажатие «ZEROR» – разомкнул – долгое нажатие «ZEROR» – ...) удается-таки добиться желаемого

Б. В случае 2-х пар Pogo pins я долго не мог понять как же делать их компенсацию
более-менее предсказуемо. В описании одного из лотов на Али продавец показал фото где пары электродов перекрещены. Естественно, это оказалось дезой. Потом догадался перекрещивать по цветам: белый с белым, цветной с цветным. Стало на порядок лучше. Но полностью предсказуемо попадать в диапазон 0.00 – 0.02 мОм я стал после того как придумал и освоил способ 80-го уровня:
- точно совместить зазубренные торцы электродов (белый с белым, цветной с цветным) и нажать навстечу друг другу, до упора


- дождаться появления циферок на экранчике
- передвинуть пальцы одной руки на область контактов и плотно сжать, а пальцем другой руки сделать продолговатое нажатие «ZEROR» (без освобождения второй руки это врядле получится, ибо кнопки в приборчике весьма тугие)

8. Амплитуда и форма тестового сигнала

Из обзора датчанина : вот какой тестовый сигнал у Vapcell YR1030:
- классическая чистая гармоника (синус)
- размах 13 мВ (если кто подзабыл - это величина, равная разности между наибольшим и наименьшим значениями напряжения).


То, что показано на картинке у датчанина, это прямо-таки классика метода спектроскопии электрохимического импеданса (см. часть II обзора): амплитуда не более 10 мВ + чистая синусоида.
Решил проверить. Благо, простенький осциллограф есть в наличии.

8.1 Первая попытка - мимо кассы. Затупил.

Перед замерами у осциллографа:

- дал прогреться 20 мин.

- запустил автонастойку

Затем подключил YR1035 через зажимы Кельвина к щупу DSO5102P.
Напрямую, без резистора или батарейки.

В итоге: 6 режимом ---> 2 формы кривых.


В мурзилках для начинающих радиолюбителей можно найти простейшие объяснения как такое могло получится.
Слегка искаженный меандр:

Сигнал 2-ой формы может быть получен наложением на синусоиду 1 кГц синусоиды 5 кГц с амплитудой в 10 раз меньшей:


В режимах измерения сопротивления до 2 Ом размах колебаний 5.44 В.
Ежели больше 2 Ом или «Авто» – 3.68 В.
[А должно быть на 3 (три) порядка меньше! ]

Снял видео: как осциллограммы изменяются при переходе из одного режима в другой (по кругу). На видео картинка меняется на экране осциллографа с замедлением в 32 раза относительно режима «прям тут же на экран», т.к. выставлено усреднение после захвата и получения 32 кадров (осциллограмм). Сначала ставится карточка верхнего предела режима, потом слышен щелчек - это я YR1035 переключил на этот режим.

Врядли датчанин взял свою мелкоамплитутную синусоиду с потолка. Относится небрежно к некоторым моментам он может, но что бы дезинформировать - ни разу не замечал.
Значит, я что-то делал не так. Но что?
Ушел думать. Через пару недель осенило.

8.2 Вторая попытка - вроде получилось. Но куда как заморочнее, чем ожидалось.

Мысли вслух. Такое ощущение, что то, что я наснимал не есть тестовые сигналы. Это как бы «сигналы обнаружения». А тестовые - это синусоиды с малым размахом. Тогда другой вопрос - а почему в разных режимах они отличаются? Как по форме, так и по амплитуде?

Ну да ладно, будем мерить.
Перед замерами у осциллографа (опять-таки):
- сбросил настройки на заводские
- дал прогреться 20 мин.
- запустил автоматическую калибровку
- запустил автонастойку
- сделал проверку щупа - на 1х идеальный меандр 1 кГц
Затем подключил YR1035 через зажимы Кельвина и щупы DSO5102P к сопротивлению 0.2 Ом из «магазина сопротивлений» (см. п. 7.1). Во всенародно любимом режиме работы осциллографа AUTO можно увидеть вот такую картинку:


Да и то, если догадаться выставить правильную горизонтальную развертку, в районе килогерца. В противном случае - совсем каша.
Что делать дальше - знает любой не шибко продвинутый пользователь осциллографа.
Лезу в настройки канала и выставляю ограничение по высокой частоте «20».«20» означает 20 МГц. Было бы здорово, если бы было на 4 порядка меньше - 2 кГц. Но, несмотря ни на что, и это уже помогло:


На самом деле, все значительно лучше, чем то, что на фото. Большую часть времени сигнал тот, что на фото жирный. Но иногда, несколько раз в минуту начинает «подтраивать» в течении 1-2 сек. Именно этот момент и пойман.
Потом жму кнопку ACQUIRE, чтобы настроить параметры выборки. Real Time [В реальном времени] --> Average [Среднее] --> 128 (усреднение по 128 картинкам).


Такое жесткое «шумоподавление» нужно только на очень мелких сопротивлениях. На 22 Ом в принципе уже хватает усреднения по 4-8 осциллограммам, ибо уровень полезного (тестового) сигнала на порядок больше.

Далее - кнопка MEASURE и необходимая информация в правой части экрана:


Аналогичным образом сделаны замеры для 5 и 22 Ом




Больше всего крови попил кусок провода 5.5 мОм, фигурировавший в п. 7.2.


Долго ничего не получалось, в конце-концов удалось получить нечто такое:


На текущее значении частоты не обращайте внимания: она там меняется каждые 1-2 сек, причем скачет в интервале от 800 Гц до 120 кГц

Что в сухом остатке :

Сопротивление (Ом) - размах тестового сигнала (мВ)
0.0055 - 1.2-1.5
0.201 - 2.4-2.6
5.00 - 5.4-6.2
21.8 - 28-32
Амплитуда медленно «гуляет» вверх-вниз.

9. Меню настроек

Меню настроек на китайском. Переключение на любой другой язык отсутствует как класс. Хорошо, что хоть оставили арабские циферки и английские буковки, обозначающие размерности величин.:). Внятного перевода на английский и, тем паче, великий и могучий я нигде не нашел, поэтому ниже привожу свой вариант. Думаю, он подойдет и для YR1030.
Что бы войти в меню настроек нужно при включенном приборе сделать короткое нажатие на кнопку «POWER» (ежели жать долго, то выскочит менюшка подтверждения выключения устройства). «правильный» выход из режима настроек в режим измерений – кнопкой «HOLD» (исключение. если курсор на разделе №1, то можно выйти любым из двух способов: и нажатием на кн. «POWER», и нажатием на кн. «HOLD»)
В меню 9 разделов (см. табл. ниже).
Перемещение по разделам:
– вниз, кн. «RANGE U» (по кругу)
– вверх, кн. «RANGE R» (по кругу).
Вход в настройки раздела - кнопкой «POWER»
Повторное нажатие «POWER» возвращает в главное меню - БЕЗ СОХРАНЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ, сделанных пользователем!
Чтобы ИЗМЕНЕНИЯ СОХРАНЯЛИСЬ - выходить из раздела в список разделов только кнопкой «HOLD»!
После входа в раздел появляются изменяемые параметры и назначение кн. «RANGE R» меняется – она работает только на повышение значения величины (но по кругу).
Кн. «RANGE U» перемещает выделение по изменяющимся величинам только вниз (но по кругу).
К счастью, разделы пронумерованы, поэтому пользование табличкой, которую я сляпал на скорую руку, не должно вызывать затруднений. В нек. пунктах я так и не разобрался, но лезть туда без крайней нужды, наверное, и не следует. Прибор и так работает.

10. Потроха

Прибор разбирается элементарно. Передняя панель держится на 4 саморезах. Управляющая плата с экранчиком закреплена тоже на 4 саморезах (более мелких).




Зарядка идет через обычный micro-USB порт. Алгоритм стандартный, двухэтапный CC/CV. Максимум потребления ~0.4-0.5 А. Отсечка по току на заключительном этапе CV происходит при 50 мА. В этот момент разность потенциалов на элементе питания составляет 4.197 В. Сразу после отключения заряда, напряжение падает до 4.18 В. Через 10 минут составляет около 4.16 В. Это хорошо известное явление, связанное с поляризацией электродов и электролита при заряде. Наиболее ярко выражено у аккумуляторов малой емкости. У HKJ есть пара исследований по этому поводу.
После включения прибора, под нагрузкой, добавляется еще небольшая просадка:


Внутреннее сопротивление своего элемента питания на 1кГц YR1035 оценивает как 86 мОм. Для недорогих китайских 18300 эта цифра вполне обычна. Гарантию того, что полученный результат на 100% корректен я дать не могу, так как аккумулятор не был отсоединен от устройства.
Один момент вызывает раздражение маленько бесит вызывает удивление: прибор выключен, ставишь на зарядку – он включается. А смысл?

12. Интерфейсы подключения к исследуемому объекту

Долго думал, как озаглавить сей пункт. И получилось вот так пафосно.
Понятно, что объектом изучения может быть не только батарейка или аккумулятор, но сейчас речь будет идти именно об оных. То есть использование прибора по прямому назначению. Во всех трех случаях используются одинаковые провода в мягкой «силиконовой» изоляции и примерно одинаковой длины - от 41 до 47 см. Через увеличительное стекло удалось-таки разобрать, что они «20 AWG», «200 гр.С», «600 V», силиконовые (все это относится к изоляции) и название производителя из 2-х незнакомых слов.

12.1 Зажимы (крокодилы) Кельвина


Самый простой и удобный способ подключения, но практически неприменим для «обычных» цилиндрических ХИТ. Я пробовал на незащищенных 18650 притыкать так и сяк – ничего не получилось. Кстати, что бы измерение R произошло, губки крокодилов надо хоть немного развести… Циферки на экранчике скачут и летают в пределах 1-2 порядков.
Зато измерения всего, что имеет вывод в виде провода или пластины – одно удовольствие (практические примеры см. выше). Наверное, это очевидно для всех.

12.2 Щупы Pogo pins


Лучшие результаты по установке нуля, как по качеству, так и по предсказуемости. Если делать так, как было описано выше (п.7.4), напомню:


Предназначены для экспресс-измерений. Хорошо подходят для ХИТ с относительно широкими плоскими катодами (+).


Хотя, при желании, можно исхитриться и сделать замер того же Энелупа АА. По крайней мере, у меня такое несколько раз получилось. Но не с первого раза. А вот с Энелупом ААА такой номер не прошел. Поэтому в «джельтменском наборе» присутствует т.н. кроватка-держатель (не знаю, как ее назвать по другому, более наукообразно).

12.3 Кроватка-держатель (холдер) или кроватка Кельвина BF-1L
Штука весьма специфическая и относительно дорогая. На момент получения сабжа у меня уже валялось пара точно таких же. Купил осенью прошлого года назад на по цене 10.44 $/шт (включая доставку). Тогда на Али их не было, после НГ появились и на Али. Имейте ввиду, что они бывают двух размеров c ограничением по длине цилиндрического ХИТ: до 65 мм и до 71 мм. Холдер под бОльший размер имеет в конце названия букву «L» (Long). И холдеры с Фаста, и сабжевый как раз размера «L».

Такие держатели на Фасте были куплены не случайно: была идея заменить (подсмотрел у датчанина HKJ ) колхозно переделанный зажим из Леруа на эту самую «кроватку»:


В дальнейшем оказалось, что покупка была преждевременной. На четырехпроводные замеры кривых заряд-разряд для ХИТ я так и не перешел. А «кроватка Кельвина» оказалась той еще штучкой в смысле юзабилити. Скажем так: люди, которые ее придумали, изначально предполагали, что рук у человека три. Ну, или в процессе установки ХИТ в холдер участвуют 1.5 человека. Кстати, неплохо подошла бы шимпанзе – у нее на одну хваталку даже больше чем надо. Конечно, в принципе можно приловчиться. Но часто получается сикось-накось (см. фото этого холдера со вставленным аккумулятором в конце раздела 3). Если же катод у элемента небольшой, то надо не заниматься ерундой, а подкладывать что-нибудь снизу. Начиная с обыкновенной бумаги:


В смысле ограничения по диаметру элемента – теоретически оно вроде как есть, но на практике я пока не сталкивался. Вот, к примеру, измерение на элементе типоразмера D:


Размеры пластины катода позволяют приткнуть элемент к щупам в нижней части пластины и осуществить замер.
Кстати, и подкладывать снизу ничего не нужно.;)

13. Заключение

Прибор YR1035 в целом приятно удивил. Все, что от него требуется он «может» и даже с конкретным запасом как по чувствительности (разрешающей способности), так и по качеству измерений (очень малая погрешность). Порадовало, что к процессу улучшайтинга китайцы подошли неформально. YR1030 ни по одному параметру не лучше YR1035, кроме цены (разница несущественна – несколько баксов). В то же время YR1035 по ряду пунктов явно превосходит предшественника (см. начало обзора и фото внутренностей).

Про конкурентов
1) Вот, к примеру, есть такое:


В мирУ - SM8124 Battery Impedance Meter. На всяко-разных электронных площадках и в китайских магазинах этого добра выше крыши.
Вот микрообзоры: и . Это оранжевое чудо сливает по всем пунктам YR1035, не имеет установки нуля (компенсации), способ подключения к ХИТ только один («пого-пинс»), обладает забавным свойством подыхать, если перепутать плюс и минус при подключении к ХИТ (о чем написано даже в инструкции). Но счастливые обладатели утверждают, что на 5В ничего страшного не происходит. Наверное надо по-больше… В ветке eevblog.com по этой штуке датчанин печально заявляет: «I have one of these, but it is dead. I do not know why (I have not looked inside it).»
Кстати, к переполюсовке YR1030 и YR1035 относятся совершенно равнодушно: просто показывают разность потенциалов с минусом. А измеренное значение импеданса от полярности никак не зависит.
И главный момент - это разделение общего импеданса на Z на Z’ и Z’’. Явное или неявное (более адаптированное для конечного пользователя). Это и хорошо, и правильно.
Только от главной проблемы устройств подобного рода они, к сожалению, не избавлены - измерение Z (даже с разделением на Z’ и Z’’) при фиксированной частоте 1 кГц - это своего рода «стрельба в темную». То, что 1 кГц получила благословение во всех рекомендациях МЭК (ставших в последствии стандартами) не меняет сути. Для понимания этого момента желательно прочитать часть II данного опуса. И не по диагонали, насколько это возможно.

Всех благ.

- Ремарка от 22.05.2018
Обзор огромен и в процессе верстки.
Внезапно обнаружил у датчанина . Как минимум с месяц назад его не было точно.
По YR1035 вообще ничего не было месяц назад в И-нете. Кроме одного лота на Али и одного на Тао. А теперь на Али уже штук 6-7 лотов и появился-таки краткий обзор.
Ну, что же, будет с чем сравнить.

Планирую купить +29 Добавить в избранное Обзор понравился +78 +116

4,2 — 0,22 = 3,98 Вольт.

И это совсем другое дело ….Если взять и соединить последовательно пять таких параллельных секций, мы получим батарею с напряжением —

Uбат=3,98В*5=19,9 Вольт, емкостью —
Сбат=2,2А/ч*5=11А/ч….

способную отдать в нагрузку ток 10 Ампер….
Вот, как-то так…

P.S. ….поймал себя на мысли, что удовольствие тоже можно мерить в А/ч…..

____________________

Согласен, что описанный выше метод может привести к большой погрешности в измерениях внутреннего сопротивления, но …., на самом деле, абсолютная величина этого сопротивления нас интересует мало — нам важен сам способ, который даст возможность объективно и достаточно быстро оценить » здоровье » каждого элемента …Практика показала, что сопротивления элементов отличаются в разы…, и зная только величину внутреннего сопротивления можно легко найти «симулянтов»….
Измерение внутреннего сопротивления LiFePO4 элементов, рассчитанных на очень большие разрядные токи, может вызвать некоторые трудности, связанные с необходимостью нагружать их очень большими токами …, но про это ничего сказать не могу, тк практически этого не делал….

Как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора

Если замкнуть плюс и минус аккумулятора, то получим ток короткого замыкания Ie = U / Re , как будто внутри есть сопротивление Re . Внутреннее сопротивление зависит от электрохимических процессов внутри элемента, в том числе и от тока.

При слишком большом токе аккумулятор испортится, и даже может взорваться. Поэтому не замыкайте плюс и минус. Достаточно мысленного эксперимента.

Величину Re можно оценить косвенно по изменению тока и напряжения на нагрузке Ra . При небольшом уменьшении сопротивления нагрузки Ra до Ra‑dR ток увеличивается от Ia до Ia+dI. Напряжение на выходе элемента Ua=Ra×Ia при этом уменьшается на величину dU = Re × dI . Внутреннее сопротивление определяется по формуле Re = dU / dI

Для оценки внутреннего сопротивления аккумулятора или батарейки я добавил в схему измерителя ёмкости резистор 12ом и тумблер (ниже на схеме показана кнопка), чтобы изменять ток на величину dI = 1.2 V / 12 Ohm = 0.1 А. Одновременно нужно измерять напряжение на аккумуляторе или на резисторе R .

Можно сделать простую схему только для измерения внутреннего сопротивления по образцу, показанному на рисунке внизу. Но всё же лучше сначала немного разрядить аккумулятор, и после этого измерить внутреннее сопротивление. В середине разрядная характеристика более пологая, и измерение будет более точным. Получится «среднее» значение внутреннего сопротивления, которое остаётся стабильным достаточно большое время.

Пример определения внутреннего сопротивления

Подключаем аккумулятор и вольтметр. Вольтметр показывает 1.227V . Нажимаем кнопку: вольтметр показывает 1.200V .
dU = 1.227V — 1.200V = 0.027V
Re = dU / dI = 0.027V / 0.1A = 0.27 Ohm
Это внутреннее сопротивление элемента при токе разряда 0.5А

Тестер показывает не dU, а просто U. Чтобы не ошибиться в устном счёте, я делаю так.
(1) Нажимаю кнопку. Аккумулятор начинает разряжаться, и напряжение U начинает уменьшаться.
(2) В момент, когда напряжение U достигнет круглой величины, например 1.200V, я отжимаю кнопку, и сразу вижу величину U+dU, например 1.227V
(3) Новые цифры 0.027V — и есть нужная разница dU.

По мере старения аккумуляторов их внутреннее сопротивление увеличивается. В какой-то момент вы обнаружите, что ёмкость даже свежезаряженного аккумулятора невозможно измерить, так как при нажатии кнопки Start реле не включается и часы не запускаются. Это получается потому, что напряжение на аккумуляторе сразу снижается до 1.2V и менее. Например, при внутреннем сопротивлении 0.6 ом и токе 0.5 А падение напряжения составит 0.6×0.5=0.3 вольта. Такой аккумулятор не может работать при токе разряда 0.5А, который требуется, например, для кольцевой светодиодной лампы. Этот аккумулятор можно использовать при меньшем токе — для питания часов или беспроводной мышки. Именно по большой величине внутреннего сопротивления современные зарядные устройства, вроде MH-C9000, определяют, что аккумулятор неисправен.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора

Для оценки внутреннего сопротивления АКБ можно использовать лампу от фары. Это должна быть лампа накаливания, например, галогеновая, но не светодиодная. Лампа 60вт потребляет ток 5А.

При токе 100А на внутреннем сопротивлении АКБ не должно теряться более 1 Вольта. Соответственно, при токе 5А не должно теряться более 0.05 Вольта (1В * 5А / 100А). То есть, внутреннее сопротивление не должно превышать 0.05В / 5А = 0.01 Ома.

Подключите параллельно аккумулятору вольтметр и лампу. Запомните величину напряжения. Отключите лампу. Обратите внимание, насколько увеличилось напряжение. Если, допустим, напряжение возросло на 0.2 Вольта (Re = 0.04 Ома), то аккумулятор испорчен, а если на 0.02 Вольта (Re = 0.004 Ома), то он исправен. При токе 100А потеря напряжения будет всего 0.02В * 100А / 5А = 0.4В

Внутреннее сопротивление аккумулятора. Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора?
1. Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора? Возьмем свинцовый кислотный аккумулятор с емкостью 1 А*час и с номинальным напряжением 12 В. В полностью заряженном состоянии аккумулятор имеет напряжение примерно U = 13 В. Какой ток I потечет через аккумулятор, если к нему подключить резистор с сопротивлением R =1 Ом? Нет, не 13 ампер, а несколько меньше — около 12.2 А. Почему? Если мы измерим напряжение на аккумуляторе, к которому подключен резистор, то увидим, что оно примерно равно 12.2 В — напряжение на аккумуляторе упало из-за того, что скорость диффузии ионов в электролите не бесконечно велика. Электрики в своих расчетах привыкли составлять электрические цепи из элементов с несколькими полюсами. Условно, можно и аккумулятор представить в виде двухполюсника с ЭДС (электродвижущей силой — напряжением без нагрузки) E и внутренним сопротивлением r . При этом предполагается, что часть ЭДС аккумулятора падает на нагрузке, а другая часть — на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Иначе говоря, предполагается, что верна формула: Почему внутреннее сопротивление аккумулятора — условная величина? Потому что свинцовый аккумулятор — принципиально нелинейное устройство и его внутреннее сопротивление не остается постоянным, а изменяется в зависимости от нагрузки, заряженности аккумулятора и многих других параметров, о которых мы поговорим чуть позднее. Поэтому точные расчеты работы аккумуляторов нужно проводить, пользуясь разрядными кривыми, предоставляемыми производителем аккумуляторов, а не внутренним сопротивлением аккумулятора. Но для расчетов работы цепей, связанных с аккумулятором, внутреннее сопротивление аккумулятора использовать можно, отдавая себе каждый раз отчет в том, о какой величине идет речь: о внутреннем сопротивлении аккумулятора при зарядке или разряде, о внутреннем сопротивлении аккумулятора на постоянном токе или переменном, а если переменном, то какой частоты и т.д. Теперь, вернувшись к нашему примеру, мы можем примерно определить внутреннее сопротивление аккумулятора 12 В, 1 А*час на постоянном токе. r = (E — U) / I = (13В — 12.2В) / 1А = 0.7 Ом. 2. Как связаны внутреннее сопротивление аккумулятора и проводимость аккумулятора? По определению, проводимость — есть величина обратная сопротивлению. Поэтому и проводимость аккумулятора S обратна внутреннему сопротивлению аккумулятора r. Единицей проводимости аккумулятора в системе СИ являются Сименсы (См). 3. От чего зависит внутреннее сопротивление аккумулятора? Падение напряжения на свинцовом аккумуляторе не пропорционально разрядному току. При больших разрядных токах, диффузия ионов электролита происходит в свободном пространстве, а при маленьких токах разряда аккумулятора — сильно ограничивается порами активного вещества пластин аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумулятора при больших токах в несколько раз (для свинцового аккумулятора) меньше, чем внутреннее сопротивление того же аккумулятора при малых токах.	Как известно, аккумуляторы большой емкости больше и массивнее аккумуляторов малой емкости . У них больше рабочая поверхность пластин и больше пространства для диффузии электролита внутри аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумуляторов большой емкости меньше, чем внутреннее сопротивление аккумуляторов меньшей емкости .Измерения внутреннего сопротивления аккумуляторов на постоянном и переменном токе показывают, что внутреннее сопротивление аккумулятора сильно зависит от частоты. Ниже приводится график зависимости проводимости аккумуляторов от частоты, который взят из работы австралийских исследователей. Из графика следует, что внутреннее сопротивление свинцового аккумулятора имеет минимум при частотах порядка сотен герц. При высокой температуре скорость диффузии ионов электролита выше, чем при низкой. Эта зависимость имеет линейный характер. Она и определяет зависимость внутреннего сопротивления аккумулятора от температуры. При более высокой температуре, внутреннее сопротивление аккумулятора ниже, чем при низкой температуре. Во время разряда аккумулятора, количество активной массы на пластинах аккумулятора уменьшается, что приводит к уменьшению активной поверхности пластин. Поэтому внутреннее сопротивление заряженного аккумулятора меньше, чем внутреннее сопротивление разряженного аккумулятора. 4. Можно ли использовать внутреннее сопротивление аккумулятора для проверки аккумулятора ? Уже довольно давно известны приборы для проверки аккумуляторов, принцип действия которых базируется на связи между внутренним сопротивлением аккумулятора и емкостью аккумулятора . Некоторые приборы (нагрузочные вилки и подобные приборы) предлагают оценить состояние аккумулятора по напряжению аккумулятора под нагрузкой (что похоже на измерение внутреннего сопротивления аккумулятора на постоянном токе). Применение других (измерителей внутреннего сопротивления аккумулятора на переменном токе) основано на связи внутреннего сопротивления с состоянием аккумулятора. Третий тип приборов (измерители спектров) позволяет сравнивать спектры внутреннего сопротивления аккумуляторов на переменном токе различных частот и делать выводы о состоянии аккумулятора на их основе. Само по себе внутреннее сопротивление (или проводимость) аккумулятора позволяет только качественно оценить состояние аккумулятора. К тому же, производители подобных приборов не указывают, на какой частоте происходит измерение проводимости и каким током производится испытание. А, как мы уже знаем, внутреннее сопротивление аккумулятора зависит и от частоты и и от тока. Следовательно, измерение проводимости не дает количественной информации, которая позволила бы пользователю прибора определить, сколько времени проработает аккумулятор при следующем разряде на нагрузку. Этот недостаток связан с тем, между емкостью аккумулятора и внутренним сопротивлением аккумулятора нет однозначной зависимости. Самые современные тестеры аккумуляторов основаны на анализе осциллограммы отклика аккумулятора на сигнал специальной формы. Они быстро оценивают емкость аккумулятора , что позволяет следить за износом и старением свинцового аккумулятора , рассчитать длительность разряда аккумулятора при данном его состоянии и составить прогноз оставшегося ресурса свинцового аккумулятора.
Берегите природу. Не выбрасывайте вышедшие из строя аккумуляторы — сдавайте их для утилизации в специализированную фирму.

Добавить в Анти-Баннер

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям Опубликовано 12.09.2016 15:51

Внутреннее сопротивление предоставляет ценную информацию об аккумуляторе, способную подсказать об окончании его срока службы. Это особенно актуально для электрохимических систем на основе никеля . Сопротивление не является единственным индикатором производительности, оно вполне может отличаться на 5-10 процентов у различных партий свинцово-кислотных аккумуляторов , особенно для стационарного использования. Из-за такого широкого допуска, метод, основанный на сопротивлении, лучше всего работает при сравнении показаний, взятых у конкретного аккумулятора при его сборке с последующими временными периодами. Сервисные бригады уже рекомендуют при установке снимать показания каждого элемента или аккумулятора в целом, чтобы в дальнейшем контролировать процесс их старения.

Существует мнение, что внутреннее сопротивление связано с емкостью, но это неверно. Сопротивление современных свинцово-кислотных и литий-ионных аккумуляторов остается на одном уровне на протяжении большей части срока службы. Специальные добавки в электролит уменьшили проблему внутренней коррозии, которая и коррелирует с внутренним сопротивлением. На рисунке 1 показано уменьшение емкости при циклической работе по отношению к внутреннему сопротивлению у литий-ионного аккумулятора.

Рисунок 1: Взаимосвязь между емкостью и сопротивлением относительно количества циклов зарядки/разрядки. Сопротивление не раскрывает состояние работоспособности аккумулятора и часто остается на одном уровне в процессе его использования и старения.

Циклические испытания литий-ионных аккумуляторов проводились при С-рейтинге 1С:
Зарядка: 1.500мА до 4,2В при 25°С
Разрядка: 1.500ма до 2,75В при 25°С

Что такое сопротивление?

Прежде чем изучать различные методы измерения внутреннего сопротивления электрических батарей, давайте рассмотрим, что же такое электрическое сопротивление и в чем разница между просто сопротивлением (R) и импедансом (Z). R является сопротивлением вещества прохождению электрического тока, а Z включает в себя реактивную составляющую, присущую таким устройствам как катушки и конденсаторы. Оба показателя измеряются в омах (Ом), единице измерения, которая названа в честь немецкого физика Георга Симона Ома, который жил с 1798 по 1854 год. (1Ом приводит к падению напряжения на 1В при силе тока 1А). Электропроводность также может быть измерена в сименсах (S). Комбинация сопротивления и импеданса известна как реактивное сопротивление. Позвольте объяснить.

Электрическое сопротивление обычной нагрузки, такой как нагревательный элемент, не имеет реактивной составляющей. Напряжение и ток в нем текут в унисон - не возникает никаких сдвигов в их фазах. Электрическое сопротивление, вызванное противодействием материала, через который течет ток, по сути является одним и тем же что для постоянного (DC), что для переменного (AC) токов. Коэффициент мощности равен единице, что обеспечивает наиболее точное измерение потребляемой мощности.

Большинство электрических нагрузок все же являются реактивными, и могут включать в себя емкостное (конденсатор) и индуктивное (катушка) сопротивление. Емкостное сопротивление уменьшается с повышением частоты переменного тока, в то время как индуктивное возрастает. Аналогией индуктивного сопротивления может служить масляный амортизатор, который становится тугим при быстрых движениях назад и вперед.

У электрической батареи есть и сопротивление, и емкость, и индукция, все эти три параметра объединены в понятии импеданса. Лучше всего импеданс проиллюстрирован на схеме Рэндла (рисунок 2), которая содержит резисторы R1 и R2, а также конденсатор С. Индуктивное сопротивление обычно опускается, так как оно играет незначительную роль в электрических батареях, особенно при низких частотах.

Рисунок 2: Эквивалентная схема Рэндла для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи. Общее сопротивление батареи состоит из активного сопротивления, а также индуктивного и емкостного. Схема и электрические значения различаются для каждой батареи.

R1 - эквивалентное последовательное сопротивление

R2 - сопротивление переноса заряда

С - двухслойный конденсатор

Попытки измерения внутреннего сопротивления электрической батареи почти так же стары, как и она сама, и с течением времени было разработано несколько методов, которые используются до сих пор.

Метод измерения сопротивления нагрузкой постоянного тока (DC Load)

Омические измерения являются одними из старейших и надежнейших методов испытаний. Их смысл состоит в кратковременном (секунда или немного больше) разряде аккумуляторной батареи. Ток нагрузки для небольшого аккумулятора составляет 1А или меньше, а для большого, например, стартерного аккумулятора - 50А и более. Вольтметр измеряет напряжение разомкнутой цепи без нагрузки, а затем проводится второе измерение - уже с подключенной нагрузкой. Далее по закону Ома вычисляется значение сопротивления (разность потенциалов, деленная на силу тока).

Метод измерения нагрузки постоянного тока хорошо работает для больших стационарных аккумуляторных батарей и снимаемые омические показатели являются точными и повторяемыми. Высококачественные контрольно-измерительные приборы позволяют снимать показания сопротивления в диапазоне от 10мкОм. Во многих гаражах для измерения сопротивления стартерных аккумуляторов используются тестеры на плёночно-угольных резисторах, благодаря которым опытные автомеханики получают отличный инструмент для оценки необходимого параметра.

Однако этот метод имеет ограничение в том, что он объединяет резисторы R1 и R2 со схемы Рэндла в один резистор и игнорирует конденсатор (смотрите рисунок 3). “С” является компонентом эквивалентной схемы электрической батареи, принимая значение в 1,5 фарада за каждые 100Ач. По сути, метод измерения нагрузкой постоянного тока видит аккумулятор как резистор и может принять в расчет только активную составляющую электрохимического источника тока. Кроме того, этот метод получит аналогичные показания от хорошего аккумулятора, который заряжен частично, и от слабого, который заряжен полностью. Определение степени работоспособности и оценка емкости в этом случае не представляются возможными.

Рисунок 3: Метод измерения нагрузкой постоянного тока. Метод не показывает полного соответствия схеме Рэндла. R1 и R2 работают как одно активное сопротивление.

Существует и альтернативный метод - двухуровневое измерение нагрузкой постоянного тока, когда применяются две последовательные разрядные нагрузки с различной силой тока и продолжительностью. Сначала аккумулятор разряжается малым током в течение 10 секунд, а затем более высоким в течение трёх (смотрите рисунок 4); после, по закону Ома вычисляется значение сопротивления. Анализ напряжения при двух различных условиях нагрузки предоставляет дополнительную информацию об аккумуляторе, но полученные значения строго резистивные, и не раскрывают параметры степени работоспособности или емкости. Методы, использующие подключение нагрузки, являются предпочтительными для аккумуляторов, питающих нагрузку с постоянным током.

Данный метод тестирования отвечает стандарту IEC 61951-1:2005 и обеспечивает реалистичные условия испытаний для многих DC (англ. direct current - постоянный ток) применений аккумуляторов.

Метод измерения электрической проводимости переменным током (AC Cunductance)

Измерение электрической проводимости для оценки стартерных аккумуляторов впервые было предложено в 1975 году Кейтом Чамплином, и заключалось в демонстрации линейной корреляции между нагрузочными испытаниями и проводимостью. При подключении нагрузки переменного тока с частотой около 90Гц, емкостное и индуктивное сопротивление соответствует 70-90Ач свинцово-кислотному аккумулятору, в результате чего возникает незначительная задержка фазы напряжения, которая сводит к минимуму реактивное сопротивление. (Частота возрастает для меньшего аккумулятора и, соответственно, уменьшается для большего). Измерители электрической проводимости переменным током обычно используются в автомобильных гаражах для измерения пускового тока. Одночастотный метод (рисунок 5) видит компоненты схемы Рэндла в качестве одного комплексного импеданса, который называется модуль Z.

Рисунок 5: Метод измерения электрической проводимости переменным током. Отдельные компоненты схемы Рэндла соединяются в один элемент и не могут быть измерены по отдельности.

Еще одним распространенным методом является тестирование с помощью частоты 1000Гц. Такая частота возбуждает аккумулятор и по закону Ома можно вычислить сопротивление. Следует отметить, что методы, использующие переменное напряжение, показывают другие значения в сравнении с методами, основанными на постоянном напряжении при измерении реактивного сопротивления, и оба подхода являются верными.

Например, литий-ионный элемент типоразмера 18650 имеет сопротивление около 36мОм с нагрузкой переменного тока частотой 1000Гц и примерно 110мОм с нагрузкой постоянного тока. Поскольку оба вышеуказанных показания справедливы, но далеки друг от друга, потребитель должен взять во внимание специфику эксплуатации аккумулятора. Метод, использующий постоянный ток, дает ценные данные в разрезе применения с потребителями постоянного тока, например, нагревательными элементами или лампами накаливания, в то время как 1000Гц метод лучше отражает требования производительности, оптимизированные под питание различных цифровых устройств, таких как ноутбуки или мобильные телефоны, которым, в первую очередь, важны емкостные характеристики аккумуляторов. На рисунке 6 показан 1000Гц метод.

Рисунок 6: 100Гц метод. Данный метод обеспечивает получение значений реактивного сопротивления. Это предпочтительный метод для снятия импеданса аккумуляторов, питающих цифровые устройства.

Электрохимическая импеданс спектроскопия (Electrochemical Impedance Spectrocsopy - EIS)

Научно-исследовательские лаборатории уже много лет используют метод EIS для того, чтобы оценивать характеристики электрических батарей. Но высокая стоимость оборудования, большая длительность испытаний и потребность в квалифицированных специалистах для расшифровки большого объема данных ограничили применение этой технологии лабораторными условиями. EIS способна получать значения R1, R2 и C из схемы Рэндла (рисунок 7), однако корреляция этих данных в пусковой ток (ток холодной прокрутки) или оценку емкости требует комплексного моделирования (Смотрите BU-904: Как измерить емкость).

Рисунок 7: Spectro™ метод. R1, R2 и C измеряются отдельно, что позволяет проводить оценку степени работоспособности и емкости наиболее эффективно.