Сопротивление литий ионного аккумулятора 18650: внутреннее сопротивление аккумулятора как измерить

внутреннее сопротивление аккумулятора как измерить

Внутреннее сопротивление это одна из важнейших характеристик аккумулятора. Чем меньше этот показатель, тем больший ток аккумулятор способен отдавать в нагрузку.

Если взять два аккумулятора одинаковой ёмкости с разным внутренним сопротивлением и разрядить их на нагрузку одинаковой мощности, энергии на нагрузке выделится не одинаковое количество. Часть энергии выделится на аккумуляторе в виде тепла. Аккумулятор с бОльшим внутренним сопротивлением будет греться больше и отдаст меньше энергии. При сборке аккумуляторной батареи также важно подобрать элементы по внутреннему сопротивлению, как и по ёмкости, чтобы добиться максимально эффективной работы.

Как внутреннее сопротивление влияет на производительность аккумулятора.

Схема из аккумулятора и резистора, как на рисунке выше поможет объяснить то, для чего мы здесь собрались.

Напряжение аккумулятора U=3,7 В, ёмкость 3 А/ч (для упрощения расчетов аккумулятор будет выдавать на всём протяжении разряда одинаковое напряжение), сопротивление резистора Rнагр=1 Ом. Условно представим что они соединены идеальными проводами с нулевым сопротивлением. Сопротивление амперметра также нулевое. Сопротивление вольтметра бесконечно велико. То есть амперметр, вольтметр и провода никаких влияний на нашу цепь не оказывают. Ток течет только через аккумулятор и нагрузку.

По закону Ома сила тока в цепи должна быть I=U/Rнагр, то есть 3,7/1=3,7А, но амперметр покажет меньший ток, к примеру 3 ампера. Это произошло из-за того, что в цепи есть ещё одно сопротивление – сопротивление аккумулятора. Идеальных источников тока, как и идеальных проводов, амперметров и других вещей в реальности не бывает.

Мы можем найти это сопротивление используя тот же закон Ома:

Rвн=U/I-Rнагр=3,7/3-1=0,23 Ом

А теперь посчитаем сколько мощности выделится на аккумуляторе в виде тепла за 1 час (за такое время он отдаст весь заряд):

P=I² *Rвн=3*3*0,23=2,07 Вт

На резисторе в то же время выделится:

3*3*1=9 Вт, (а могло бы быть, в случае с идеальным аккумулятором – 3,7*3,7*1=13,69 Вт)

Общий выход мощности на аккумуляторе и нагрузке составит Pобщ=2,07+9=11,07 Вт

Учитывая то, что в ячейке 18650 может быть запасено около 9 – 12,5 Вт энергии, из которых 2 Вт уйдут в нагрев, перспектива использования оказывается непривлекательной. Аккумулятор будет перегреваться. В реальных условиях аккумулятор с таким большим внутренним сопротивлением уже пора отправить на покой, либо разряжать низким током. Например при разряде током 1А картина будет немного лучше:

P=I² *Rвн=1*1*0,23=0,23 Вт, за время полного разряда (3А/ч израсходуется за 3 часа) 0,23*3=0,69 Вт

Такой ток будет в цепи с нагрузкой сопротивлением Rнагр=3,47 Ом и на нагрузке мощности выделится уже больше:

P=I² *Rнагр=1*1*3,47=3,47 Вт, за 3 часа – 3,47*3=10,41 Вт (вместо 9 как прошлый раз)

В сумме получим такую же общую мощность Pобщ=0,69+10,41=11,1 Вт (погрешность в 0,03 Вт получилась из-за округления при расчетах)

Именно поэтому необходимо учитывать внутреннее сопротивление аккумулятора и чем мощней нагрузка, тем оно должно быть ниже для эффективной и безопасной работы.

Более реалистичные сопротивления у современных среднетоковых литий ионных аккумуляторов, например формата 18650 составляет порядка 40 мОм (милли Ом), у высокотоковых – менее 30 мОм.

Измерение внутреннего сопротивления.

Существует несколько методик измерения внутреннего сопротивления. Две из них прописаны в ГОСТ Р МЭК 61960-2007. Перед замером любым из приведенных ниже методов аккумулятор должен быть полностью заряжен. Испытания проводятся при температуре 20±5ºC.

Измерение внутреннего сопротивления методом переменного тока (а.с.)

С помощью этого метода измеряется импеданс, который на частоте 1000 Гц приблизительно равен сопротивлению.

Электрический импеданс (комплексное электрическое сопротивление) (англ. impedance от лат. impedio «препятствовать») — комплексное сопротивление между двумя узлами цепи или двухполюсника для гармонического сигнала.

Описание методики из ГОСТ

В течение одной – пяти секунд измеряем среднеквадратичное значение переменного напряжения Urms, возникающего при прохождении через аккумулятор переменного тока со среднеквадратичным значением Irms , следующего с частотой 1000 Гц. Внутреннее сопротивление Ra.c., Ом рассчитываем по формуле Ra.c.= Urms / Irms .

Irms (rms – Root Mean Square – среднеквадратичное значение).

Переменный ток должен иметь такое значение, чтобы пиковое напряжение не превышало 20 мВ.

Этот метод сложно воплотить в домашних условиях без специального оборудования. Популярный прибор YR1035 отлично справляется с измерениями с точностью 0,01 мОм. Зарядные устройства SKYRC MC3000 ,Opus BT-C3100V2.2, Liitokala Lii-500 также измеряют методом АС, но весьма с посредственной точностью.

Измерение внутреннего сопротивления методом постоянного тока (d.c.)

Этот метод возможно выполнить в домашних условиях с помощью обычных вольтметра и амперметра и пары подходящих нагрузочных сопротивлений. В качестве сопротивлений вполне можно использовать несколько автомобильных ламп накаливания или импровизированный резистор из нихромовой проволоки.

Описание метода из ГОСТ

• Разряжаем аккумулятор постоянным током I1= 0,2 Iн. На десятой секунде измеряем значение напряжения U1 на клеммах аккумулятора.
• Увеличиваем разрядный ток до значения I2=Iн. На следующей секунде измеряем значение напряжения U2 на клеммах аккумулятора.

Внутреннее сопротивление Rd.c., Ом рассчитываем по формуле Rd.c. = (U1-U2)/(I2-I1)

• Iн – номинальный ток разряда аккумулятора.

Схема для измерения внутреннего сопротивления по методике постоянного тока (d.c.)

Сопротивление R1 и R2 подбирается таким образом, чтобы протекали токи I1 и I2 нужной величины. Ориентироваться нужно на номинальный разрядный ток аккумулятора.

Вольтметр необходимо подключать непосредственно на полюса источника, чтобы исключить влияние от падения напряжения на проводах .

От чего зависит внутреннее сопротивление аккумуляторов.

Производство.

Изначально, на этапе производства аккумуляторов этот параметр конечно заложен в “рецепт”. Ячейка может быть либо мощной и отдавать большой ток (низкое внутреннее сопротивление), либо более энергоёмкой. При условии одинаковых прочих составляющих (компонентов электродов, химии электролита итд.) в более ёмких ячейках необходима бОльшая площадь обкладок. И для того, чтобы эта конструкция уместилась в предоставленный объём, необходимо эти обкладки сделать тоньше. И наоборот. Тонкие обкладки естественно имеют большее сопротивление.

Также влияют и расстояние между электродами, толщина и вещество их обмазки, толщина сепаратора, химия электролита и множество других факторов. Из-за производственного брака ячейки, сделанные по одному “рецепту” могут отличаться как по внутреннему сопротивлению, так и по ёмкости, сроку жизни итд. Из-за длительного и неправильного хранения по пути к потребителю качество также страдает.

Эксплуатация.

Rвн изменяется в зависимости от степени заряженности аккумулятора. При низком и высоком уровне заряда растёт, в среднем – минимально.

Температура электролита (чем холоднее тем выше сопротивление). При отрицательных температурах большинство литий-ионных и литий-полимерных ячеек на столько увеличивают внутреннее сопротивление, что использовать их становится невозможно. Литий-железо-фосфатные и литий-титанатные при таких условиях ведут себя гораздо лучше.

Также в процессе эксплуатации, по мере износа элемента Rвн будет увеличиваться.

О внутреннем сопротивлении аккумуляторных элементов или на что обратить внимание при выборе элементов для аккумуляторной батареи электровелосипеда? ⋆ Upgrade Bike

Почему элементы LG, Samsung и Sony с наклейками «Liitokala» и «VariCore» стоят в два раза дешевле, чем такие же элементы, но без наклеек?

Все просто: это перепаковки, подделки под оригинальные элементы известных производителей.

— Как же так? Ведь люди везде скидывают замеры емкости — она совпадает с оригиналами!

Да, емкость у этих подделок такая же, как и у оригинальных элементов. Но внутреннее сопротивление значительно выше. Это очень хитрый способ продать подделку, так как чтобы измерить внутреннее сопротивление аккумуляторов — требуется специальный прибор, которого у обычного покупателя нет, естественно. Но иногда Liitokala продает и очень грубые подделки, которые без труда можно отличить от оригинала просто визуально.

Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора? Простыми словами — это способность аккумулятора отдавать токи. То есть, внутреннее сопротивление = токоотдача аккумулятора. Чем выше внутреннее сопротивление, тем хуже токоотдача аккумулятора. Таким образом, мы не можем использовать низкотоковые элементы (как в батареях ноутбуков, например) для изготовления батарей шуруповертов.

Если мы решим поставить аккумуляторы с высоким внутренним сопротивлением в батарею шуруповерта — они будут греться, на них будет проседать напряжение из-за чего элементы не смогут отдавать большую часть своей емкости, быстро деградируют и выходят из строя. Там, где требуется большая мощность — используют высокотоковые элементы. Или делают сборку, соединяя много низкотоковых элементов параллельно — для снижения и распределения нагрузки между ними.

Токоотдача элементов в их характеристикам указывается, как «А», что значит «Ампер». Например: Samsung 30Q 3000mAh 15A

Это значит, что такой элемент продолжительно может отдавать ток силой 15 ампер. Внутреннее сопротивление Samsung 30Q по заявлениям производителя должно составлять 12-13мОм.

Замеряем наши оригинальные Samsung 30Q прибором для измерения внутреннего сопротивления = 12.32мОм. Теперь замеряем на элементе с наклейкой «Liitokala» = 38.2мОм. Внутреннее сопротивление выше более, чем в 3 раза! Для сравнения, у оригинальных элементов LG Mh2 с токоотдачей 10А внутреннее сопротивление составляет 31.4мОм.

Правильные замеры внутреннего сопротивления аккумуляторных элементов профессиональным прибором YR1035+

Таким образом, мы можем сделать вывод, что у подделки токоотдача ниже 10 Ампер. Чем это грозит — уже было написано выше. Нагрев, просадка напряжения, быстрая деградация и выход из строя.

Такие подделки можно использовать только в устройствах с небольшой мощностью, но опять же они нестабильны и склонны к спонтанному выходу из строя (естественно, остерегайтесь подделок! На то они и «подделки»). Они КАТЕГОРИЧЕСКИ не подходят для использования в вейпах и электронных сигаретах — перегрев аккумулятора может привести даже к возгоранию или взрыву.

Внутреннее сопротивление аккумулятора — очень важный параметр, на который следует обращать внимание в первую очередь. Особенно это актуально при построении батарей электротранспорта.

Бонус. Фоторяд для тех, кто думает над покупкой или уже купил очень дешевые аккумуляторные элементы 18650 с названиями типа UltraFire с баснословной емкостью 9000mAh и т. п. Напомню, что для аккумуляторов 18650 на момент написания этой статьи максимальная емкость составляет 3500mAh.

Покупайте аккумуляторные элементы и батареи только в проверенных местах! По ссылкам ниже вы можете ознакомиться с нашим ассортиментом, среди которого есть и оригинальные литий-ионные элементы 18650.

Электровелосипед из обычного велосипеда
Наша группа в ВКонтакте: vk.com/upgradebike

Как внутреннее сопротивление влияет на производительность?

С переходом от аналогового к цифровому аккумулятору предъявляются новые требования. В отличие от аналоговых портативных устройств, потребляющих постоянный ток, цифровое оборудование заряжает батарею короткими сильными скачками тока.

Одним из неотложных требований к аккумулятору для цифровых приложений является низкое внутреннее сопротивление. Внутреннее сопротивление, измеряемое в миллиомах, является привратником, который в значительной степени определяет время работы. Чем ниже сопротивление, тем меньше ограничений испытывает батарея при обеспечении необходимых скачков мощности. Высокое показание мВт может вызвать раннюю индикацию «разряженной батареи» на, казалось бы, хорошей батарее, потому что доступная энергия не может быть доставлена ​​требуемым образом и остается в батарее

На рис. 1 показаны характеристики напряжения и соответствующее время работы батареи с низким, средним и высоким внутренним сопротивлением при подключении к цифровой нагрузке. Подобно мягкому мячику, легко деформирующемуся при сдавливании, напряжение аккумулятора с высоким внутренним сопротивлением модулирует напряжение питания и оставляет провалы, отражая импульсы нагрузки. Эти импульсы подталкивают напряжение к концу линии разряда, что приводит к преждевременному отключению. Как видно из графика, внутреннее сопротивление определяет большую часть времени работы.

Рис. 1: Кривая разряда при импульсной нагрузке с различным внутренним сопротивлением. На этой диаграмме показано время работы 3 аккумуляторов одинаковой емкости, но с разным внутренним сопротивлением.

Время разговора как функция внутреннего сопротивления

В рамках текущих исследований по измерению времени работы аккумуляторов с различными уровнями внутреннего сопротивления Cadex Electronics проверила несколько аккумуляторов сотовых телефонов, которые некоторое время находились в эксплуатации. Все батареи были одинаковыми по размеру и давали хорошие показания емкости при проверке с помощью анализатора батарей при постоянной разрядной нагрузке. Никель-кадмиевая батарея показала емкость 113 %, никель-металлогидридная — 107 %, а литий-ионная — 9 %.4%. Внутреннее сопротивление варьировалось в широких пределах и составляло 155 мОм для никель-кадмиевых, высокое 778 мОм для никель-металлогидридных и умеренные 320 мОм для литий-ионных. Эти показания внутреннего сопротивления типичны для стареющих батарей с таким химическим составом.

Теперь давайте проверим, как тестовые аккумуляторы ведут себя на сотовом телефоне. Максимальный импульсный ток сотовых телефонов GSM (глобальная система мобильной связи) составляет 2,5 ампера. Это представляет собой большой ток от относительно небольшой батареи емкостью около 800 миллиампер (мАч). Импульс тока в 2,4 ампера от аккумулятора емкостью 800 мАч, например, соответствует C-скорости 3C. Это в три раза больше текущего номинала батареи. Такие импульсы высокого тока могут быть доставлены только в том случае, если внутреннее сопротивление батареи низкое.

На рисунках 2, 3 и 4 показано время разговора трех батарей при смоделированном токе GSM 1C, 2C и 3C. Видна прямая зависимость между внутренним сопротивлением батареи и временем разговора. никель-кадмиевые показали себя лучше всего в данных обстоятельствах и обеспечили время разговора 120 минут при разряде 3C (оранжевая линия). никель-металл-гидрид работал только при 1C (синяя линия) и не работал при 3C. литий-ионный позволял умеренное время разговора 50 минут при 3C.

Рисунок 2: Разряд и результирующее время разговора никель-кадмия на 1С, 2С и 3С по графику нагрузки GSM. Тестируемый аккумулятор имеет емкость 113%, внутреннее сопротивление невелико – 155 мОм. Рис. 3: Разрядка и результирующее время разговора никель-металлгидридного на 1C, 2C и 3C по графику нагрузки GSM. Тестируемый аккумулятор имеет емкость 107%, внутреннее сопротивление высокое 778 мОм. Рисунок 4: Разрядка и итоговое время разговора литий-ионной батареи при 1C, 2C и 3C по графику нагрузки GSM. Протестированная батарея имеет емкость 94%, внутреннее сопротивление 320 мОм.

Внутреннее сопротивление в зависимости от уровня заряда

Внутреннее сопротивление зависит от уровня заряда батареи. Наибольшие изменения заметны на батареях на основе никеля. На рисунке 5 мы наблюдаем внутреннее сопротивление никель-металлогидридного аккумулятора в пустом состоянии, во время зарядки, при полной зарядке и после 4-часового периода покоя.
Уровни сопротивления самые высокие при низком уровне заряда и сразу после зарядки. Вопреки распространенному мнению, наилучшая производительность батареи достигается не сразу после полной зарядки, а после периода отдыха в несколько часов. Во время разряда внутреннее сопротивление батареи уменьшается, достигает наименьшего значения при половинном заряде и снова начинает расти (пунктирная линия).

Рис. 5: Внутреннее сопротивление в никель-металлгидридном исполнении. Обратите внимание на более высокие показания сразу после полной разрядки и полной зарядки. Отдых батареи перед использованием дает наилучшие результаты. Ссылки: Shukla et al. 1998. Родригес и др. 1999.

Внутреннее сопротивление литий-ионного аккумулятора практически одинаково от пустого до полного заряда. Батарея асимптотически уменьшается с 270 мВт при 0% до 250 мВт при 70% заряда. Наибольшие изменения происходят между 0% и 30% SoC.

Сопротивление свинцово-кислотных батарей увеличивается при разряде. Это изменение вызвано уменьшением удельного веса, истощением электролита по мере того, как он становится более водянистым. Увеличение сопротивления почти линейно с уменьшением удельного веса. Остальные несколько часов частично восстановят батарею, так как сульфат-ионы могут восполниться сами. Изменение сопротивления между полным зарядом и разрядом составляет около 40%. Низкая температура увеличивает внутреннее сопротивление всех аккумуляторов и добавляет примерно 50% в диапазоне от +30°C до -18°C для свинцово-кислотных аккумуляторов. На рис. 6 показано увеличение внутреннего сопротивления гелевой свинцово-кислотной батареи, используемой для инвалидных колясок.

Рис. 6: Типичные значения внутреннего сопротивления свинцово-кислотного аккумулятора для инвалидных колясок. Аккумулятор разрядился от полного заряда до 10,50В. Показания снимались при напряжении холостого хода (OCV).
Источник: Аккумуляторные лаборатории Cadex.

Аккумуляторы в портативном мире

Материал по Battery University основан на незаменимом новом 4-м издании « Аккумуляторы в портативном мире — справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров» », который можно заказать на Amazon. com.

Разъяснение 5 распространенных мифов о литий-ионных батареях – 18650 Аккумулятор

Предисловие

Терминология для аккумуляторов 18650 может быть очень запутанной. мифы. 

• Миф №1. У вас есть отдельные аккумуляторы 18650
• Миф №2. Что лучше, Li-Po или Li-ion?
• Миф №3. Когда вы заряжаете аккумулятор, его емкость увеличивается
• Миф № 4. Аккумуляторы 18650 могут быть первичными или вторичными элементами
• Миф № 5. Полное сопротивление и сопротивление взаимозаменяемы

Я решил подробно остановиться на каждом пункте, чтобы читатели могли полностью понять, что стоит за каждым мифом. С детализацией тоже кроется некоторая сложность. Признаться, я волнуюсь. Я хочу, чтобы этот пост прояснил 18650 мифы об аккумуляторах, а не запутал еще больше.

По этой причине я добавил как можно больше метафор для явления.

Когда вы сталкиваетесь с ними, найдите минутку, чтобы подумать о том, что происходит. Я считаю, что эти метафоры действительно лучший способ быстро понять сложные концепции.

И, наконец, если вы обнаружите какие-либо ошибки, у вас возникнут вопросы или вы не согласны с чем-то, что я написал, дайте мне знать в комментариях!

Миф №1. У вас есть отдельные аккумуляторы 18650

Ответ: Технически у вас есть отдельные аккумуляторы 18650, а не аккумуляторы

Проблема терминологии здесь возникает из-за различий между потребителями и инженерами.

1 – Ячейка

С технической точки зрения, отдельная батарея 18650 на самом деле является ячейкой. Ячейка — это наименьшая упакованная форма, которую может принять батарея (и для батарей 18650 ячейка обычно составляет 4,2 В).

2 – Модуль

Следующим шагом в иерархии является модуль, который может состоять из нескольких ячеек 18650, соединенных параллельно или последовательно. Модули могут иметь размер от нескольких ячеек до нескольких сотен ячеек в зависимости от потребности в энергии.

Литий-ионный аккумулятор BMW i3 с видимыми отдельными аккумуляторными модулями

3 – Аккумулятор (или аккумуляторный блок)

Аккумулятор представляет собой группу элементов или модулей, соединенных вместе параллельно или последовательно, обычно называется аккумуляторной батареей. И инженеры, и потребители называют конечную упаковку аккумуляторной батареей. Однако только инженеры обычно называют пакет с одной мировой «батареей» в контексте литий-ионных аккумуляторов 18650. Аккумуляторы 18650 почти всегда содержат BMS (систему управления батареями), которая представляет собой схему, которая регулирует элементы и модули.

• Если необходимо отличить аккумулятор от аккумулятора, «пакет» часто бывает меньше, а «батарея» больше

Мне действительно нужно начать называть их ячейками, а не батареями?

Ну, это зависит от того, кто вы и чем занимаетесь.

Называть отдельную ячейку 18650 батареей вполне приемлемо для большинства людей. Мы часто делаем это на Battery Bro. Это связано с тем, что для большинства потребителей 18650 — это батарея, точно так же, как АА — батарея. Это маленький цилиндр, который дает нам силу — с ним легко общаться.

Но номенклатура для инженеров другая. Забота об эффективности диктует соблюдение стандартов, и в зависимости от их философии работы некоторые инженеры могут воспринимать это очень лично. Я сталкивался с такими, и не согласен с ними.

Это связано с тем, что обычно батарея представляет собой автономную систему, способную безопасно питать устройство. Ключевым моментом является безопасность батареи. С другой стороны, ячейка 18650 нуждается в дополнительной схеме регулирования для безопасной работы, потому что литий очень химически реактивен.

Добавление BMS также имеет решающее значение для поддержания ожидаемого длительного срока службы литий-ионных аккумуляторов. Отдельные ячейки не имеют BMS, это работа стаи.

Помните трехуровневую систему, используемую при создании батарейных блоков: элементы, модули и батарея. Каждая категория имеет свой набор правил, поэтому они не могут делиться своими именами. Поэтому в некоторых случаях необходимо различать элемент и батарею.

Напомним, что отдельный 18650 — это элемент, а группа 18650 — аккумулятор.

• Потребители говорят: 18650 Аккумулятор
• Инженеры говорят: 18650 Cell

• Потребители говорят: 18650 Аккумулятор
• Инженеры говорят: Аккумулятор 18650 (или аккумулятор 18650)

Ответ: Вы не можете фактически сравнить два.

Слово LiPo (литий-полимер) используется в двух случаях.

1. (Необычный) Первоначальное значение, относящееся к «полимерному электролиту»
2. (Общий) Новое значение, ячейка с «пакетным форматом»  
1. В этом новом значении электрохимия элементов не отличается от электрохимии литий-ионных (литий-ионных)

Применение №1 — (необычный) полимерный электролит

Много лет назад была разработана химия, получившая название LiPo. На самом деле он никогда не применялся и не часто упоминается. В ячейках этого типа используются настоящие полимерные электролиты, но они не дошли до коммерческого использования и представляют собой экспериментальную ячейку для исследований.

Применение № 2 — (общий) формат полимерной оболочки или пакета

Сегодня слово LiPo означает литий-полимерный . Полимер представляет собой податливый мягкий материал, который создает внешнюю оболочку батареи.

 

 

Это выбухающая (разлагающаяся) липо-клетка (обычно с возрастом). Обратите внимание, что 18650 никогда не сможет так раздуться.

Литий-полимерный (LiPo, LiPoly и т. д.) используется для аккумуляторов мобильных телефонов и планшетов; подумайте об их различной форме и легко прокалываемом материале. Сравните это с цилиндрической батареей 18650 со стальным корпусом, которая является стандартизированной, твердой и цилиндрической. Аккумуляторы 18650 (18 мм на 65 мм) никогда не используют мягкий, податливый полимерный корпус.

Если мы сделаем шаг назад, то увидим, что и в жестких, и в мягких батареях используется одна и та же фундаментальная электрохимия. Они оба литий-ионные (li-ion, liion и т. д.) аккумуляторы.

То есть они оба дают нам полезную энергию, шунтируя ионы лития между катодной и анодной пластинами. Ионы движутся в одном направлении во время заряда и в другом направлении во время разряда. Это фундаментальное движение присутствует как в жестких батареях типа 18650, так и в мягких батареях LiPo. Оба аккумулятора литий-ионные.

Удивительно, разве все эти различные полимерные архитектуры не прекрасны?

Путаница. Все клетки содержат немного полимера, но он не реактивен

Так что же такое полимер? В древнегреческом языке polus имело значение «много, много», а meros — «части». Полимер представляет собой большую молекулу, состоящую из множества повторяющихся субъединиц. Это широкое определение означает, что существует множество типов полимеров, особенно синтетические пластики и другие природные биополимеры, такие как ДНК.

Это означает, что даже ячейка 18650 без полимерного сепаратора или любого электролита может содержать «полимер». На самом деле литий-ионные аккумуляторы имеют внутренний полимер, но он составляет менее 5% от общего веса и не обеспечивает никаких электрохимических реакций.

Этот полимер часто является связующим. Это может быть поли(винилиденфторид) или PVdF, который помогает смеси химических веществ прилипать к медной и алюминиевой фольге внутри батареи.

Этот связующий агент не следует путать с истинным значением липо. Губа означает «формат мешочка».

Миф №3. Когда вы заряжаете элемент, его емкость увеличивается

Ответ: Когда вы заряжаете элемент, увеличивается его заряд, а не емкость.

Различие между зарядом и емкостью интуитивно неясно, поэтому возникает этот миф.

 

Указатель уровня топлива – отличный способ оценить заряд батареи

“Указатель уровня топлива” машина. С помощью этого датчика вы можете легко сравнить энергию, оставшуюся в вашем автомобиле, с энергией, которая у вас была, когда она была полной.

Указатель уровня топлива позволяет быстро увидеть, сколько энергии у вас осталось, пока вам не понадобится перезарядка.

Для аккумуляторов это состояние называется состоянием заряда (SOC)(%), также известным как функция «Указатель уровня топлива».

Теперь подумайте о том, чтобы взять аккумулятор и спросить: «Насколько он заряжен?» Это тот же тип ответа, который вы ожидаете, если спросите: «Сколько топлива в моей машине?» Это означает, что когда вы говорите о заряде батареи, вы действительно хотите знать ее SOC (состояние заряда), а не ее емкость.

Резюме: когда вы хотите увидеть что-то вроде указателя уровня заряда аккумулятора, вы спрашиваете о его заряде, и , а не его емкость.

В отличие от указателя уровня топлива, ведра — это отличный способ оценить емкость аккумулятора. Ведро посреди песчаной бури. Каждый день вы можете видеть, сколько воды в ведре, и сколько можно долить. Однако каждый раз, когда вы открываете крышку, песок попадает и скапливается на дне ведра. Постепенно ваша вместимость уменьшается по мере увеличения песка.

Ведро – это емкость, а вода – это энергия. Песок — это разрушение батареи (из-за окисления элементов), которое является естественным и необратимым процессом.

Перенеситесь во Францию ​​1780-х годов — человек по имени Шарль-Огюстен де Кулон изобрел единицу измерения электрического заряда в системе СИ, которая теперь носит его имя. Единица кулон равна количеству электроэнергии произведенной или потребленной ровно за одну секунду на один ампер .

Когда мы говорим о емкости аккумулятора, мы говорим о его кулонометрическая емкость , полученная в результате разрядки аккумулятора.

Кулонометрическая емкость рассчитывается по следующей формуле:

• (Ток разряда в амперах) x (Время разряда*)

*Время разряда — это диапазон между полностью заряженным SOC и напряжением отсечки.

Например:

• (2 А) x (2 часа) = 4 Ач или 4000 мАч
• (20 А) x (6 минут) = 2 Ач или 2000 мАч

Полученная кулонометрическая емкость выражается в ампер-часах или часто переводится в миллиампер-часы.

Это эквивалентно «Я знаю, сколько места в моем ведре, если я выпью его через 2-миллиметровую соломинку и на это у меня уйдет 2 часа, я могу сказать, что в моем ведре осталось 4 миллиметра часов».

Если вы проводите это измерение, когда ваше ведро совершенно новое (без песка, без износа), это называется номинальной емкостью. Если вы проводите измерение после некоторого использования, оно называется текущей или фактической емкостью.

Условия окружающей среды, такие как температура и колебания силы тока во время заряда и разряда, могут значительно изменить полезную емкость элемента. Подумайте об аналогии с ведром: если вода слишком горячая, вы не сможете глотнуть ее на полной скорости. То же самое с заморозкой мозгов на другом конце спектра. Вы не можете хорошо измерить ведро, если вода не имеет или близка к оптимальной температуре.

Кроме того,

SOC зависит от емкости

Ссылка SOC может быть либо текущей емкостью, либо номинальной емкостью. Помните, что текущая емкость — это то, что может удерживать элемент или батарея, а номинальная емкость — это то, что она может удерживать, когда она новая, в оптимальных условиях.

Использование номинальной емкости может ввести в заблуждение из-за износа элементов питания с течением времени.

Без учета потери производительности из-за деградации топливный счетчик всегда будет показывать 100% при зарядке, даже если он может вмещать только половину топлива по сравнению с тем, что мог в начале своего срока службы. Представьте, если бы ваш топливный бак медленно уменьшался со временем, а производители автомобилей не сообщали бы вам об этом.

• Во время непрерывного разряда высокой силы тока или импульсов высокой силы тока ячейка используется слишком быстро, и возникает неэффективность, что приводит к потере емкости. Это связано с тем, что химические реакции занимают конечное время, и можно вложить больше энергии, чем можно отреагировать. Лучшая аналогия, которую я слышал для объяснения этого, — это разливание пива. Вы должны вливать его медленно, чтобы заполнить его. Слишком быстрое наливание приводит к пене и раздражающему малому количеству пива.
• Разрядка с высокой скоростью экспоненциально отнимает больше энергии, и, наоборот, разрядка с низкой скоростью значительно увеличивает время работы. Это решается с помощью уравнения Пейкерта (In T = C).

Обзор

Зарядка похожа на указатель уровня топлива — легко увидеть, сколько у вас осталось. Емкость — это общее количество топлива, которое вы можете взять с собой. Вы можете измерить емкость для любого данного SOC (состояние заряда), но это только оценка.

Миф №4. Аккумуляторы 18650 могут быть первичными или вторичными элементами

Ответ: Все аккумуляторы 18650 являются вторичными элементами.

Первичный элемент — это элемент, который нельзя перезаряжать (или нельзя легко перезарядить) после его разрядки. Первичные клетки подобны одноразовым тарелкам — используются один раз, а затем выбрасываются.

Вторичная батарея — это перезаряжаемая батарея.

• Примечание: перезаряжаемая щелочная батарея, такая как перезаряжаемая батарея AA, считается перезаряжаемой первичной, а не вторичной батареей, что еще больше запутывает
.

Вторичные элементы становятся все более популярными и заменяют первичные элементы во многих приложениях. Тем не менее, в некоторых случаях использования, таких как датчики дыма, все же имеет смысл использовать первичные элементы, поскольку их скорость саморазряда намного ниже.

Литий-ионные аккумуляторы являются вторичными элементами, но они используются в качестве первичных элементов, которые использовались в прошлом, например, когда они направляют энергию в ноутбуки, мобильные телефоны и электрические велосипеды. Несмотря на то, что литий-ион часто используется в качестве первичных элементов в прошлом, литий-ион по-прежнему считается вторичным элементом.

Миф № 5. Импеданс и сопротивление являются взаимозаменяемыми терминами

Ответ: между ними мало взаимосвязи, и хотя они оба работают с одной и той же целью, выходной сигнал (в омах) всегда разный.

Чтобы понять разницу между сопротивлением постоянному току и сопротивлением переменному току, вы должны понимать, что электрические нагрузки имеют как резистивные, так и реактивные явления.

Помните об этих двух вещах:

1. Резистивное явление
2. Реактивное явление

Знайте эти взаимозаменяемые термины:

• Постоянный ток / нагрузка = внутреннее сопротивление
• Подход / сигнал переменного тока = внутреннее сопротивление

Омическое сопротивление (Ro)

Измерение внутреннего сопротивления не учитывает реактивные элементы.

Это внутренний вид внутреннего нагревательного элемента

При рассмотрении внутреннего сопротивления элемента или батареи по чисто резистивному значению (Ом) не учитываются реактивные элементы. Лучшей аналогией, которую я слышал, является аналогия с нагревательным элементом, который производит тепло за счет трения (сопротивления) проходящего через него тока. Чем больше внутреннее сопротивление, тем больше выделяется тепла. В этом сценарии нет реактивных компонентов, только один резистивный элемент, определяющий выход.

Когда ваше напряжение падает из-за использования, это происходит потому, что ток батареи протекает через ее внутреннее сопротивление.

Более старый подход к постоянному току  

Подход к постоянному току получил название: внутреннее сопротивление

Первый и наиболее распространенный подход заключается в том, чтобы нагрузить аккумулятор. Вы подаете определенное количество ампер в течение определенного времени (например, 20 ампер в течение 5 секунд) и измеряете результирующее падение напряжения.

Это похоже на добавление трения к нагревательному элементу из предыдущей аналогии и измерение его результирующего увеличения тепла.

Насколько сложно будет услышать кого-то из другого конца комнаты?

Обратите внимание на отношение сигнал/шум. По этой причине ранние испытания постоянного тока требовали большой силы тока. Представьте, что вы на коктейльной вечеринке и пытаетесь подслушать разговор в другом конце комнаты. Это возможно только в том случае, если человек кричит.

Подход переменного тока

Подход переменного тока называется: Внутренний импеданс

Более новый, усовершенствованный подход к измерению сопротивления появился после подхода постоянного тока. Используя переменный ток, ученые смогли послать сигнал переменного тока через аккумулятор на очень определенной частоте. Частота здесь является ключевым моментом.

Если мы вернемся на коктейльную вечеринку. Теперь представьте, что мы собака, а у человека в другом конце комнаты есть собачий свисток. Это то, что может сделать использование определенной частоты переменного тока — это может позволить нам очень точно отличить сигнал от шума с уникальной сигнатурой.

Проблема в том, что эти пульсации переменного тока будут взаимодействовать с другими элементами батареи (индуктивное сопротивление катушки и реактивная емкость конденсатора), что ухудшит качество сигнала. Это похоже на отскок собачьего свистка от стен и людей.

• Импеданс используется производителями, которые часто тестируют элементы 18650 при частоте переменного тока 1 кГц.

Более новый подход постоянного тока

Существуют более новые подходы, в которых больше не требуется высокая сила тока, и для точного распознавания сигнала можно применять небольшие импульсы тока. Это похоже на то, как теперь вы можете отчетливо слышать, как бабочка хлопает крыльями по комнате на коктейльной вечеринке.

• Емкость и SOC (состояние заряда) литий-ионного аккумулятора не коррелируют с его внутренним сопротивлением (измеренным методом постоянного тока)

Реакции

Как мы видим, подход постоянного тока к измерению внутреннего сопротивления не измеряет ничего реактивного. Это похоже на нагреватель, у вас больше трения и больше тепла — больше ничего нет. С другой стороны, пульсации переменного тока реагируют с катушками и конденсаторами. Один использует нагрузку постоянного тока , другой сигнал переменного тока .

При измерении батареи или элемента 18650 важно отметить, какой подход вы используете, потому что результирующие значения сопротивления будут другими.

• Новый, полностью заряженный элемент 18650, испытанный на переменном токе (1 кГц), может дать от 30 до 60 мОм.
• В то время как с эквивалентным подходом постоянного тока это может дать от 100 до 130 мОм.

Сравнение сопротивления с импедансом не является сравнением яблок с апельсинами — это разные невзаимозаменяемые термины.

Готово

И это конец этих пяти мифов об аккумуляторах. Вот краткое изложение мифов и ответов на них:

Миф №1 – У вас есть отдельные аккумуляторы 18650
Ответ: Технически у вас есть отдельные элементы 18650, а не аккумуляторы

Миф №2 – Что лучше, Li-Po или Li-ion?
Ответ: Вы не можете сравнить два.

Миф №3 – Когда вы заряжаете элемент, его емкость увеличивается
Ответ: Когда вы заряжаете элемент, увеличивается его заряд, а не емкость.