Jaký je nejlepší vnitřní odpor baterie?

Vnitřní odpor označuje odpor, kterému čelí proud procházející vnitřní částí lithiová baterie během vybíjení nebo nabíjení. Je určena vodivostí materiálu uvnitř baterie, rychlostí transportu iontů elektrolytu, kontaktním odporem mezi elektrodou a elektrolytem a mnoha dalšími faktory. Velikost vnitřního odporu přímo ovlivňuje výkon lithiové baterie, včetně výkonu, životnosti, teplotních charakteristik a tak dále.

(2) Role vnitřního odporu lithiových baterií

1. Vnitřní odpor je jedním z limitujících faktorů výstupního výkonu lithiových baterií. Když je vnitřní odpor baterie vysoký, proud procházející baterií způsobí velký pokles napětí, což způsobí snížení výstupního výkonu baterie.

2. Vnitřní odpor způsobí samovybíjení baterie. Vzhledem k přítomnosti odporu uvnitř baterie baterie také umožní, aby protékala určité množství proudu, když není v provozu, což způsobí samovybíjení baterie.

3. Vnitřní odpor ovlivňuje teplotní charakteristiky baterie. Baterie s vyšším vnitřním odporem budou při vybíjení nebo nabíjení generovat více tepla, což způsobí zvýšení teploty baterie, což dále ovlivní její výkon.

Za druhé, vyhodnoťte výkon baterie podle jejího vnitřního stejnosměrného odporu

. V praktických aplikacích se vnitřní stejnosměrný odpor často používá k hodnocení zdraví lithiových baterií, předpovídání životnosti a odhadu SOC (State of Charge) a SOP (State of Power) baterie. baterie. Měřením vnitřního stejnosměrného odporu baterie lze získat informace o stavu baterie, které poskytují základ pro správu a sledování baterie a další zlepšení účinnosti a životnosti baterie následovně: 1. Posouzení stavu:

Baterie Lithiová baterie označuje stupeň degradace baterie během používání, obvykle měřený rychlostí snižování kapacity a rychlostí zvyšování vnitřního odporu. Změny vnitřního stejnosměrného odporu mohou odrážet fyzikální a chemické změny v baterii, takže je lze použít k vyhodnocení stavu baterie. Jak se životnost baterie snižuje, její vnitřní odpor se zvyšuje.

2. Předpověď života:

Zvýšení vnitřního odporu baterie je důležitým projevem stárnutí baterie. Sledováním vnitřního stejnosměrného odporu baterie lze předvídat její životnost. Když se vnitřní stejnosměrný odpor do určité míry zvýší, znamená to, že se baterie blíží nebo již překročila svou návrhovou životnost a je třeba ji vyměnit nebo opravit.

3. Posouzení systému SOC:

Battery SOC označuje aktuální stav nabití baterie, to znamená poměr zbývající dostupné energie v baterii k celkové energii. Mezi vnitřním stejnosměrným odporem a SOC baterie existuje určitý vztah. SOC baterie lze odhadnout měřením vnitřního stejnosměrného odporu baterie. Podle stávajícího modelu vnitřního odporu versus stav nabití lze SOC baterie vypočítat měřením vnitřního stejnosměrného odporu baterie.

4. Vyhodnocení SOP systému.

SOP baterie označuje aktuální stav nabití baterie, tj. maximální výkon, který může baterie poskytnout. Existuje také vztah mezi vnitřním stejnosměrným odporem a SOP baterie. SOP baterie lze odhadnout měřením vnitřního stejnosměrného odporu baterie. Podle stávajícího modelu vnitřního odporu versus výkon lze SOP baterie vypočítat měřením vnitřního odporu baterie při stejnosměrném proudu.

Vnitřní DC odpor hraje důležitou roli při hodnocení zdravotního stavu, predikci životnosti a hodnocení SOC a SOP lithiové baterie.

Za třetí , metoda měření vnitřního odporu.

Metody měření vnitřního odporu se dělí především na statická měření a dynamická měření.

1. Statická metoda měření.

Statická metoda měření spočívá ve výpočtu vnitřního odporu baterie měřením rozdílu mezi napětím naprázdno a zkratovým proudem. Konkrétní kroky jsou následující:

(1) Umístěte baterii na chvíli, aby se elektrochemická reakce uvnitř baterie vyrovnala.

(2) Změřte napětí naprázdno baterie.

(3) Připojte zátěž mezi kladný a záporný pól baterie, abyste změřili zkratový proud.

(4) Pomocí Ohmova zákona vypočítejte vnitřní odpor baterie.

2. Dynamická metoda měření. Dynamická metoda měření zahrnuje měření vnitřního odporu baterie aplikací střídavého elektrického signálu. Konkrétní kroky jsou následující:

(1) Aplikujte střídavý elektrický signál mezi kladný a záporný pól baterie.

(2) Změřte signály proudu a napětí baterie.

(3) Vypočítejte vnitřní odpor baterie z fázového rozdílu a poměru amplitud proudových a napěťových signálů.

čtyři . Faktory ovlivňující vnitřní odpor.

Velikost vnitřního odporu je ovlivněna mnoha faktory, zejména následujícími:

1. Vodivost materiálu baterie. Vodivost materiálu baterie určuje rychlost přenosu proudu uvnitř baterie. . Čím vyšší je vodivost materiálu uvnitř baterie, tím nižší je vnitřní odpor.

2. Rychlost transportu iontů elektrolytu. Rychlost transportu iontů elektrolytu přímo ovlivňuje vnitřní odpor baterie. Čím vyšší je rychlost transportu iontů v elektrolytu, tím nižší je vnitřní odpor.

3. Kontaktní odpor mezi elektrodou a elektrolytem. Kontaktní odpor mezi elektrodou a elektrolytem je také důležitým faktorem ovlivňujícím vnitřní odpor. Čím nižší je přechodový odpor, tím nižší je vnitřní odpor.

4. Konstrukce baterie. Určitý vliv na vnitřní odpor má i konstrukce baterie. Například čím větší je plocha elektrod baterie, tím nižší je vnitřní odpor.

5. Teplota Teplota má také velký vliv na vnitřní odpor. Obecně platí, že čím vyšší teplota, tím nižší vnitřní odpor.

Pátý. Metody snižování vnitřního odporu.

Pro zlepšení výkonu lithiových baterií je nutné provést některá opatření ke snížení vnitřního odporu. Zde jsou některé běžné metody:

1. Optimalizace materiálu baterie. Změnou složení a struktury materiálu baterie zlepšíte vodivost materiálu baterie a tím snížíte vnitřní odpor.

2. Optimalizace elektrolytu pro změnu složení a koncentrace elektrolytu, zlepšení rychlosti přenosu iontů v elektrolytu, čímž se sníží vnitřní odpor.

3. Zlepšit kontakt mezi elektrodou a elektrolytem změnou kontaktního režimu mezi elektrodou a elektrolytem, ​​snížit přechodový odpor mezi elektrodou a elektrolytem, ​​čímž se sníží vnitřní odpor.

4. Optimalizace konstrukce baterie. Změnou konstrukce baterie zvětšete plochu elektrody, čímž snížíte vnitřní odpor.

5. Ovládejte teplotu. Správně kontrolujte provozní teplotu baterie, abyste zabránili přehřátí a snížili vnitřní odpor.

Šest. Závěr

Vnitřní odpor je důležitým ukazatelem při hodnocení výkonu lithiové baterie, který přímo ovlivňuje výkon, životnost a teplotní charakteristiky baterie. Přiměřenými metodami měření a optimalizačními opatřeními lze snížit vnitřní odpor baterie a zlepšit výkon lithiové baterie. Předpokládá se, že s neustálým pokrokem vědy a techniky se bude vnitřní odpor lithiových baterií dále snižovat, což poskytne lepší podporu pro vývoj aplikací lithiových baterií.

• Předchozí: Vnitřní odpor lithiové baterie je AC odpor a DC odpor.
• Další : Jak lithiové baterie testují distribuční skupiny?

Většina baterií moderních elektrokol je sestavena na bázi lithium-iontových článků o velikosti 18650. Jedná se o nejrozšířenější formát článků, což potvrzuje i fakt, že se používají při montáži baterií do některých elektromobilů Americká společnost Tesla, konkrétně pro sportovní vůz Tesla Roadster.

Je zřejmé, že baterie pro automobil za několik milionů dolarů používá články nejvyšší kvality. Jak ale odlišit původní buňky od padělků? Než se pokusíme odpovědět na tuto otázku, pojďme pochopit, odkud pochází název „18650“ a co je uvnitř buňky.

Velikost rámu 18650 a design buňky

Formát 18650 se tak rozšířil díky tomu, že takové články lze použít k sestavení baterie téměř libovolné konfigurace a každý článek má své vlastní pevné pouzdro.

Název standardní velikosti „18650“ obsahuje rozměry článku v milimetrech – má průměr 18 mm a délku 65 mm. Článek je sestaven ve válcovém kovovém pouzdře, které je s negativním kontaktem a obsahuje sadu pružných desek – anodu a katodu, oddělených separátory a svinutých do role.

Na kladné straně je umístěn přetlakový pojistný ventil, který se aktivuje v případě poruchy, např. zkratu. To poskytuje potřebnou úroveň zabezpečení při použití takových buněk.

Jak se liší drahé články od levných?

Pro sestavení kvalitní spolehlivé baterie, která dlouho vydrží a neztratí podstatnou část své kapacity v prvním roce provozu, musíte mít jistotu, že je sestavena z kvalitních článků.

Za hlavní ukazatele kvality buněk lze považovat následující:

● vnitřní odpor článku

● maximální nabíjecí a vybíjecí proud

● žádný svodový proud

Vnitřní odpor článku určuje nejen jeho schopnost dodávat vysoké proudy (tedy jeho zatížitelnost), ale také to, jak se během provozu zahřeje.

Čím nižší je vnitřní odpor, tím lépe – tím snadněji dodává proud a tím méně se zahřívá. Články s vysokým vnitřním odporem se i při průměrném zatížení poměrně silně zahřívají, což vede k jejich rychlé degradaci a v důsledku toho ke ztrátě kapacity.

Vnitřní odpor se vyjadřuje v miliohmech (mOhm). U vysoce kvalitních článků 18650 je tento parametr do 30 mOhm. Například specifikace pro články LG HG2 uvádí hodnotu „ne více než 20 mOhm“.

Články od známých výrobců jsou zpravidla dražší, protože mají nízký vnitřní odpor, vyznačují se vysokou zatížitelností a absencí svodového proudu a jejich skutečná kapacita je stejná nebo o něco větší než deklarovaná.

Absence unikajícího proudu zajišťuje konstantní napětí na jeho kontaktech v průběhu času, což znamená, že se článek při dlouhodobém skladování nevybije pod 2,5 V a nedojde k jeho selhání.

Specifikace pro články také uvádějí maximální nabíjecí a vybíjecí proud, který nepovede k urychlené degradaci článků Například u článků LG HG2 je maximální vybíjecí proud 20 A a maximální nabíjecí proud je 4 A. V tomto případě se za standardní nabíjecí proud považuje proud , který se rovná polovině kapacity článku (0,5 C), tedy v našem případě je to 0,5 * 3000 = 1500 mA.

Čím vyšší je maximální vybíjecí proud, tím vyšší výkon může článek dodat. Takovéto silnoproudé články jsou určeny pro použití v bateriích do šroubováků, elektronických cigaret a elektrických kol. Nízkoproudé články se používají v méně výkonných aplikacích, jako jsou cyklistická světla.

Kapacita moderních lithium-iontových článků 18650 se pohybuje v rozmezí od 2000 do 3600 mAh. Pokud v takovém případě narazíte na nabídku vyšší kapacity, s největší pravděpodobností to není pravda a v praxi to dopadne výrazně nižší, než se uvádí.

Pro stanovení kapacity během nabíjení používají výrobci článků nabíjecí schéma CC-CV (Constant Current – Constant Voltage), ve kterém je článek nejprve nabíjen konstantním proudem, dokud napětí nedosáhne horní prahové hodnoty (4,2 V), a poté toto napětí je zachován, čímž se snižuje nabíjecí proud. Nabíjení se zastaví, když proud klesne na mezní hodnotu proudu.

Podobné nabíjecí schéma se používá u nabíječek pro lithium-iontové baterie, to je jejich rozdíl od napájecího zdroje, který se pro tyto účely nedoporučuje.

Při stanovení vybíjecí kapacity se zpravidla používá proud 0,2 C (20 % kapacity). Například při testování článků LG HG2 s kapacitou 3000 mAh je vybíjení prováděno proudem 600 mA až do dosažení spodního prahu napětí článku (2,5 V) při udržování teploty 23 stupňů Celsia.

Výrobci článků

Největšími výrobci článků 18650 jsou dnes LG, Panasonic (Sanyo), Samsung a Sony.

Nejběžnější články od LG se nazývají LG HG2. Mají jmenovitou kapacitu 3000 mAh a vnitřní odpor menší než 20 mOhm (na obrázku vlevo). Z nejprostornějších článků tohoto výrobce je dobře známý LG MJ1 s kapacitou 3500 mAh (vpravo).

Známá japonská společnost Panasonic patří mezi deset největších výrobců lithium-iontových baterií na světě a vyrábí je i pro Teslu.

Panasonic oznámil fúzi se Sanyo Electric Co v roce 2009, ale jak články označené Panasonic (na obrázku vlevo), tak články označené Sanyo (vpravo) jsou k dispozici k prodeji. Jsou označeny jako NCR18650GA a mají kapacitu 3450 mAh.

Společnost Sony jako první uvedla na trh lithium-iontovou baterii v roce 1991 na základě patentu japonského chemika Akiry Yoshino.

Aktuálně jsou k prodeji baterie VTC4, VTC5, VTC6 od tohoto výrobce. Originální články VTC4 jsou označeny jako US18650VTC4, mají kapacitu 2100 mAh a vnitřní odpor dle datasheetu 12 mOhm, jsou zobrazeny na následující fotografii.

Mezi lithium-iontovými články od Samsungu jsou v současnosti nejběžnější modely 25R (celý název INR18650-25R, na obrázku vlevo) a 30Q (vpravo). První má kapacitu 2500 mAh, druhý – 3000 mAh.

Kromě uvedených známých výrobců existuje mnoho dalších, zejména sídlících v Číně, mezi nimiž jsou nejen ti, kteří vyrábějí články pod vlastní značkou, ale také ti, kteří padělají články od známých výrobců.

V mnoha případech jsou vysoce kvalitní padělky poměrně obtížné odlišit od originálu vnějšími znaky, ale o tom budeme hovořit podrobněji níže.

Provozní a skladovací teplota

Při použití baterie sestavené z nekvalitních článků s vysokým vnitřním odporem hrozí její rychlá ztráta kapacity. To může být způsobeno dvěma důvody: degradací způsobenou vysokými teplotami a nevyvážeností baterie, tedy zvýšením šíření napětí mezi články.

Specifikace hlavních výrobců článků specifikují teplotní rozsahy, ve kterých musí být články provozovány. Například články LG HG2 by se měly nabíjet v rozsahu od 0 do +50 stupňů a vybíjet v rozsahu od -20 do +75. Když se blíží teplotní limity, rychlost degradace buněk se zvýší.

Při skladování článků, včetně přepravy od výrobce ke spotřebiteli, je také nutné dodržovat teplotní režim a čím delší je doba skladování, tím užší je přípustný teplotní rozsah.

Například specifikace pro články LG HG2 naznačují, že skladování po dobu jednoho měsíce je povoleno při teplotách od -20 do +60 stupňů, po dobu 3 měsíců – od -20 do +45 a po dobu jednoho roku – od -20 do +20 stupňů. .

Lithium-iontové články pracují v rozsahu od 2,5 V (někdy od 3 V) do 4,2 V. Pokud jsou vybity pod 2,5 V a ponechány po dlouhou dobu, začne proces zrychlené degradace a podle toho i ztráta kapacity . Obdobného výsledku se dosáhne, když jsou články nabity nad horní hodnotu (4,2 V).

K odstranění takových situací se používá BMS (Battery Management System). Jedná se o desku, která se instaluje do baterie a zajišťuje, aby napětí na článcích byla v požadovaném rozsahu.

Kromě toho BMS zastaví proces nabíjení baterie, jakmile napětí na jednom z článků dosáhne horní hodnoty (4,2 V), a také vypne zátěž při dosažení spodního prahu (2,5 V nebo 3 V) na libovolném buněk.

Většina moderních BMS má balanční funkci – vyrovnávání napětí na článcích posunováním článků maximálním napětím během procesu nabíjení. Tím se zabrání výrazné ztrátě kapacity při použití článků střední a nízké kvality.

Pro implementaci funkce zapnutí/vypnutí baterie má mnoho BMS samostatný výstup – dva vodiče, které se připojují k zámku nebo tlačítku na pouzdru baterie.

Sestavení baterie z 18650 článků

Před montáží baterie se musíte rozhodnout pro montážní schéma, které závisí na tom, pro jaké provozní napětí by baterie měla být a jakou by měla mít kapacitu.

Schéma sestavení v obecném smyslu označujeme vzorcem aSbP, kde a je počet bloků buněk zapojených do série (S – serial), b je počet paralelně zapojených buněk v rámci jednoho bloku (P – paralelní).

Jmenovité napětí baterie je definováno jako jmenovité napětí jednoho článku vynásobené hodnotou „a“. Kapacita baterie je definována jako kapacita jednoho článku vynásobená hodnotou „b“. Například baterie sestavená podle schématu 10S5P z lithium-iontových článků o velikosti 18650 s kapacitou 2500 mAh bude mít jmenovité napětí 36 V (3,6 V * 10) a kapacitu 12,5 Ah (2,5 Ah * 5 ).

V závislosti na montážním schématu a požadované nosnosti (výkonu) baterie se zvolí příslušný BMS. Existují BMS se společným portem, kdy se baterie nabíjí a vybíjí přes stejný konektor, a BMS se samostatným portem, kdy se používají různé konektory. Pro přehlednost jsou ve schématu uvedena schémata zapojení pro tyto typy BMS.

Montáž baterie se provádí v souladu s vyvinutým obvodem. Nejprve se články sestaví do držáků (plastových separátorů) a následně se kontakty spojí pomocí bodového svařování, které zajistí požadovanou kvalitu spojení a na rozdíl od pájení zabrání přehřátí článků.

Vyvažovací vodiče a napájecí vodiče jsou připájeny k výsledným blokům a připojeny k BMS. Po sestavení je baterie otestována na kapacitu a zabalena

Jak rozeznat kvalitní buňky od padělků

Když se podíváte na specifikace pro články 18650 od velkých výrobců, všimnete si, že většina z nich váží 45-50 gramů. Kupodivu je hmotnost jedním z parametrů, podle kterých lze určit pravost buněk.

Dalším kritériem může být vzhled – na internetu je poměrně velké množství vizuálních srovnání originálních buněk s padělky a seznam zjištěných rozdílů.

Originální články jsou navíc ve většině případů dražší než neoriginální, takže podezřele nízká cena by vás měla upozornit.

Při objednávání z internetového obchodu pravděpodobně nebudete mít možnost zkontrolovat pravost buněk podle vzhledu na fotografiích a také podle hmotnosti. V takových případech může pomoci pozitivní recenze od lidí, kteří neustále nakupují články v konkrétním obchodě a podařilo se jim ověřit jejich kvalitu.

Obchod 5KILOWATT prodává dobíjecí baterie postavené výhradně na vysoce kvalitních bateriích Panasonic a LG.

Pomocí těchto baterií si můžete být jisti jejich spolehlivostí, odolností a praktičností.

Autor článku: Evgeniy Begin