Céčka a vnútorný odpor LiPo akumulátorov
...............................................
Pred časom (čiže pred asi dvanástimi rokmi), len tak z pasie, sme na skúšobnej doske zrealizovali merač vnútorného odporu (Ri) článkov LiPol batérií.
Dospeli sme k názoru, že subjektívny pocit, že nie je LiPolka ako LiPolka, by bolo dobre zhmatatelniť.
Čiže pomocou akéhosi merania zdôvodniť, prečo nie je LiPolka ako LiPolka.
Alebo radšej naopak: na základe meraní určiť vlastnosti LiPolky a tým jej vhodnosť na dané použitie.
autor: Janko O.
Rozšírený a upravený pôvodný článok.
Asi pred dvanástimi rokmi sme s mojim bratom Miroslavom (MiOr) uskutočnili niekoľko meraní vlastností LiPoliek. Vtedy sme ešte merač Ri (vnútorného odporu článkov) nemali, merania boli zamerané skôr na kapacitné charakteristiky a správanie článkov počas vybíjania vyššími prúdmi. Merali sme napätia článkov, rozdiely medzi nimi, nárast teploty a vypočítali kapacity článkov.
Zistili sme, že najväčší "záhul" dostávajú články tesne pred vybitím. Do tej doby sa články príliš nehrejú (ich vnútorný odpor Ri je malý), články sú zrovnané (rozdiely napätí jednotlivých článkov sú malé) a vybíjacia charakteristika je plochá (napätie článkov s postupom vybíjania klesá len pomaly).
Ale potom, tesne pred vyčerpaním energie LiPolky, nastanú "fofry". Teplota batérie náhle vzrastie (vnútorný odpor Ri rapídne stúpne), články sa "rozhodia" (rozdiely napätí jednotlivých článkov sa z milivoltov v priebehu niekoľkých sekúnd zmenia aj na pol Voltu) a celkové napätie batérie prudko poklesne. Pritom sa niektoré články prepadnú pod nebezpečnú hranicu 3Volty na článok.
Táto strata energie je taká prudká a taká náhla, že výpočtami sme dospeli k zisteniu, že od zaregistrovania poklesu výkonu motora do pristátia zostáva veľmi málo času. Tak málo, že ak sme s motorovým modelom napr. 300 metrov ďaleko a nemáme dostatočnú výšku, nie sme schopní sa s modelom vrátiť a bezpečne pristáť. A že sme pri tom možno odpísali LiPolku, to radšej ani nespomíname.
Práve výsledky týchto meraní nás presvedčili, že telemetria nie je len frajerina a zbytočnosť. A kto verí tomu, že to je zbytočnosť, tak potom tejto zbytočnosti podľahli v JETI so svojim Duplexom, v HITECu s ich Aurorou, vo FUTABE s ich práve dovyvíjanou súpravou atď. (MZK, FrSky). A o rok alebo dva uvidíme, kto všetko podľahol tejto pandemickej frajerine a zbytočnosti. Poznámka: Tento odstavec sme napísali pred viac ako desiatimi rokmi a vyzerá to, že tejto "pandemickej frajerine a zbytočnosti" podľahli takmer úplne všetci výrobcovia.
Ale späť k vnútornému odporu Ri. Náboj dodaný do batérie počas nabíjania ukazuje každý nabíjač, ktorý má displej. Ale vnútorný odpor článkov zobrazuje len niekoľko "vyvolených". Z toho by sa mohlo zdať, že to nie je dôležitý parameter. Že je to inak, sa teraz pokúsime dokázať.
Keď si vyberáme LiPolku, zaujímajú nás nasledovné údaje: počet článkov (napätie batérie), kapacita (schopnosť uchovávať el. energiu) a samozrejme tzv. Céčka (C-rate). Počet C udáva, aký prúd môže batéria dodávať.
Napr. batéria 1500mAh, 20C môže dodávať prúd až 30 Ampérov. Ale toto nie je presné. Treba upresniť, že je to prúd, pri ktorom napätie batérie (alebo článku) neklesne o viac ako 10%. Pretože batériu môžeme zaťažiť aj vyššími Céčkami (prúdom), ale výstupné napätie môže byť už nepoužiteľne nízke. A navyše sa budú články nadmerne zahrievať, pretože vyvíjané teplo je úmerné druhej mocnine prúdu (Výkon = Ri x Prúd na druhú). To všetko skracuje životnosť LiPolky.
Takže o dôležitosti Céčok nikto nepochybuje, ale nad Ri každý len mávne rukou. Ale ono je to presne naopak. Ri je prvotné, Céčka sú druhotné. Alebo inak: Ri je príčina, Céčka sú následok.
Pretože výrobca LiPoliek zistí hodnotu Ri použitých článkov a potom vypočíta a vyznačí zodpovedajúcu hodnotu C. Výpočet je nasledovný: C = 0,37 / (Ri x Kapacita). Číslo 0,37 je 10% z nominálneho napätia jedného LiPol článku (3,7Voltu), Ri je vnútorný odpor jedného článku v Ohmoch, Kapacita je udávaná v Ah (Ampérhodiny).
A tu sú oba vzorce v trochu prehľadnejšej podobe:
C = 0,37 / (Ri x Kapacita) alebo Ri = 0,37 / (C x Kapacita)
Treba podotknúť, že ten druhý je akoby "opačný" (z veľkosti následku chceme vypátrať, aká veľká bola príčina), ale je určený skôr na to, aby bolo možné spätne vypočítať vnútorný odpor LiPol článku, ak máme batériu, ktorej Céčka sú verohodne potvrdené.
No, teória je to pekná, vzorčeky sú fajn, ale dá sa to nejak prakticky využiť? Pokúsme sa o to.
Jedna z otázok znie: Existuje priama súvislosť medzi Kapacitou a vnútorným odporom Ri? Nie, nie je. Sú to dve nezávislé veličiny. Niekto môže oponovať tvrdením, že LiPolka, ktorej po roku stúpol Ri, v modeli toľko nevydrží a teda má menšiu kapacitu. Ale pravda môže byť iná. Kapacita klesnúť nemusela, ale na väčšom Ri je väčší úbytok napätia, takže regulátor dostáva nižšie napätie, skôr začne obmedzovať alebo vypínať motor a výsledný dojem je, že batérii klesla kapacita.
Druhá otázka je: Načo je dobré merať vnútorný odpor jednotlivých článkov? V tejto otázke je zároveň aj kúsok odpovede. V tom, že je dobré občas zmerať Ri jednotlivých článkov batérie. Či sú všetky články rovnaké, pretože batéria je taká "slabá", aký slabý je jej najslabší článok. Môžete mať na LiPolke napísané 30 C, ale ak jeden z článkov má veľký Ri, celá batéria sa javí, ako by mala sotva 10 C.
Ďalším dôvodom pre meranie Ri je skutočnosť, že ten sa počas života LiPolky mení. Bohužiaľ, smerom hore. Toto je jeden z dôvodov, prečo batéria rýchlo starne a vydrží pomerne málo cyklov. Postupom času sa totiž dostáva do akejsi "špirály smrti".
Je všeobecne známe, že LiPolke škodí preťažovanie (prehrievanie zvnútra), čiže zaťažovanie väčšími prúdmi, než zodpovedá súčinu Kapacity a "Céčok". Lenže vplyvom starnutia (chemických reakcií) vnútorný odpor článkov Ri narastá. Ale to vlastne znamená, že "Céčka" klesajú.
Lenže modelár Lipolku zaťažuje stále rovnako: ako by bola stále nová. V konečnom dôsledku to znamená, že hoci LiPolku zaťažujeme rovnakým prúdom, v začiatku je to primerané. Potom vplyvom používania a starnutia mierne stúpne Ri (mierne klesne C) a už LiPolku mierne preťažujeme. Tá sa nám za to "odmení" skrátením životnosti a ďalším nárastom Ri (poklesom C). A keďže odoberáme stále ten istý prúd, teraz už LiPolku preťažujeme celkom výrazne, čo má za následok výrazné skrátenie životnosti, výrazný nárast Ri (výrazný pokles C) a keďže odoberáme stále ten istý prúd, ...... Skrátka špirála smrti.
K čomu by teda malo slúžiť meranie Ri? Po prvé k zisteniu, či sú všetky články batérie rovnako dobré (alebo zlé). A po druhé k postupnému preraďovaniu LiPolky z extraligy až po dedinskú divíziu. Postupným znižovaním nárokov na prúdový odber (ako postupne narastá Ri a klesajú Céčka) je možné predĺžiť životnosť batérií a vyvarovať sa sklamaní z podozrivo krátkej životnosti LiPoliek.
Ako prílohu k tomuto článku prikladáme jednoduchý program pre počítač, ktorý na základe hodnoty Ri zobrazí príslušné Céčka (a naopak), prípadne zo zadaných Céčok vypočíta maximálny odoberateľný prúd. Zo zadanej kapacity batérie zobrazí čas, počas ktorého je možné odoberať daný prúd (dobu behu motora).
V mnohých našich predchádzajúcich úvahách alebo výpočtoch sme predpokladali, že batérie majú stále také Céčka, ako je na nich napísané. Ale že to tak nie je, o tom pojednáva práve tento článok. Aké Céčka vaše LiPol batérie skutočne majú môžete bez aj bez špeciálnych meracích prístrojov jednoducho zistiť, tak ako to popisuje článok Zistenie skutočných Céčok batérie bez špeciálnych prístrojov. Pre bežného modelára je toto zrejme najlacnejšia a najschodnejšia cesta, ako zistiť "kondíciu" pohonných batérií, ačkoľvek na našej Web stránke uvádzame aj návod na výrobu Merača vnútorného odporu LiPol batérií.
Súvisiace články:
Zistenie skutočných Céčok batérie bez špeciálnych prístrojov
Predĺženie životnosti LiPol batérií - 1.časť
Predĺženie životnosti LiPol batérií - 2.časť
Zazimovanie (dlhodobé skladovanie) LiPol batérií
Zmena vnútorného odporu LiPol článkov pri zmene teploty
Measuring Internal Resistance of LiPo Battery, Calcolo di C (C-rate) di capacità e resistenza interna delle celle della batteria. Beräkning av C (C-kurs) av kapacitet och inre motstånd battericeller. El cálculo de C (C-tasa) de la capacidad y la resistencia interna de las células de la batería. Расчет C (C-курс) потенциала и внутреннее сопротивление аккумулятора. Calcularea C (C-rata), de capacitatea şi rezistenţa internă a bateriei. Cálculo do C (C-rate) de capacidade e resistência interna de células de bateria. Obliczania C (C-rate) pojemności i opór wewnętrzny ogniw akumulatora. Beregning av C (C-rate) på kapasitet og interne motstanden i batteriene. Berechnung von C (C-Rate) von Kapazität und Innenwiderstand der Akkuzellen. Kiszámítása C (C-os), a kapacitás és a belső ellenállás az akkumulátor cellák. Berekening van de C (C-rate) van de capaciteit en de interne weerstand van de batterij cellen. Calcul de C (C-taux) de la capacité et la résistance interne des cellules de la batterie. Laskeminen C (C-osuus) kapasiteetin ja sisäisen vastuksen akun soluja. Beregning af C (C-sats) af kapacitet og indre modstand af battericeller. Calculation of C (C-rate) of capacity and internal resistance of battery cells. Proračun C (C-stopa) kapaciteta i unutarnji otpor baterije ćelija. Apskaičiavimas C (C-dydis) gebėjimai ir vidaus varža elementų. Aprēķināšana C (C-līmenis), jaudas un iekšējās pretestības baterijas šūnas. Izračun C (C-rate) zmogljivosti in notranji upor baterije celic. Обрачун Ц (Ц-стопа) капацитета и унутрашње отпорности батерије ћелија. Розрахунок C (C-курс) потенціалу і внутрішній опір акумулятора. حساب جيم (سي معدل) من القدرة والمقاومة الداخلية للخلايا البطارية חישוב C (C-שער) של יכולת ההתנגדות הפנימית של תאי הסוללה
<Staršie | tento článok | Novšie>
Napísané: 27. 6. 2021, 08:17 | Prečítané: 18420x | Kategórie: Pohony | Napísal: admin |
Komentáre: 6
1. ako mi pomôže telemetria...?
Rovnako ako mi v aute pomáha ukazateľ stavu paliva v nádrži. Medzi napätím LiPol článku a množstvom zostávajúcej energie je pomerne tesný vzťah. Bližšie tu: odkaz
Okrem toho ti telemtria náhly pokles napätia (keď som s modelom 300m ďaleko a nemám dostatočnú výšku...) hlásiť nemusí, ten postrehneš väčšinou aj bez nej. Ale to už je neskoro. Telemetria by ti mala ukazovať (alebo ešte lepšie akusticky signalizovať), keď úroveň napätia je taká, že som napr. vyčerpal 25% kapacity aku. Nie je technický problém to urobiť tak, že to vie pri nulovom odbere, ale aj s odberom. (Naša PC-Telemetia to tak má). Ale aj "hlúpa" (taká, čo meria len napätie batérie) telemetria s poučeným modelárom dokáže prakticky to isté. A do stavu, že som zaznamenal náhly pokles, sa prakticky nemôžem dostať. A tým chránim model a predlžujem životnosť LiPol batérií.
2. budem radšej naďalej spoliehať na stopky a na včasné pristátie...
Jasné, dá sa. Ale je to to isté, ako keby som auto tankoval napr. každý štvrtok ráno, bez ohľadu na to, koľko a ako som jazdil. Ale načo by som zachádzal na benzin-pumpu, ak viem (palivomer mi ukáže), že mám paliva až do budúcej stredy. Dobre, povieš, že to nič nie je. Ale ja si myslím, že určité nejasné rozdiely sa stanú zreteľnejšími, keď ich vyženieme do extrému: Budem chodiť tankovať každý deň, alebo ty budeš pristávať už po minúte lietania. Ale to si si veľmi nepoliatal. Veď si len odštartoval (uplynulo 20 sekúnd) a môžeš začať pristávať. Lebo výsledok je ten, že ty so sebou "vláčiš" hore dole množstvo energie (zbytočne väčšiu batériu) a ja zbytočne prevážam 50 litrov benzínu. Možno o nič nejde, ale prečo vo Formuli 1 netankujú 5-krát v priebehu pretekov? A pritom nádrž by stačila na jedno tankovanie.
3. na stole zmeraný odber motora (resp. celej sústavy motor, vrtuľa, regulátor, akumulátor)...
Toto by ti pomohlo, pokiaľ let čo let lietaš tú istú zostavu (tú istú dráhu), tým istým štýlom atď.
Zmeraný odber motora ti pomôže len čiastočne. Prečo? Máš zmeraný odber na plný plyn? Koľko percent letového času lietaš na plný plyn? Let čo let je to to isté percento? Alebo to máš zmerané na pol plynu? Lebo následné otázky sú tie isté: Koľko percent letového času lietaš na pol plynu? Let čo let je to to isté percento?
Pochopil som, že telemetriu nemáš a vlastne ju ani nechceš. V poriadku. Takých modelárov je veľa a paradoxne to sú veľmi dobrí modelári. Ich spôsob lietania je taký, že sa bez telemetrie naozaj zaobídu. Lietajú (podľa mňa) väčšinou stereotypné zostavy a keď po lietaní nabíjajú svoje batérie, nabíjačka im ukáže, koľko energie spotrebovali a koľko ešte zostalo. Tomu prispôsobia buď dĺžku zostavy, alebo kapacitu batérie. Ale ak rekreačný modelár lieta (skôr poletuje) podľa ľubovôle, nemôže odhadnúť množstvo spotrebovanej energie.
My s bratom (ale asi hlavne ja) nie sme bohvieakí modelári-piloti a tak túto "slabosť" chceme nahradiť silou techniky. S radosťou do modelu namontujem čokoľvek, čo zlepší letový prejav a zvýši bezpečnosť modelu. Preto máme v modeloch gyrá, telemetriu a pod. a uvažujeme o systémoch autonómneho bezpečného navádzania na pristátie, kde by model bol navádzaný na stred pristávacej dráhy a jeho zostup korigovaný ultrazvukovým meraním výšky nad dráhou. Asi sme viac technici ako piloti-modelári. Nuž čo. Kto chce, nech si telemetriu dá, kto nechce, nech si ju nedá.
Kto chce, nech má v aute manuálnu prevodovku, kto nechce, nech má automatiku. Kto chce, nech má cyklovače stieračov, kto nechce, nech sa hrá s páčkou. A to som nespomenul senzory dažďa a to aj cyklovač už je málo. Kto chce, nech má v aute posilovač bŕzd a kto nechce (do pekla, čo mám napísať?. Lebo autá bez posilňovačov bŕzd...). Kto chce nech má v aute posilovač riadenia a kto nechce (ajajaj, zase to isté). Voláko ten pokrok cúva. Myslím, že to bolo v 50-tych rokoch, že kto chcel, mohol si do auta namontovať elektrické blinkre (vtedy to boli také smiešne vysúvacie páčky - pamätám sa na to) a kto nechcel, mohol zmenu smeru jazdy ukazovať rukou. A pred asi sto rokmi MUSEL pred každým autom bežať chlap s červenou zástavkou a upozorňovať na blížiace sa nebezpečenstvo. Bohvie prečo to nepretrvalo.
...
..aby to nevyznelo, že som proti pokroku - nie som. Mám rád aj pc, tablety, digitálne serepetičky...Keď som si prerábal 35MHz vysielač na MZK Twin, bolo to aj so zámerom mať telemetriu
, ale v mojom ponímaní bolo (a je) hlavne mať k dispozícii vario, keďže lietam vetrone a až druhoradé sú pre mňa info ostatné. Je to možno spôsobené tým, že som "zo starej školy" a pri lietaní mám rád jednoduchosť (nemusí to byť nutne technická jednoduchosť) a hlavne pocit istoty, že je model pripravený tak, že let zvládne. T.j. že mám pred letom dobité aku, vysielač, prekontrolované servá, spoje...áno, naozaj to zbehnem pred každým letovým dňom....ale to som sa už rozkecal o inom. Hlavným podnetom k "polemike" bolo poukázať na to, s čím sa na letisku v poslednej dobe stretávam (bohužiaľ) čoraz častejšie, a to že modelári často v uspokojení z toho, že majú vo svojich modeloch kopu elektroniky, zabúdajú na základné veci, ktoré by mali platiť či už telemetriu (gyrá, stabilizátory, GPS, FPV, Autonómne jednotky..) majú, alebo lietajú "len tak".
...a na záver, ten prípad, keď bol niekto 300m ďaleko (a bola nízka teplota) som zažil na letisku, a nepomohla ani telemetria hlásajúca napätie, proste to kolega ignoroval, veď nie je možné aby mu to "už pípalo, asi zmrzla telemetria, šak letím len 3 minúty, dám ešte jeden okruh, to vydrží" a po 10 sekundách mu už regulátor motor odpojil...
Jasné, že ťa nepodozrievam, že by si bol proti pokroku.
Ber toto "škádlenie" ako navodenie možno aj širšej debaty o telemetrii.
Som rád, že sa zapojil aj Diosko. Tak nejako by som si to predstavoval.
Telemetria nie je samospasiteľná. Ani gyrá, ani autonómne podporné zariadenia ani ... Môj brat Miroslav teraz chodí lietávať oveľa častejšie ako ja a má nasledovnú skúsenosť:
My propagujeme použitie gýr v modeloch. A myslíme si, že to má význam. Ale gyro by malo ísť do modelu, až keď ten je zalietaný, "vyštelovaný" atď. Ale niektorí modelári dajú gyrá do modelu hneď (preed zalietaním), tie gyrá to jakš-takš stabilizujú, ale keď je zle, tak to aj tak nezachránia a celý letový prejav modelu je mizerný. To je ako dať počítačovú riadiacu jednotku do automobilového motora, ak sú zle nastavené ventily, zlý "predstih", znečistený filter vzduchu a pod. Tá jednotka sa snaží to dáko zvládnuť, ale ten motor dobre aj tak nikdy nepôjde.
No a k tomu príkladu. Ak niekto ignoruje hlásenie telemetrie, to je akoby ignoroval kontrolku mazania motora (v aute), kontrolku dobíjania atď. Ak ignorujem údaje alebo signály telemetrie, tak to tú telemetriu tam naozaj nemusím mať. Ak niekto ignoruje zákony, tak on zákony nepotrebuje.
To newor: na otázku "ako mi pomôže telemetria" mám odpoveď a osobnú skúsenosť. Možno mi telemetria zahránila model práve keď som ho mal 200-300 metrov od seba a v motore sa uvolnil a jemne vysunul magnet. Na prvý pohľad sa nedalo nič spozorovať, avšak letmý pohľad na display telemetrie mi ukázal podstatne zvýšenú teplotu BECu. Magnet rotora trel o stator = zvýšený odber = väčšia spotreba. V tomto prípade by mi nepomohlo, že mám celú sústavu pomeranú na stole. Keby som pokračoval v lete s vysokou pravdepodobnosťou by som prišiel o model alebo o elektroniku. Rýchly návrat modelu + oprava motora = vysmiaty pilot
To Janko O.: "ale prečo vo Formuli 1 netankujú 5-krát v priebehu pretekov?" - pretože im to predpisy, ktoré sú momentálne platné nedovoľujú a na jedno natankovanie musia odjazdiť celé preteky
Takto mi to proste nedalo...
Pridaj komentár
- Pre odoslanie správy môžete aj použiť klávesovoú skratku Alt+S. (Podporujú len niektoré prehliadače)
- HTML znaky budú prevedené na entity.
- Vyjadrujte sa tu ako doma, aby sme vedeli ako to u Vás vypadá.
- Odkazy začínajúce http:// budú automaticky prevedené na odkazy , nepoužívajte však v jednom príspevku viac ako 3 - to robia len spam roboti:-)