Zmena vnútorného odporu batérie pri rôznom prúde? Nezmysel!

Impulzom k napísaniu tohoto článku niekedy pred siedmimi rokmi bola pomerne búrlivá debata s názvom "Teorie okolo Lipol, Ri, "Céčka", max.odběry..." na jednom populárnom modelárskom fóre.

Jedným z aktérov diskusie tam boli predkladané niektoré "zaručené" informácie o čudesných vlastnostiach LiPol batérií, ktorým sa nám akosi nechcelo veriť.

Jednou z takých prapodivných vlastností LiPoliek mala byť nelinearita ich vnútorného odporu v závislosti od zaťažovacieho prúdu. Alebo inak: pri určitom odoberanom prúde je vraj vnútorný odpor (Ri) nejaký, avšak pri inom prúde je údajne úplne odlišný.

Považovali sme to za hlúposť, ale dotyčný to prezentoval tak suverénne, že sme si povedali: "Čo ak?" A tak sme to radšej zmerali.

autor: Janko O.

 

 

O tom, ako autor týchto "zaručených" zvestí rozumie problematike LiPol batérií, si spolu s mojim bratom Miroslavom už dávnejšie myslíme svoje. Cez to všetko dotyčný v diskusii predkladal viacero takých "skvostov", podobných aký bol spomínaný v úvode.

Jeden za všetky: podľa jeho "teórie": je možné vyrobiť LiPolky technológiou NanoTech s vysokými Céčkami len s veľkými kapacitami, "ale marně je budeš hledat v menších kapacitách". Jeden z účastníkov diskusie mu to síce šmahom ruky vyvrátil, keď uviedol viacero príkladov vysokoCéčkových NanoTech batérií veľmi rozdielnych kapacít (posledný príspevok na tej istej stránke).

Avšak ani môjmu bratovi Miroslavovi a ani iným odborníkom sa nepodarilo dotyčného presvedčiť, že z 5-článkovej LiPol batérie s vnútorným odporom 130 miliOhmov nie je možné odoberať prúd vyše 200 Ampérov (dokonca ani skratovo). Jeho argumentom bolo (a vyzerá to, že stále je), že vnútorný odpor LiPolky sa mení, keď sa mení z nej odoberaný prúd. A basta!

 


 

Už vtedy sme si povedali, že pri prvej príležitosti to zmeriame, ale zaneprázdnenosť a iné "objektívne" príčiny spôsobili, že sme sa k tomu dostali až teraz.

A k čomu sme došli?

Tak ako sme predpokladali a tak ako to Miroslav (mior) v spomínanej diskusii opakovane tvrdil, vnútorný odpor LiPol batérie od odoberaného prúdu NIE JE ZÁVISLÝ.


Tabuľka jasne ukazuje, že vnútorný odpor LiPol batérie sa vôbec nemení v obrovskom rozsahu prúdov. Nepresnosti v rádoch desatín miliOhmov boli spôsobené hlavne obtiažnosťou presného nastavenia záťažového prúdu na našej meracej "aparatúre" a zaokrúhlením hodnôt nameraného napätia..

Na našej Web stránke sme sa problematike vlastností LiPoliek venovali dostatočne a zistili sme, že Ri je výrazne závislý od teploty batérie, menej závislý od stavu nabitia baterky a úplne nezávislý od odoberaného prúdu.

V priebehu diskusie sa taktiež jasne ukázalo, že vzťah medzi Vnútorným odporom, Céčkami a Kapacitou LiPol článku, ktorý je podrobne rozoberaný v článku "Céčka a vnútorný odpor LiPo akumulátorov" je absolútne správny a matematicky nespochybniteľný. Hoci vzorec:

                         C = 0,37 / (Ri x Kapacita)               alebo                Ri = 0,37 / (C x Kapacita)

dotyčný pred časom nazval "zhovadilosťou".

K názoru dotyčného sa (ako obvykle) pridal náš pravidelný oponent a keď mu boli jedným z diskutujúcich predložené nevyvrátiteľné dôkazy, jeho reakciou bolo toto:


 


Podmienky merania:

Testu sme podrobili asi dvojročnú, pomerne málo "behanú", starostlivo opatrovanú (nepodvybitú, v chladničke v stave STORE (3,80 V/čl.) skladovanú)  3-článkovú LiPol batériu Turnigy 2200 mAh / 25 - 35 C v dobrej kondícii, ktorú sme nabili na asi 4,1 V/čl.

Vnútorné odpory jednotlivých článkov zmerané "našim" meračom Ri boli tesne nad 5 miliOhmov (čomu zodpovedajú reálne Céčka asi 34), merané pri teplote 21 °C. Tieto zmerané vnútorné odpory sú teda logicky trochu vyššie, ako vypočítané vnútorné odpory uvedené v tabuľke, keď už bola vnútorná teplota článkov zvýšená následkom pretekajúceho prúdu, hlavne počas jeho nastavovania (samotné merania boli pomerne krátke).

Aby sme aspoň čiastočne zmiernili vplyv zmeny teploty batérie (spôsobený pretekajúcim prúdom), začali sme od veľkých prúdov (aby sa batéria hneď na začiatku dostala na "pracovnú" teplotu) a postupne sme prúd zmenšovali (aby sa získaná teplota už len udržiavala).

Spôsob ako sme vnútorný odpor LiPol batérie pri rôznych odberoch merali, bola tzv. Volt-Ampérová metóda, čiže sme batériu krátkodobo zaťažili určeným prúdom a zistili sme, o koľko kleslo jej svorkové napätie. Aby nedochádzalo k chybám, prúd (až 30 Ampérov - naša meracia "aparatúra" nám viac nedovolila a taktiež nám nedovolila menej ako 0,54 A) sme "preháňali" cez silové káble a konektor, kdežto napätie sme merali na servisnom konektore. To, čo sa "dialo" s napätím batérie sme zaznamenali digitálnym pamäťovým osciloskopom, následne v kľude odčítali hodnoty a potom realizovali potrebné (veľmi jednoduché) výpočty.

Pokles napätia batérie pri záťaži pomerne veľkým prúdom (prúd v tomto prípade nie je nastavený presne na 30 A). Jeden dielik na napäťovej osi predstavuje 200 mV. Jeden dielik na časovej osi je 50 ms. Prúd tiekol a pokles napätia teda trval 0,15 sekundy.

Z obrázku zreteľne vidno aj čiastočne kapacitný charakter LiPol batérie, tak ako sme to spomínali už v článku "Závislosť napätia LiPol batérie od množstva zostávajúcej energie". Dôkazom toho sú exponenciálne krivky priebehu svorkového napätia LiPolky tesne po pripojení a tesne po odpojení záťaže. Ešte lepšie to vidno pri dlhodobejšom zobrazení v rozsahu 10-tich sekúnd:

  Jeden dielik na napäťovej osi predstavuje 200 mV. Jeden dielik na časovej osi je 1 s. Batéria bola zaťažená po dobu 2,6 sekundy.  

alebo úplne krásne v rozsahu 50-tich sekúnd:

  Jeden dielik na napäťovej osi predstavuje 200 mV. Jeden dielik na časovej osi je 5 s. Batéria bola zaťažená po dobu asi 10,3 sekundy.  

Že tieto krásne exponenciálne krivky nemajú nič spoločné s vybíjacou charakteristikou LiPol článku (hoci zo začiatku vybíjania, pri napätí nad 4 V/čl., je jej tvar podobný) dokazuje to, že počas snímania uvedeného priebehu mali jednotlivé články napätie asi 3,85 V/čl (vtedy je tvar vybíjacej charakteristiky LiPol článku takmer úplne plochý).

 


 

Napriek mnohým konfliktom boli v priebehu diskusie ozrejmené pojmy ako  Continuous C-rate  a  Burst C-rate, čo by sa dalo voľne preložiť ako Céčka pre trvalý prúdový odber a Céčka pre krátkodobý prúdový odber. Céčka pre trvalý prúdový odber sú "normálne" Céčka, kedy svorkové napätie LiPol batérie môže pri menovitom prúde klesnúť maximálne o  10%   (to je tá hodnota  0,37 vo vzorcoch - čo je 10% z 3,7 Voltu), zatiaľ čo pre Burst Céčka môže svorkové napätie klesnúť až o  20%.

Treba však podotknúť, že sa to týka batérií, ktoré sú na Burst mód prispôsobené (teda hlavne NanoTech), kde je rozsah Céčok výslovne uvedený: napr. 25 - 50. Z diskusie vyplynulo, že prvé číslo sú klasické Céčka, druhé číslo sú Burst Céčka, kedy sa predpokladá prúdový odber len po dobu jednotiek, maximálne desiatok sekúnd.

 


 

Ďalším prínosom diskusie bolo zverejnenie parametrov a prúdových odberov, zaznamenaných v loggeri extrémne výkonného (5 kW) modelu (vetroňa) českého modelára Dalibora Štěrbu, ktorý LiPol batériu Turnigy 5S 3000 mAh / 40C krátkodobo zaťažoval prúdom 323 Ampérov. Ďalšie parametre Daliborovho pohonu sú: Motor S-Neu 1510/1,5D, Vrtuľa EFlight 17,5/17,5, Regulátor Castle Ice Light 200. Z tohoto grafu:


možno vyčítať nasledujúce: 

- Beh motora trval asi 2,5 sekundy, z toho zodpovedajúci výkon podával a veľký prúd odoberal menej ako 1,5 sekundy. Maximálny výkon motora bol  5403 W, maximálny odoberaný prúd bol  323,7 A.

- Dalibor použil predhriate baterky: teplota bateriek na konci je asi 37 stupňov a v priebehu letu ako keby sa zmenila len málo - asi o 5°C. Ale pravda je taká, že za tie 2,5s sa teplo nestačilo predrať z vnútra batérie na jej povrch. Po nejakom čase zrejme ešte jej teplota mierne stúpla - podľa výpočtov asi o ďalších 5°C.

- Predhrievanie bateriek znižuje Ri, dovoľuje odoberať väčšie prúdy a podávať úžasné výkony, ale len krátkodobo. Životnosť takýchto bateriek je žalostná.

- Napätie batérie počas behu motora kleslo  z asi 20,4V na asi 16,1V, čiže o 4,3V. Pri prúde 323A je celkový Ri 5-článku 13,2miliOhm, čo na jeden článok vychádza 2,6miliOhmu.

- Pri výpočte céčok podľa "nášho" vzorca, by baterka 3000mAh/40C mala mať Ri = 3,1miliohmu na článok. Keď zvážime, že baterka bola teplejšia, a jej Ri vďaka tomu klesol, zistíme, že všetko je v najlepšom poriadku a teória sa zhoduje s praxou.

- Dalibor 40 Céčkové LiPol batérie krátkodobo zaťažil  108 Céčkami. Pritom svorkové napätie kleslo o 21%, čiže na 79%  hodnoty bez záťaže.

 



Čo povedať na záver?

Okrem toho, že sa nám podarilo vyvrátiť ďalšiu nezmyselnú fámu, je dobré si uvedomiť aj toto:

Nech si kto-chce akokoľvek nadáva na čínske modelárske výrobky, Dalibor do svojho "najrýchlejšieho oštepu na planéte" (ako jeho modely nazýva Martin Pilný) použil práve čínske LiPol batérie a zrejme vie prečo. Nám nezostáva povedať nič iné, len: "Klobúk dole, Turnigy".

Jeden z Daliborových "oštepov".

 

 


<Staršie | tento článok | Novšie>

Napísané: 14. 10. 2018, 18:39 | Prečítané: 6085x | Kategórie: Pohony | Napísal: admin |
Komentáre: 7
Pekná teória o príčinách exponenciál pri (a hlavne po) skokových zmenách prúdu je tu: odkaz

vela zdaru !
Odpoveď | 2011-10-20 19:00:22
.:. Janko O
Skvelé!
Veľká vďaka.
Odpoveď | 2011-10-20 20:08:15
.:. jn
Ri je výrazne závislý od teploty batérie, menej závislý od stavu nabitia baterky a úplne nezávislý od odoberaného prúdu.
to je citat hned z uvodu, ktory si akosi odporuje.

Kedze s odberom prudu rastie aj teplota baterie, v konecnom dosledku je Ri zavisle aj od odberu prudu, to su spojene nadoby
Odpoveď | 2011-10-21 13:29:02
.:. Janko O
Jožko, nesúhlasím, alebo lepšie povedané, súhlasím len čiastočne.
Vnútorný odpor LiPolky je "nejaký", či ňou tečie alebo netečie prúd. A merať ho (Ri) môžem tak, že prúd baterkou bude zadedbateľne malý alebo bude trvať zanedbateľne krátko (práve kvôli tomu záťažový prúdový impulz trval len 0,15 sekundy), že to teplotu baterky nijako nezvýši.
Alebo raz zoberem baterku teplú a inokedy z chladničky. Ešte ňou žiadny prúd netiekol. A raz bude jej Ri malý a potom zas veľký.
Odpoveď | 2011-10-21 16:15:47
.:. JN
To co si teraz uviedol, je ale teplota okolia a nie baterie
Odpoveď | 2011-10-28 21:51:04
.:. Janko O
Jožko, poupravím svoje predchádzajúce vyjadrenie:
Vôbec s tebou nesúhlasím. Teraz keď si do toho zatiahol teplotu okolia, musím povedať, že zrejme každý hovoríme o niečo úplne inom.
Vôbec nerozumiem, akú teplotu okolia tu spomínaš a aký to má súvis s podstatou problému.
Odpoveď | 2011-11-01 13:41:21
Super clanok! tak ako vsetky.. Dakujem
Odpoveď | 2013-04-03 09:17:08
Pridaj komentár
Meno
Web
Mail
Kontrola Zadajte číslo päť
Text

:-)
:-D
:-(
|-/
:-[]
;-)
8-|
8-o
Tučné | Podrazené | Kurzíva  | zdroják | odkaz
  • 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:-)
správca | ICQ-Vaše ICQ | Podpora miniRS | Styl LazyDays | Sk preklad by beekeeper | Veľkosť databázy: 32078.28 kb