Meranie vnútorného odporu (Ri) LiPoliek multimetrom
Pretože to, ako dobre bude „ťahať“ batéria vo vašom elektropohone, závisí v prvom rade práve od jej vnútorného odporu.
Dnes prinášame ďalšiu jednoduchú metódu merania Ri pomocou multimetra a to metódu impedančnú.
autor: Janko O.
Keďže si myslíme, že pre modelára je dôležité poznať stav svojich pohonných batérií, konkrétne ich Céčka, stále sa snažíme nájsť čo najjednoduchší spôsob ako zmerať Ri (Resistance internal).
Metódy, ktoré sme doteraz používali, či už v našich meračoch vnútorného odporu (Merač vnútorného odporu LiPoliek a Merač vnútorného odporu (Ri) 2 až 6-článkových LiPol batérií) alebo pri meraní Ri bez použitia špeciálnych prístrojov, boli metódy Volt-Ampérové. Táto metóda je najpriamočiarejšia, najbližšia realite elektropohonu a spočíva v tom, že sa zmeria napätie LiPol článkov bez prúdového odberu a pri známom prúdovom odbere a z rozdielu napätí vydeleného prúdom sa vypočíta vnútorný odpor. Krásne, jasné, jednoduché.
Mnohí výrobcovia, ale nie len oni, používajú metódu, pri ktorej LiPol článkom preteká striedavý prúd a na vnútornom odpore článku sa zmeria úbytok (striedavého) napätia na ňom. Kmitočet striedavého prúdu býva 1 kHz. Je to akýsi svetový štandard, ktorý však s modelárskym elektropohonom nemá nič spoločné. Keby tak 8 (či 16) kHz, čo je PWM kmitočet modelárskych regulátorov, alebo kmitočty desiatok až stoviek Hz (ktoré generujú spínacie tranzistory v regulátore), čo je kmitočet rotujúceho magnetického poľa v modelárskych motoroch. Ale 1 kHz?
Na druhú stranu, zabezpečiť dostatočný výkon generátora 1 kHz, aby na vnútornom odpore LiPol článku (čo sú rádovo miliOhmy) vznikol merateľný úbytok napätia, tiež nie je jednoduché.
My sme sa rozhodli použiť kmitočet, ktorý je takpovediac po ruke: 50 Hz.
Na nasledujúcom obrázku je zapojenie, ktoré sme overili:
Prúd, ktorý budeme „preháňať“ cez LiPol batériu sme získali z transformátora Tr1. Jeho sekundárne vinutie dáva 9,5 Voltu (ale to nie je podmienka, môže byť aj iné). Kondenzátor C1 slúži na oddelenie jednosmerného napätia batérie tak, aby obvodom netiekol jednosmerný prúd, ale len prúd striedavý: 50 Hz. Tento je privedený do silových vývodov LiPol batérie. Prúdový obvod je uzatvorený reostatom, pomocou ktorého je možné nastaviť prúd na požadovanú hodnotu.
Reostat je však možné vynechať a potom dostaneme nasledujúce zapojenie:
Veľkosť prúdu je aj tak možné meniť a to konkrétne hodnotou oddeľovacieho kondenzátora C1. Zvyšovaním hodnoty C1 prúd rastie, znižovaním klesá.
My sme použili práve toto zapojenie a veľkosť (striedavého) prúdu sme sa snažili nastaviť na asi 10A. Pri C1 = 2500 uF, ktorý je vidieť na fotografii, nám prúd vyšiel asi 11 Ampérov:
Prúd obvodom sa zapína (na obrázku: vypínačom vľavo hore) len krátko, na pár sekúnd, pokým stihneme zmerať úbytok napätia. Meranie úbytku striedavého napätia, vzniknutého na vnútornom odpore (Ri) LiPol článkov je realizované na servisnom konektore. Na obrázku je naznačená situácia pri meraní 2. článku batérie. Prístroj označený ako mV je opäť multimeter (môže to byť ten istý, ktorým sme najprv merali prúd obvodom), prepnutý na meranie malých striedavých napätí (rádovo desiatky až stovky miliVoltov). Niektoré multimetre ale môžu mať problém s oddelením veľkej jednosmernej zložky napätia od malej striedavej a preto je možné si „pomôcť“ RC členom (R2, C2), tak ako je to na obrázku:
Je možné použiť aj osciloskop a merať malé striedavé napätie ním. Aj to sme vyskúšali a je to zobrazené na nasledujúcom obrázku:
Významnejšie rozdiely oproti použitiu multimetra sme nezaznamenali.
Výpočet hodnoty vnútorného odporu jednotlivých LiPol článkov je jednoduchý: počet nameraných miliVoltov je treba vydeliť veľkosťou prúdu. Výsledok bude Ri priamo v miliOhmoch.
Príklad:
Na jednom článku skoro novej batérie ModellExxpert 1300mAh sme namerali 181 mV. Pri prúde obvodom asi 11,06 A je vnútorný odpor asi 16,4 miliOhmu.
Na jednom článku staršej batérie Turnigy 1300mAh sme namerali 81 mV. Pri prúde obvodom asi 11,06 A je vnútorný odpor asi 7,3 miliOhmu.
(Zodpovedajúce Céčka je možné určiť pomocou tohto programu.)
Keď to porovnáme s hodnotami Ri nameranými našim meračom, zistíme určité rozdiely, rádovo desiatok percent (20 až 30). Prečo?
Dôvodom je kapacitný charakter LiPol článkov, spomínaný už v článkoch: Zmena vnútorného odporu batérie pri rôznom prúde? Nezmysel!, Strašiak menom: Vyrovnávací prúd, ale hlavne Závislosť napätia LiPol batérie od množstva zostávajúcej energie a (Kvazi) Kapacitný charakter LiPol: čo s tým?
Na web stránke BatteryUniversity je článok s názvom: How to Measure Internal Resistance. Je tu uvedená aj náhradná schéma vnútorného odporu LiPol článku:
Pri pozornom pohľade zistíte, že to je presne tá istá, ako naša (my v našich schémach ukazujeme náhradnú schému celého LiPol článku, nie len jeho vnútorného odporu).
Ako môže kapacitný charakter LiPol článku ovplyvniť jeho vnútorný odpor?
Ak by ste merali Ri Volt-Ampérovou metódou s veľkým časovým odstupom medzi meraním napätia bez záťaže a so záťažou, alebo impedančnou metódou pri požití veľmi nízkej frekvencie, javil by sa Ri asi takto:
Pričom Ri je súčtom R1 a R2 (viď náhradná schéma vnútorného odporu LiPol článku)
Ak by ste však použili Volt-Ampérovú metódu s malým časovým odstupom, alebo impedančnú metódu pri požití strednej frekvencie, tak by sa LiPol článok javil asi takto:
Pričom Ri1 je R1 a Ri2 je R2 (viď náhradná schéma vnútorného odporu LiPol článku).
Je zrejmé, že ak by ste použili Volt-Ampérovú metódu s čo najmenším časovým odstupom, alebo impedančnú metódu pri požití vysokej frekvencie, tak by sa R2 (Ri2) neuplatnil (ako keby bol nulový) a LiPol článok by sa javil kvalitnejší, akoby jeho Ri bol rovný len R1 (Ri1).
Preto sa nám metóda merania Ri impedančnou metódou s kmitočtom 1 kHz nepáči, pretože dáva nepravdivé lepšie (menšie) hodnoty. Použitie kmitočtu 50 Hz, ktoré v tomto článku uvádzame, je predsa len prísnejšie a poskytuje reálnejšie hodnoty.
Pravdu povediac, najprísnejší je náš merač vnútorného odporu (využívajúci Volt-Ampérovú metódu), ktorý dáva hodnoty, ako keby bola použitá impedančná metóda merania s použitím kmitočtu asi 5 až 10 Hz. Ako je uvádzané v článku How to Measure Internal Resistance, na meranie vlastností batérií, používaných v elektropohonoch, je vhodnejšia práve Volt-Ampérová metóda.
Spôsob merania vnútorného odporu, ktorý je popisovaný v tomto článku, je vhodný aj pre mnoho-článkové batérie (nie len 3-článkové, alebo 2 až 6-článkové), ako to umožňujú naše merače. Takže modelári, používajúci 8, 10, 12, či viac-článkové LiPolky môžu použiť práve tento spôsob.
Záujemcom o realizáciu vrelo odporúčame prečítať si aj komentáre.
Súvisiace články:
Merač vnútorného odporu LiPoliek
Merač vnútorného odporu (Ri) 2 až 6-článkových LiPol batérií
Zistenie skutočných Céčok batérie bez špeciálnych prístrojov
Zmena vnútorného odporu batérie pri rôznom prúde? Nezmysel!
Strašiak menom: Vyrovnávací prúd
Závislosť napätia LiPol batérie od množstva zostávajúcej energie
(Kvazi) Kapacitný charakter LiPol: čo s tým?
<Staršie | tento článok | Novšie>
Napísané: 24. 3. 2021, 08:01 | Prečítané: 18629x | Kategórie: Elektronika | Napísal: admin |
Komentáre: 5
- úbytok napätia na Ri článku je pomerne malý. Pri prúde 1A to sú rádovo miliVolty až desiatky mV, pri prúde 10A to je samozrejme desať krát viac, teda desiatky až stovky mV. Presnosť pri prúde 10A bude väčšia.
- pri meraní takých malých napätí sa kde-tu na vodičoch niečo naindukuje. Ak to budú desatiny alebo jednotky miliVoltov, tak pri prúde 10A to menej ovplyvní presnosť merania, ako pri prúde 1A.
- niekto by mohol namietať, že Ri pri odbere 1A je iný, ako pri reálnejších hodnotách 10A. Že to nie je pravda, sme dokázali v článku : odkaz
Samozrejme je v pohode možné realizovať meranie tak, ako to PeterOBD popisuje, s využitím adaptéra z bublinkovej tlačiarne a "stabilizačnou" žiarovkou (výborný nápad, veľmi vtipné riešenie). Práve som overil meranie pri prúde 1A a 10A a výsledky sú totožné. Takže prúd 10A nie je podmienkou.
pri veľkokapacitných LiPolkách s nízkym Ri bude nameraná hodnota napätia naozaj malá: pri prúde 1A to môže byť 1 až 2 mV.
Cez to všetko si však nemôžem odpustiť vyjadrenie nedôvery voči impedančným meračom vnútorného odporu LiPol batérií.
Skúsenosť z dneška, keď mi jeden známy priniesol na otestovanie 8ks asi 2 roky starých batérií do profesionálnej oktokoptéry.
Navzdory tomu, že majiteľ naznačoval, že už neťahajú tak, ako kedysi, tak na tomto impedančnom merači vychádzal Ri asi 3 miliOhmy, čo pri danej kapacite dávalo Céčka niečo vyše 20. Lenže nové baterky mali mať Céčka 20.
Po zmeraní Ri Volt-Ampérovou metódou (pokles napätia po zaťažení známym prúdom (mojim obľúbeným 10A)) vyšiel Ri asi 10 miliOhmov, čo dávalo Céčka asi 6, čo už by zodpovedalo nespokojnosti s podávanými výkonmi.
Dôvodom môže byť výrazné zhoršovanie (zväčšovanie) len jednej časti vnútorného odporu - časti označenej R2 - viď náhradná schéma. Ak je hodnota náhradnej kapacity C dostatočne veľká (akože pri kapacite baterky 5800mAh je asi dosť veľká), táto svojou reaktanciou pri kmitočte 50 Hz "prekryje" zvyšujúcu sa hodnotu R2 a celok sa javí ako nízky Ri.
Volt-Ampérová metóda s dostatočným časovým odstupom medzi meraním bez záťaže a meraním so záťažou (desatiny sekundy) sa nejakou vysokou hodnotou R2 "prekrytou" kapacitou C oblafnúť nedá. Skrátka to napätie klesne a hodnota Ri vychádza oveľa reálnejšia.
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:-)