Autorius: Šarūnas („circuit“)
Aut. teisės: Šarūnas
Įdėta: 2009-06-13
View automatic English translation

Akumuliatorių vidinės varžos matavimas

Visa problema prasidėjo nuo to, kad gavau kibirą naudotų "A123" ličio celių, kurias reikėjo sujungti į vieną didelę bateriją: 20 nuosekliai ir 6 lygiagrečiai (20s6p). Celių kokybė visiškai nežinoma, o kad jas visas sujungus gautas akumuliatorius dirbdamas neišsibalansuotų, celių parametrai turi būti kaip įmanoma vienodesni. Todėl prisireikė išmatuoti celių vidinę varžą bei talpą. Talpos matavimas yra truputėlį komplikuotas ir ilgai trunka, todėl apie tai parašysiu kada nors kitą kartą. Na o šį kartą — vidinės varžos matavimas.

Matavimo principas

Visų pirma, celė yra pilnai įkraunama. Kad pavyktų nustatyti vidinę varžą, pasinaudojama Omo dėsniu: pamatuojama celės įtampa, tuomet prijungiama žinomo dydžio apkrova ir vėl pamatuojama celės įtampa. Matuojant celės įtampą, kol yra prijungta apkrova, reikia žinoti apkrovos srovę. Taigi, prijungus apkrovą celės įtampa nukrenta keliasdešimt mV, o žinant apkrovos srovę sužinoma vidinė celės varža. Toks celės vidinės varžos matavimas naudoja celės energiją, taigi celės įtampa gali šiek tiek kristi. Kad šio kritimo įtakos būtų išvengta, apkrova yra junginėjama 1 kHz dažniu, o tarpuose tarp perjungimų matuojamas įtampos skirtumas.

Paprastumo dėlei celės apkrovai galima naudoti paprastą rezistorių, tačiau svarbu žinoti tikslią jo varžą. Mano atveju celių gamintojas žada ~8 mΩ vidinę varžą, taigi jos matavimui tinkamai įtampai gaut reikia gana didelės srovės. Celės darbinė įtampa yra 3.3 V, o mano pageidaujama srovė turėtų būti ~1 C (celės talpa yra 2.3 Ah), taigi apkrovos varža turėtų būti ~1 Ω. Svarbu pasirinkti pakankamai galingą rezistorių, nes jam kaistant gana stipriai keičiasi varža. Matavimo metu rezistoriuje išsklaidoma galia bus:

Taigi, parinkus tinkamą rezistorių celės varža apskaičiuojama taip:

Matavimo realizavimas

Jungimo schema

Mano atveju apkrovos varžai gerai tiko vielinis 50 W rezistorius. Kaip apkrovos jungiklį panaudojau dvigubą lauko tranzistorių IRF7313 (jungtą lygiagrečiai). Naudojau būtent šį tranzistorių, nes jis buvo po ranka, taipogi atitiko jo charakteristikos: atlaikoma srovė didesnė už esamą matavimo metu, taip pat jo atsidarymo įtampa yra vos 1 V (kodėl atsidarymo įtampa yra svarbi paaiškės vėliau). Čia tinka bet koks lauko tranzistorius, atitinkantis esminius schemos reikalavimus. Na o pati schema pateikta paveikslėlyje dešinėje.

Tranzistoriaus atsidarymo įtampa mano atveju buvo svarbi dėl to, kad tranzistoriaus valdymo signalą paėmiau iš oscilografo sinchronizacijos išėjimo, kuriame yra 1 kHz stačiakampiai impulsai, o jų lygiai yra 0 V ir 3 V. Šio signalo naudojimas nėra idealus variantas, tačiau įgyvendinamas ypatingai greitai ir patogiai.

Matavimo „prietaisas“

Celės ΔU ir U_bat matavau oscilografu (paveikslėlis apačioje). Mano oscilografas turi automatinio matavimo funkcijas, taigi pasirinkau lengviausią kelią. Išmatuotos ΔU (Vpp(1)) ir U_bat (Vmin(2)) pateiktos oscilografo ekrane. Šiuos skaičius susistatome į antrąją formulę ir turime celės vidinę varžą... Iš tikrųjų tai išmatuotas signalas yra žymiai baisesnis, tačiau čia vėlgi pasirinkau lengviausią kelią — įjungiau oscilografo skaitmeninius filtrus, o nukertamo dažnio ribą nustačiau 4 MHz. Neišsigąskite, visa tai gali būti išmatuota ir su pačiu primityviausiu vieno kanalo oscilografu. Svarbiausia tik suprasti matavimo principą. Viso matavimo „prietaiso“ nuotrauka pateikta dešinėje. Atkreipkite dėmesį, kad oscilografo zondas prijungtas prie pat celės kontaktų — tekančios srovės palyginti didelės, o matuojamos įtampos milivoltų eilės, taigi, netgi kelių centimetrų ilgio 2.5 mm² laide susidaro labai didelis įtampos kritimas, įvedantis net apie 20% matavimo paklaidą.

Oscilografo ekranas

Rezultatai

Šis matavimo būdas yra gana greitas ir pakankamai tikslus. Per porą valandų šiuo metodu pamatavau 120 celių vidines varžas, o gauti rezultatai matomi žemiau esančiame paveikslėlyje. Tikslesniems rezultatams gauti, celės įtampą rekomenduočiau matuoti multimetru. Taip pat pamatavau po ranka pakliuvusią nenaudotą LiPO celę (~4 Ah) — gavau ~10 mΩ vidinę varžą.

Matavimų rezultatai

Šį matavimo būdą sugalvojau pats, taigi jis gali turėti trūkumų ar klaidų. Jei radote klaidą ar manote, kad matavimą galima būtų patikslinti ar dar labiau supaprastinti, prašau parašykite apie tai į mano el. paštą.