Cum masuram rezistenta interna a acumulatorului ?

[roadrunner]

Acum 2 ore, cirip a spus:

Oricum, eu cred ca masurarea cu ADCul unui procesor a variatiei de tensiune la borne este destul de usor de facut. Daca rezolutia ADCului nu este suficienta, se poate mari prin supraesantionare si mediere. Medierea a 4 masuratori ofera cate un bit in plus la precizie. Data fiind viteza mare a unei conversii, achizitia mai multor masuratori se face destul de rapid.  

problema cu oversampling-ul e ca nu ajuta decat daca erorile sunt random (white noise) daca ai erori de offset sau de gain nu te ajuta prea tare (spre deloc)

 

Un castig bun de precizie e sa scazi (extern cu OPAMP) tensiunea minima a bateriei si sa masori numai variatia Vmin -Vmax. (adica Vmin a bateriei sa devina zero al ADC)

de exemplu la LiIon parte interesanta e de la 2.7V la 4.2V (scazi din asta 2.5V sa zicem, cu o referinta buna de 2.5V si un AO - referinta o reutilizezi si la ADC) si intervalul devine 0,2V min si 1.7V max - cu referinta la ADC 2.5V iti iese relativ ok.

altfel trebiuoe sa faci un divizor extern (care-ti reduce rezolutia - si jumate din range-ul ADC e nefolosit) 

RR

Editat Decembrie 6, 2024 de roadrunner

[cirip]

Acum 1 oră, roadrunner a spus:

oversampling-ul e ca nu ajuta decat daca erorile sunt random (white noise)

Aveti dreptate, dar cred ca zgomot avem la discretie. Va spun din masuratori, nu din auzite. Si daca nu e suficient, se injecteaza un LFSR in LSB sau in bitul 1 (dithering) si gata, avem si zgomot cat ne trebuie.

 

Acum 1 oră, roadrunner a spus:

daca ai erori de offset sau de gain nu te ajuta prea tare (spre deloc)

Si aici aveti dreptate. Dar astea sunt erorile sistematice, care se pot reduce semnificativ prin calibrare.

 

Acum 1 oră, roadrunner a spus:

(extern cu OPAMP)

Asa cum am spus intr-un post anterior, asta e alta liga. Nu cred ca se aplica. Am construit asa ceva (cu amplificator) acum 18 ani, ca sa masor rezistenta interna la acumulatoarele pentru avionase RC. Am folosit un kit de evaluare pentru procesor Luminary. La scurt timp de la aparitie, firma a fost inghitita de TI. Folosesc montajul si in ziua de azi.

 

Pe de alta parte, in contextul proiectului lui @Blacksmith, cred ca toate detaliile de mai sus sunt tichie de margaritar.

 

Editat Decembrie 6, 2024 de cirip

[Blacksmith]

1 oră în urmă, cirip a spus:

Pe de alta parte, in contextul proiectului lui @Blacksmith, cred ca toate detaliile de mai sus sunt tichie de margaritar.

 

Nu chiar... Imi place ideea lui @roadrunner pentru imbunatatirea rezolutiei ADC-ului. Eu folosesc ADS1015, care are 4 intrari simple sau 2 diferentiale. Se poate configura din soft pentru o rezolutie de 0.125 mV (0.512V full scale / 4096). Si atunci, ii trag o referinta de vreo 3.7V si masor tensiunea intre ea si plusul bateriei (masuratoarea se face doar cand bateria este incarcata la 4.1V). 

 

Edit: M-am bucurat degeaba. Nu pot sa bag 4V in el, ca se alimenteaza la 3.3V... 

Editat Decembrie 6, 2024 de Blacksmith

[Blacksmith]

In datasheet-ul bateriei mele am gasit graficul asta... E graficul de descarcare. Se porneste de la 4.2V si se descarca cu 4 variante de curent. Uitati-va si voi, cu 1C (3A) scade de la 4.2 la 3.9, adic 300mV ! Ceva nu e in regula...

 

[Ion_Bumbu]

De aia se masoara rezistenta in curent pulsat...

Acolo aveti o "rezistenta" interna de 300mohmi, adica de vreo 10 ori mai mare decit ar trebu sa fie.

De aia AC!

https://www.dnkpower.com/wp-content/uploads/2022/08/SANYO-NCR18650GA-Datasheet.pdf

 

Pct 5.10

 

[Nostalgic]

Acum 19 ore, Nostalgic a spus:

Construiți și veți vedea cît de util este.

Schema corectată

Editat Decembrie 7, 2024 de Nostalgic

[cirip]

Acum 17 ore, Blacksmith a spus:

cu 1C (3A) scade de la 4.2 la 3.9, adic 300mV ! Ceva nu e in regula...

E chiar foarte in regula. Producatorul iti spune acolo ca rezistenta interna a celulei este de 100mOhm, tipic.

Rint = delta_V/delta_I = 300mV/3A =100mOhm.

Masoara manual asa cum ti-am aratat pe pagina 2 si ai sa te convingi.

 

Rint de 100mOhm face ca variatia de tensiune gol/sarcina sa fie suficient de mare ca sa o poti masura cu suficienta precizie cu un multimetru digital banal. Iar daca automatizezi si folosesti un ADC de 12 biti, deja devine parfum. Poti obtine o eroare de sub 1%. Pai ce mai vrei?

 

Tot graficul ala iti mai spune ca rezistenta interna este aproximativ constanta indiferent de starea de incarcare a bateriei (zona centrala a graficelor, nu la capete unde domina fenomene chimice). Concluzia asta se deduce din faptul ca graficele de descarcare la diversi curenti sunt paralele in zona centrala. Asta inseamna ca oriunde calculezi delta_V/delta_I, rezultatul e cam tot pe acolo.

Editat Decembrie 7, 2024 de cirip

[Blacksmith]

Mi se pare mult 100 mOhmi pt o celula de litiu... Atat are una uzata. Dar noua cica e pe la 20-30 mOmi...

 

 

 Eu inca mai astept raspuns la intrebarea asta...

 

La 05.12.2024 la 22:34, Blacksmith a spus:

Dar nu inteleg de ce zici ca masuratoarea "trebuie facuta cat se poate de repede"...

 

 

Editat Decembrie 7, 2024 de Blacksmith

[validae]

Dacă lași sarcina  ceva mai mult timp, acumulatorului îi scade tensiunea sesizabil și din cauza descărcării, la care se adaugă și rezistența internă.De aceea trebuie ca sarcina de test să fie cuplată foarte scurt, pentru a evita inceperea procesului de descarcare.

Tensiunea aia de 4,2V e practic o tensiune ,,în gol,, și ea scade inevitabil la cuplarea sarcinii.

Și mie mi se pare foarte mult 100mOhmi.Uzual cam 10-20mOhmi ar trebui să aibă una nouă.

[Ion_Bumbu]

Acum 21 minute, cirip a spus:

E chiar foarte in regula.

Este NCR, adica Nikel Cobalt, cele mai performante, aveti datele unuia cam la fel ca si capacitate tot NCR, comparati si vedeti ce valoare apare.

 

 

[dumitrumy]

Ce mai zice GPT:

Sigur, metodele electrochimice de impedanță sunt o tehnică fascinantă și foarte utilă în analiza bateriilor! Se numesc mai formal Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) și sunt folosite pentru a măsura și analiza proprietățile interne ale celulelor electrochimice. Hai să o detaliem pas cu pas:

Ce înseamnă Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)?

EIS este o metodă avansată care măsoară impedanța unei celule electrochimice (cum este un acumulator) pe un spectru larg de frecvențe. Impedanța este un parametru complex care combină rezistența ohmică și comportamentul capacitiv/inductiv al unui circuit.

Cum funcționează în practică?

Aplicarea unui semnal de test:
Se aplică o tensiune sau un curent sinusoidal foarte mic (de obicei, 5-10 mV) la o gamă de frecvențe, de la foarte joase (mHz) la frecvențe ridicate (kHz sau chiar MHz).

Răspunsul sistemului:
Celula răspunde la acest semnal printr-o combinație de fenomene electrice și electrochimice. Răspunsul este măsurat ca o funcție de frecvență.

Analiza impedanței:
Impedanța, care este frecvență-dependentă, este analizată în funcție de componentele sale:

Rezistența pură (ohmică) – afectată de rezistența internă a electrodelor și a separatorului.

Comportamentul capacitiv – legat de interfața electrod/electrolit și procesele de stocare a sarcinilor.

Procesele de transport ionic – legate de difuzia ionilor prin electrolit și porii electrodului.

[cirip]

Acum 1 oră, Blacksmith a spus:

Eu inca mai astept raspuns la intrebarea asta...

Raspunsul este tot pe graficul postat de tine, probabil din foaia de catalog. Nu am deschis foaia de catalog.

 

Axa orizontala, desi e marcata in mAh, in realitate este legata de timp. Graficele postate reprezinta tensiunea bateriei pe masura ce se descarca la 4 optiuni de curent de descarcare.

 

Daca te uiti la inceputul graficului, foarte aproape de axa verticala, se observa o cadere brusca a tensiunii la intrarea in sarcina. Variatia asta a tensiunii va determina aparitia unor erori semnificative in masuratoare. Rezistenta interna calculata va fi mai mare decat cea reala. Daca lucrezi cat se poate de repede, reduci eroarea de masura datorata variatiei rapide a tensiunii imediat dupa aplicarea sarcinii.

 

Un procesor s-ar descurca binisor sa faca masuratoarea asta repede. Si daca face mai multe masuratori gol/sarcina, pe care le mediaza, ajungi la masuratoarea in impulsuri despre care se tot face vorbire pe aici.

 

Varianta manuala ti-am propus-o ca sa vezi repede ceva practic. 

 

O alta varianta mai precisa ar fi sa bricolezi un montajel cu care sa testezi chiar capacitatea acumulatorilor tai la diversi curenti de descarcare, apoi sa evaluezi rezistenta interna in mijlocul curbelor de descarcare chiar de pe graficele obtinute de tine. E un pic mai multa munca, dar rezultatele sunt mai aproape de realitate.

 

@Ion_Bumbu

Eu nu discut daca valoarea estimata e corecta sau nu in raport cu foaia de catalog sau chimia celulei. Eu incerc sa fac niste evaluari pe baza graficelor postate. Daca graficele sunt in plop sau din alt film, atunci si evaluarea se duce in sfecla.

 

Editat Decembrie 7, 2024 de cirip

[Blacksmith]

Acum 14 minute, cirip a spus:

Daca lucrezi cat se poate de repede

 

Cam ce ar insemna "repede" in cazul asta ? Eu ma gandeam la 3 secude... E mult, putin ?

De fapt, cred ca am sa fac un sampling continuu cu ADC-ul pe un timp mai lung, ca sa imi dau seama cam cand ar trebui sa fac masuratoarea...

[dumitrumy]

Acum 1 oră, Blacksmith a spus:

Eu inca mai astept raspuns la intrebarea asta...

Eu zic ca putin, putin este continut aici:

Eu:

Pe un grafic de descarcare al unui acumulator NCR18650B se observa ca in primul moment al conectarii unei sarcini de 3A tensiunea scade de la 4.2V la 3.9V apoi caderea este lenta. Rezistenta interna se masoara la momentul conectarii unde ar fi aproximativ 100 miliohm sau dupa ce a intrat in regim de descarcare liniara?

ChatGPT said:

Rezistența internă a unui acumulator este o proprietate statică și, de obicei, se măsoară în momentul conectării sarcinii, atunci când se produce scăderea bruscă a tensiunii. Această scădere inițială este determinată de rezistența internă și curentul aplicat conform legii lui Ohm (ΔV=I⋅Rint\Delta V = I \cdot R_{int}ΔV=I⋅Rint).

Detalii despre măsurare:

La momentul conectării (scădere inițială):

Tensiunea scade brusc din cauza rezistenței interne ohmice a acumulatorului.

Dacă observi o scădere de la 4.2 V la 3.9 V sub un curent de 3 A, rezistența internă poate fi estimată astfel: Rint=ΔVI=4.2 V−3.9 V3 A=0.1 Ω (100 miliohmi)R_{int} = \frac{\Delta V}{I} = \frac{4.2\, \text{V} - 3.9\, \text{V}}{3\, \text{A}} = 0.1\, \Omega \, (100\, \text{miliohmi})Rint=IΔV=3A4.2V−3.9V=0.1Ω(100miliohmi)

După intrarea în regim de descărcare liniară:

În această fază, tensiunea continuă să scadă lent din cauza descărcării chimice și a efectelor capacitive ale acumulatorului.

Rezistența internă nu mai poate fi determinată doar pe baza tensiunii și curentului, deoarece este mascată de alte fenomene (de exemplu, scăderea capacității chimice).

Când se măsoară rezistența internă?

Moment optim: Imediat după conectarea sarcinii (scăderea bruscă a tensiunii). Aceasta este numită uneori rezistența internă dinamică.

Dacă măsurarea se face mai târziu, variațiile de tensiune reflectă și procesele chimice din interiorul acumulatorului, nu doar componentele ohmice.

Pe scurt, rezistența internă se măsoară în momentul conectării sarcinii, deoarece atunci contribuția sa la căderea de tensiune este clară și separată de alte efecte.

[cirip]

Acum 17 minute, Blacksmith a spus:

Cam ce ar insemna "repede" in cazul asta ? Eu ma gandeam la 3 secude... E mult, putin ?

Stii zicala aia cu vorba lunga ... ? Tot vorbim discutii pana la calendele grecesti.

 

Ia nene si fa 1, 2, 3, 5 ... masuratori, calculeaza si vezi ce iese. Tu vrei sa faci masuratoare perfecta din prima fara sa fi incercat macar o data sa te arzi la degete cu rezistenta de sarcina. Din greseli se invata. O sa dai chix prima data. O sa dai si a doua. Dar dupa aia o sa te prinzi ce si cum, o sa rafinezi metoda si o sa te apropii de valoarea corecta.

 

Masuratoarea este suficient de precisa cand variatia de la o masuratoarea la alta este foarte mica. De aia s-au inventat valoarea medie si deviatia standard in statistica. Dupa cate secunde se ajunge la deviatie standard mica o sa afli masurand. Nu poate sa-ti spuna nimeni fara sa vada masuratorile. Probabil ca o sa observi o evolutie asimptotica spre valoarea reala si din aia o sa poti sa determini cat de repede e suficient de repede.

 

Daca ma enervezi iti arat eu masuratoarea cu un Arduino Nano facuta in baie pe pian, la botu' calului. Adica improvizatia mea.

Editat Decembrie 7, 2024 de cirip