Внутреннее сопротивление и DCIR: что предсказывает эта величина

Внутреннее сопротивление элемента — не одно число. Это сумма нескольких механизмов, которые откликаются на разных временных масштабах: электронное сопротивление токосъёмников и лепестков, ионное сопротивление электролита и сепаратора и поляризация, нарастающая на электродах при протекании тока. Измерение за миллисекунды видит первые два; измерение с удержанием тока десять секунд видит все три.

ACIR и DCIR не взаимозаменяемы

Оба измерения законны. Ошибка — применять ACIR для предсказания поведения на постоянном токе: просадка окажется больше, чем показывает эта величина.

DCIR получают из ступеньки напряжения: подают известный ток, измеряют изменение напряжения через заданное время и делят. Время имеет значение: величина за 10 секунд не сравнима с величиной за 1 секунду, а технический паспорт (datasheet) без длительности импульса публикует число, которое вы не воспроизведёте.

Во что эта величина обходится в реальной сборке

Арифметика простая, считается на обороте конверта, и её стоит сделать до первого прототипа:

• Элемент с DCIR 25 mΩ при токе 8 A теряет 200 mV.
• Десять последовательно теряют 2.0 V — для сборки 36 V это разница между 3.6 V и 3.4 V на элемент под нагрузкой.
• Тот же ток через элемент с 50 mΩ даёт потерю 400 mV на элемент — вдвое больше при той же ёмкости.
• Нагрев — это I²R: 8 A через 25 mΩ рассеивают 1.6 W на элемент. Через 50 mΩ — 3.2 W. Это уже тепловая задача, а не только вопрос КПД.

Поэтому два элемента одинаковой ёмкости могут вести себя в одной сборке совершенно по-разному. Элемент с большим импедансом раньше доходит до отсечки по низкому напряжению, BMS срабатывает, и пользователь считает сборку пустой, когда заметная часть ёмкости ещё есть.

Что меняет эту величину в эксплуатации

• Температура. Холодный электролит резко повышает сопротивление; сборка, хорошо работающая при 25 °C, при −10 °C может потерять значительную часть полезной мощности. Это самая сильная переменная.
• Состояние заряда (SoC). Сопротивление минимально в середине диапазона заряда и растёт к обоим краям — поэтому последние проценты заряда отдают заметно меньше мощности.
• Возраст. Импеданс растёт с циклами и с календарным временем; к концу ресурса сопротивление может быть в полтора раза выше, чем у нового элемента.
• Качество сварки и соединителей. Плохая сварка добавляет сопротивление вне элемента, и в паспорте самого элемента этого не видно.

Какой разброс допускает сборка

Элементы в последовательной цепи несут одинаковый ток, поэтому элемент с большим сопротивлением рассеивает больше тепла и раньше доходит до отсечки. Оба эффекта ускоряются: более горячий элемент стареет быстрее, его сопротивление растёт дальше, разбаланс увеличивается.

Практическое правило при сборке — группировать элементы по измеренной ёмкости и импедансу до формирования цепи и держать разброс в узком коридоре: обычно несколько процентов, для токовых сборок жёстче. Точный порог — проектное решение, а не норматив, но направление не обсуждается: чем плотнее группа, тем дольше сборка остаётся сбалансированной.

Как измерять и не обманывать себя

1. Используйте четырёхпроводное измерение. При двухпроводных зажимах переходное сопротивление контактов может превысить сопротивление самого элемента.
2. Зафиксируйте состояние заряда и температуру до измерения и запишите оба значения. Сопротивление без них не воспроизводится.
3. Зафиксируйте длительность импульса и величину тока. DCIR зависит от обоих.
4. Измерьте один и тот же элемент дважды, чтобы оценить собственную повторяемость, прежде чем сравнивать элементы.
5. Сравнивайте сопоставимое: ACIR из одной лаборатории и DCIR из другой — это не сравнение.

От измерения к сборке: этап сортировки

Измерение импеданса окупается, только если оно влияет на то, что попадает в сборку. На практике это этап сортировки между входным контролем и сборкой с тремя исходами: элементы, попадающие в коридор и группируемые; элементы вне коридора, возвращаемые на склад для менее токовых применений; элементы, не прошедшие проверку на вменяемость и отправленные в карантин.

1. Измерьте каждый элемент при фиксированном состоянии заряда и записанной температуре.
2. Сортируйте в коридоры уже требования сборки, а не равные ему: коридор должен вмещать и повторяемость измерения, и разброс элементов.
3. Формируйте цепи из одного коридора и, где возможно, из одной партии.
4. Записывайте коридор на серийной этикетке сборки или в протоколе сборки, чтобы поздний отказ можно было проследить до когорты.
5. Повторно измерьте выборку готовых сборок, чтобы подтвердить, что сопротивление в сборе соответствует предсказанному по данным элементов.

Последний шаг и ловит проблемы сборки. Если готовая сборка показывает заметно больше суммы своих элементов, разница в сварке, шине или измерительной проводке — и найти её там гораздо дешевле, чем в возвращённом изделии.

Чего импеданс не говорит

Элемент с низким импедансом не обязательно безопасен, а с высоким — не обязательно отказывает. Импеданс ничего не говорит о целостности сепаратора, загрязнениях и поведении при внутреннем коротком замыкании. Он и ресурс в циклах сам по себе не предсказывает: элемент может держать импеданс и терять ёмкость.

Относитесь к нему как к одной оси: он показывает, сколько напряжения элемент отдаёт под нагрузкой и сколько тепла при этом выделяет. И то, и другое важно для расчёта, но ни то, ни другое не является оценкой безопасности.

Questions this guide does not answer in passing