Resistenza interna delle LiPo con carico dinamico

[Paolo Gx]

Volendo perdere un po' di tempo, stasera ho voluto fare un po' di prove sulla resistenza interna delle LiPo che uso sui 450. Hanno piu' o meno una decina di voli ciascuna.

Ho voluto pero' fare la prova con un carico dinamico, per vedere intanto se tornavano i conti rispetto al classico metodo di misura, ma soprattutto come si comportavano le batterie su variazioni brusche del carico.

La tecnica della misura deriva da quella classica:
1) Misurare la tensione a vuoto della batteria (Va)
2) Applicare un carico noto (nel mio caso circa 1A) (I)
3) Misurare di nuovo la tensione della batteria sotto carico (Vb)
4) Calcolare la resistenza interna con la formuletta R=(Va-Vb)/I

Ho fatto il circuitino che vedete nella foto, non sto a disegnarne lo schema, non e' altro che un mosfet che fa da interruttore pilotato da impulsi di 10ms, forniti da un generatore collegato ai due morsetti che escono dal coassiale sulla sinistra. Il carico e' una resistenza da 12ohm che quando il mosfet e' in conduzione carica la batteria con circa 1A.

Per chi e' pratico di oscilloscopio, la traccia in basso (blu) mostra la tensione ai capi dell'interruttore-mosfet, varia tra circa 12V e 0V (1v/div e probe X10). La traccia in alto (rossa) misura la variazione della tensione della batteria (misurata sul cavo di bilanciamento per escludere gli errori dovuti alla resistenza dei cavi) quando l'assorbimento varia da 0A a 1A.

Essendo il carico di circa 1A, possiamo dire che l'ampiezza verticale della forma d'onda tracciata in rosso indica con buona approssimazione la resistenza interna della batteria, nella misura di 5mOhm ogni quadretto.

Nel circuito simulatore di carico, ho anche inserito un'altra resistenza da collegare a mano per aggiungere 1A fisso al carico variabile. In questo modo potevo misurare la resistenza interna con variazioni del carico tra 1A e 2A. Il risultato, per tutte le batterie, e' stato che la forma d'onda restava della stessa ampiezza di quella che si aveva con le variazioni tra 0A e 1A. Vuol dire che il comportamento della resistenza interna e' lineare col carico (per lo meno nell'intervallo della prova), sinceramente non me lo aspettavo.

Seguono le prove di quattro tipi di batterie 3S da 2200mAh. La resistenza interna e' quella totale delle tre celle. Le batterie erano bilanciate e in carica storage di circa 3,8V/cella.
Robbe EVO 3S 2200mAh 40C: 6mOhm
E-Flite 3S 2200mAh 30C: 30mOhm
Phantom 3S 2200mAh 20C: 13mOhm
FullPower 3S 2200mAh 30C: 11mOhm

Ottima la Robbe con 6mOhm, deludente la E-Flite 30C con i suoi 30mOhm, il triplo della FullPower che e' anche 30C.

Una cosa che non mi aspettavo, sono i picchi di tensione positiva (molto marcati sulla E-Flite) quando il carico variabile viene staccato, restano presenti e identici anche aggiungendo il carico fisso di 1A. Ovviamente non sono dovuti a comportamenti reattivi dei cavi, primo perche' la tensione e' misurata direttamente ai capi delle celle, secondo perche' siamo a frequenze bassissime.

[Hansi]

molto interessante, solo una domanda, non sarebbe interessante fare lo stesso esperimento con lipo cariche e scariche?

[CarloRoma63]

Originalmente inviato da Paolo Gx

Volendo perdere un po' di tempo, stasera ho voluto fare un po' di prove sulla resistenza interna delle LiPo che uso sui 450. Hanno piu' o meno una decina di voli ciascuna.

Ho voluto pero' fare la prova con un carico dinamico, per vedere intanto se tornavano i conti rispetto al classico metodo di misura, ma soprattutto come si comportavano le batterie su variazioni brusche del carico.

La tecnica della misura deriva da quella classica:
1) Misurare la tensione a vuoto della batteria (Va)
2) Applicare un carico noto (nel mio caso circa 1A) (I)
3) Misurare di nuovo la tensione della batteria sotto carico (Vb)
4) Calcolare la resistenza interna con la formuletta R=(Va-Vb)/I

Ho fatto il circuitino che vedete nella foto, non sto a disegnarne lo schema, non e' altro che un mosfet che fa da interruttore pilotato da impulsi di 10ms, forniti da un generatore collegato ai due morsetti che escono dal coassiale sulla sinistra. Il carico e' una resistenza da 12ohm che quando il mosfet e' in conduzione carica la batteria con circa 1A.

Per chi e' pratico di oscilloscopio, la traccia in basso (blu) mostra la tensione ai capi dell'interruttore-mosfet, varia tra circa 12V e 0V (1v/div e probe X10). La traccia in alto (rossa) misura la variazione della tensione della batteria (misurata sul cavo di bilanciamento per escludere gli errori dovuti alla resistenza dei cavi) quando l'assorbimento varia da 0A a 1A.

Essendo il carico di circa 1A, possiamo dire che l'ampiezza verticale della forma d'onda tracciata in rosso indica con buona approssimazione la resistenza interna della batteria, nella misura di 5mOhm ogni quadretto.

Nel circuito simulatore di carico, ho anche inserito un'altra resistenza da collegare a mano per aggiungere 1A fisso al carico variabile. In questo modo potevo misurare la resistenza interna con variazioni del carico tra 1A e 2A. Il risultato, per tutte le batterie, e' stato che la forma d'onda restava della stessa ampiezza di quella che si aveva con le variazioni tra 0A e 1A. Vuol dire che il comportamento della resistenza interna e' lineare col carico (per lo meno nell'intervallo della prova), sinceramente non me lo aspettavo.

Seguono le prove di quattro tipi di batterie 3S da 2200mAh. La resistenza interna e' quella totale delle tre celle. Le batterie erano bilanciate e in carica storage di circa 3,8V/cella.
Robbe EVO 3S 2200mAh 40C: 6mOhm
E-Flite 3S 2200mAh 30C: 30mOhm
Phantom 3S 2200mAh 20C: 13mOhm
FullPower 3S 2200mAh 30C: 11mOhm

Ottima la Robbe con 6mOhm, deludente la E-Flite 30C con i suoi 30mOhm, il triplo della FullPower che e' anche 30C.

Una cosa che non mi aspettavo, sono i picchi di tensione positiva (molto marcati sulla E-Flite) quando il carico variabile viene staccato, restano presenti e identici anche aggiungendo il carico fisso di 1A. Ovviamente non sono dovuti a comportamenti reattivi dei cavi, primo perche' la tensione e' misurata direttamente ai capi delle celle, secondo perche' siamo a frequenze bassissime.

Complimenti per la metodica, finalmente qualcuno che prima ragiona e poi esegue

Carlo

[Naraj]

Originalmente inviato da Paolo Gx

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Una cosa che non mi aspettavo, sono i picchi di tensione positiva (molto marcati sulla E-Flite) quando il carico variabile viene staccato, restano presenti e identici anche aggiungendo il carico fisso di 1A. Ovviamente non sono dovuti a comportamenti reattivi dei cavi, primo perche' la tensione e' misurata direttamente ai capi delle celle, secondo perche' siamo a frequenze bassissime.

Forse, i picchi sono dovuti alla componete capacitiva della batteria, che al momento di togliere la corrente al circuito, si oppone alla variazione di corrente.

Naraj.

[ElNonino]

Le resistenze usate sono a filo, quindi induttive e come tali si comportano.

La misura dovresti eseguirla ad almeno 1C quindi a 2..3A circa, poichè la resistenza interna delle LiP è molto bassa la misura è sicuramente indicativa ma falsata anche dalla resistenza dei cavi + connettori della batteria.

Per fare una misura di precisione della ri di una batteria è necessario usare un sistema in c.a. piuttosto complesso e sofisticato, in c.c. si ottengono indicazioni ma non misure reali.

[Paolo Gx]

@Hansi
Si, penso che sicuramente e' una prova da fare. Appena posso ripeto il test con una batteria a diversi livelli di carica e con assorbimento piu' alto.

@CarloRoma63
Grazie Carlo, ho letto diversi tuoi post e detto da te lo apprezzo particolarmente.

@Naraj
Non escludo che esista una componente capacitiva della batteria, questo giustificherebbe i fronti non verticali della forma d'onda, ma non spiegherebbe l'overshoot piuttosto marcato che si verifica al distacco del carico. Probabilmente questo aspetto e' da approfondire.

@ElNonino
Sono d'accordo con te sul fatto di dover usare un carico piu' alto.
Come ho gia' detto nel post originale, i comportamenti reattivi del circuito di test sono del tutto trascurabili, visto che lavoriamo a frequenze bassissime. Il fronte della forma d'onda ha tempi di salita di millisecondi, un tempo lunghissimo per poter essere attribuito all'induttanza del resistore a filo. Inoltre, la forma d'onda misurata sul drain del mosfet (quella in blu), che dovrebbe essere influenzata ancora di piu' dalle componenti induttive (perche' e' rilevata a valle dell'induttanza del resistore), e' invece perfettamente quadra.
La misura non e' falsata dalla resistenza dei cavi e dei connettori perche', come avrai sicuramente notato, la tensione della batteria la misuro direttamente sulle celle attraverso il cavo di bilanciamento.
Mi interessa il metodo di misura in ca, se mi puoi dare qualche informazione in piu' magari si puo' fare un test con un metodo diverso.