Resistenza interna e capacità

[marcodef]

Originalmente inviato da ElNonino

Nelle varie elucubrazioni e digressioni che ho letto con attenzione mi pare che esistano un paio di errori di fondo nella misura della resistenza interna di un pacco di batterie, sia esso di una sola celle ed ancor più di varie celle in serie fatta usando un CB commerciale.

Il primo errore e che la resistenza del pacco batterie è assai complessa e composta da varie resistenze in serie fra loro:
- resistenza "reale" della singola cella.
- resistenza della connessione interna fra gli elettrodi della cella e quella della seguente/precedente.
- resistenza fra i reofori delle celle estreme ed i cavi di collegamento.
- resistenza fra i cavi di collegamento ed il connettore batteria.
- resistenza fra la giunzioni dei connettore maschio e femmina.
- resistenza fra i connettori verso il cb ed il cb stesso.
- resistenza fra il connettore cb ed il pcb.

Poichè stiamo parlando di resistenze con una grandezza dell' ordine di qualche decina di milliohm ognuna di quelle citate ha un discreto peso nella accuratezza della misura in valore assoluto.

Un altro fattore di errore è dato dalla precisione del convertitore A/D utilizzato che spesso ha una risoluzione di soli 10bit e sistemi di filtraggio della tensione letta basati su algoritmi vari e su hw quanto mai semplici infatti la stessa batteria "misurata" da cb diversi da valori assai discordanti di Ri.

L'unica indicazione valida di Ri che può dare un cb commerciale è quello del peggioramento della stessa sempre che la misura sia effettuata con gli stessi cavi/connettori, a temperatura identica ed identiche condizioni di carica; un aunebto progressivo della Ri è sicuramente indici di invecchiamento della batteria.

@forbice: una differenza di tensione finale fra cella e cella dell'ordine di 5mV misurata da un qualsiasi cb commerciale è assolutamente inaffidabile e priva di alcuna accuratezza, già solo per la tolleranza dei componenti usati al suo interno (non credo montino resistenze con tolleranza dello 0,1% od amplificatori di misura di precisione).

IMHO

Concordo in pieno.

l'unico dispositivo per la misura di Ri che mi convince e' questo:

Universal ESR Analysis Meter - ProgressiveRC

era un progetto di un utente di RCGroups ed e' molto documentato.

Per fare la misura forza un impulso di corrente di 10A su tutto il pacco (il circuito e' fatto bene, retroazionato e controllato in corrente) e legge la caduta di tensione sulle singole celle con una sonda da applicare al connettore di bilanciamento. In questo modo la misura e' a 4 fili. Inoltre usa un ADC dedicato con ingresso differenziale a 16 bit, nella durata dell'impuso fa 10 misure di cui poi fa la media, solo cosi' ha una risoluzione di qualche frazione di milliohm. I CB non possono assolutamente avere la risoluzione necessaria per misurare in maniera affidabile valori cosi piccoli, specialmente sulle singole celle, Elnonino lo ha spiegato meglio di me.

nella batterie al litio la resistenza interna e' data principalmente dalla pressione ionica degli Li+nei materiali porosi di anodo e catodo, come ho detto prima questo significa che la Ri in carica e scarica e' diversa. Solitamente in carica e' piu' alta e dipende moltissimo dalla temperatura, piu' di quella in scarica. tanto che sui foglietti di avvertenza delle LiPO e' spiegato di non tentare di ricararle a temperature inferiori allo zero, pena danni permanenti. Questo lo ho detto anche prima, non capisco come Forbice abbia potuto fraintendermi cosi'.

Altro punto: i dispositivi commerciali con batterie al litio molto spesso non bilanciano le celle, si fermano quando la prima raggiunge la tensione di soglia. Questo di fatto fa si che il pacco invecchia meglio, perche la cella piu' buona e' quella che viene stressata di piu'. Hanno invece sempre (adesso richiesto per legge) una sonda in temperatura che serva a regolare la corrente di carica (o fermarla) nel caso la batteria fosse troppo fredda o troppo calda.

sul fatto che la resistenza interna invece non contribuisca in maniera sostanziale alla ripartizione delle correnti nella carica in parallelo delle batterie rimango della mia idea, ma ho gia' perso troppo tempo a spiegarmi e nessuno tar tutti quelli che non e' daccordo mi ha fatto una obiezione concreta.
Se immagianiamo di avere sulla singola cella una differenza di 5 millihom di Ri, il condensatore del modello di prima (e NON la batteria, quella e' sempre alla stessa tensione!) avrebbe una differenza sulla sua tensione di soli 0.01V per una corrente di carica di 2A. Molto poco. Inoltre non appena si va in fase CV, entrano in gioco i bilanciatori e la corrente cala, questa differenza si riduce linearmente e diventa subito trascurabile. La ricarica e' forzata in corrente e dunque il tempo di ricarica dipendera' pochissimo dalla Ri, anche perche' la fase CV e piu' breve di quella CC.

[forbice]

Originalmente inviato da marcodef

Concordo in pieno.

l'unico dispositivo per la misura di Ri che mi convince e' questo:

Universal ESR Analysis Meter - ProgressiveRC

era un progetto di un utente di RCGroups ed e' molto documentato.

Per fare la misura forza un impulso di corrente di 10A su tutto il pacco (il circuito e' fatto bene, retroazionato e controllato in corrente) e legge la caduta di tensione sulle singole celle con una sonda da applicare al connettore di bilanciamento. In questo modo la misura e' a 4 fili. Inoltre usa un ADC dedicato con ingresso differenziale a 16 bit, nella durata dell'impuso fa 10 misure di cui poi fa la media, solo cosi' ha una risoluzione di qualche frazione di milliohm. I CB non possono assolutamente avere la risoluzione necessaria per misurare in maniera affidabile valori cosi piccoli, specialmente sulle singole celle, Elnonino lo ha spiegato meglio di me.

nella batterie al litio la resistenza interna e' data principalmente dalla pressione ionica degli Li+nei materiali porosi di anodo e catodo, come ho detto prima questo significa che la Ri in carica e scarica e' diversa. Solitamente in carica e' piu' alta e dipende moltissimo dalla temperatura, piu' di quella in scarica. tanto che sui foglietti di avvertenza delle LiPO e' spiegato di non tentare di ricararle a temperature inferiori allo zero, pena danni permanenti. Questo lo ho detto anche prima, non capisco come Forbice abbia potuto fraintendermi cosi'.

Altro punto: i dispositivi commerciali con batterie al litio molto spesso non bilanciano le celle, si fermano quando la prima raggiunge la tensione di soglia. Questo di fatto fa si che il pacco invecchia meglio, perche la cella piu' buona e' quella che viene stressata di piu'. Hanno invece sempre (adesso richiesto per legge) una sonda in temperatura che serva a regolare la corrente di carica (o fermarla) nel caso la batteria fosse troppo fredda o troppo calda.

sul fatto che la resistenza interna invece non contribuisca in maniera sostanziale alla ripartizione delle correnti nella carica in parallelo delle batterie rimango della mia idea, ma ho gia' perso troppo tempo a spiegarmi e nessuno tar tutti quelli che non e' daccordo mi ha fatto una obiezione concreta.
Se immagianiamo di avere sulla singola cella una differenza di 5 millihom di Ri, il condensatore del modello di prima (e NON la batteria, quella e' sempre alla stessa tensione!) avrebbe una differenza sulla sua tensione di soli 0.01V per una corrente di carica di 2A. Molto poco. Inoltre non appena si va in fase CV, entrano in gioco i bilanciatori e la corrente cala, questa differenza si riduce linearmente e diventa subito trascurabile. La ricarica e' forzata in corrente e dunque il tempo di ricarica dipendera' pochissimo dalla Ri, anche perche' la fase CV e piu' breve di quella CC.

bene marco se tu ritieni che solo quel dispositivo sia in grado di leggere realmente il valore reale di resistenza interna io non posso ribattere perché non lo mai PROVATO O FATTO COMPARAZIONI CON ALTRI STRUMENTI ......

per quanto riguarda invece la carica di 2 batterie in parallelo IO MAI LA farò !!!!
ci ho provato UNA SOLA VOLTA A CARICARE 2 LIPO IN PARALLELO ENTRAMBE A 3S E LA FINE CARICA DI ENTRAMBE E STATO UN MACELLO !!!!!!!
celle caricate a metà celle caricate a 3/4 della carica ......
una batteria con celle in serie ERA ENORMEMENTE SBILANCIATA ALLA FINE DELLA CARICA !!!!!! un vero CASINO !!!!!!

termino con il dire che anche sul manuale del tuo dispositivo prova resistenze , marco , si dice che le batterie LIPO , sono soggette alla TEMPERATURA e di conseguenza le misure devono essere eseguite intorno ai 20 centigradi .....

a me questo interessa sapere che le batterie LIPO sono soggette alla temperatura e la loro carica finale al 100% e non al 99% oppure al 98% , e legata alla RI e che questa è influenzata dalla temperatura ........

[ElNonino]

Originalmente inviato da forbice

termino con il dire che anche sul manuale del tuo dispositivo prova resistenze , marco , si dice che le batterie LIPO , sono soggette alla TEMPERATURA e di conseguenza le misure devono essere eseguite intorno ai 20 centigradi .....

a me questo interessa sapere che le batterie LIPO sono soggette alla temperatura e la loro carica finale al 100% e non al 99% oppure al 98% , e legata alla RI e che questa è influenzata dalla temperatura ........

Direi che è lapalissiano che QUALSIASI batteria risente della temperatura, poichè la ddp è generata da reazioni chimiche e la fisica "provata" afferma che a temperature maggiori gli elettroni girano più velocemente mentre allo zero assoluto (-273°K) si fermano e si avrebbe il dissolvimento della materia.

Anche i componenti elettronici risentono della temperatura nel caso della resistenza il comportamento dei materiali è assai complesso e spesso viene usato proprio per misurarla, infatti abbiamo sensori NTC e PTC (resistenze con coefficente reistivo positivo o negativo al variare della T).

Ora che la "vera Ri" di una batteria sia influenzata dalla temperatura per me non è proprio così lampante, credo che la capacità di un accumulatore vari in funzione della temperatura per i processi chimici che generano la ddp.

Per alcune esperienze fatte in ambiente professionale, con le vecchie NiCd e NiMh posso affermare che se caricate a freddo immagazzinavano più energia che poi veniva rilasciata dopo qualche minuto di funzionamento che portava ad un riscaldamento delle stesse.

Vivendo in montagna ed in ambienti freddi anche con le LiPo avviene lo stesso fenomeno, volo con elicotteri anche io, ed è facile vedere come una batteria perfettamente carica ma conservata al freddo nei primi minuti di volo sia "scarsa" e dopo magicamente riprenda vivacità.

E' proprio per questo motivo che conservo le batterie cariche in una valigetta con isolazione termica in cui inserisco anche alcuni panetti termosanitari scaldati prima nel microonde, la differenza è data dal fattore endotermico delle reazioni chimiche e non dalla sensibilità della Ri alla temperatura.

Sempre IMHO.

[forbice]

nonnino concordo a pieno con te.....
ma mi permetti una analogia ???
mi è sempre stato detto e insegnato a scuola , che le CAUSE NEGATIVE che incidono su un generatore di tensione o un generatore di corrente , possono essere RIASSUNTI IN UNA Z TOTALE messa in serie, per un generatore di tensione IDEALE e una Z TOTALE messa i parallelo al generatore di corrente ideale , per regimi con GRANDEZZE VARIABILI nel tempo e semplici RESISTENZE OHMMICHE per regimi con grandezze COSTANTI nel tempo ?
quindi per semplificare la comprensione e i calcoli all' interno di un circuito elettrico , i fenomeni NEGATIVI all' interno di un generatore REALE , possono rappresentati e identifIcati come un unica Z o un unica R ( che contengono tutti gli effetti negativi comprese naturalmente le reali resistenze di contatto o i fenomeni meccanici o chimici che possono accadere ) , insieme al generatore IDEALE.......

quindi sono modi differenti di rappresentare i fenomeni , ma che nella realtà sono e si comportano e determinano gli stessi effetti nel circuito reale di nostro interesse...

[marcodef]

Originalmente inviato da DELFO

Io ho caricato molte volte pacchi 3s in parallelo come fanno molti altri e non ho mai visto differenze di valori cella prima e dopo l uso diverse da quelli con carica singola ovvero quasi inesistenti

certo che si puo', non solo e' possibile ma vendono anche pacchi composti da serie di elementi in parallelo (3s2p 4s2p etc..).
nelle auto elettriche gli elementi sono formati da anche cento o piu' batterie singole in parallelo tra loro. Spesso anche le batterie al piombo vengono messe in parallelo per permettere capacita' e correnti piu' elevate.
non riesco a pensare a nessun motivo fisico perche' non dovrebbe essere possibile

Originalmente inviato da ElNonino

la fisica "provata" afferma che a temperature maggiori gli elettroni girano più velocemente mentre allo zero assoluto (-273°K) si fermano e si avrebbe il dissolvimento della materia.

permettimi una precisazione: la fisica provata di fatto dice il contrario, per quanto poco intuitivo in un atomo gli elettroni a piu' bassa energia di fatto si muovono piu' veloci di quelli in orbitali ad alta energia (se ha senso parlare di velocita'). Inoltre per il principio di esclusioni di Pauli, sarebbe impossibile per gli elettroni fermarsi anche a zero K, perche' se la loro velocita fosse zero allora sapremmo esattamente dove stanno... il che (forse!) pone un limite alla minima temperatura realmente raggiungibile.
La temperature ha un effetto maggiore sulla agitazione delle molecole e degli atomi che sulla velocita' degli elettroni... soprattutto visto che non stiamo parlando di stato solido ma di Ioni in un elettrolita.
Dai che non serve la fisica quantistica per spiegare la resistenza interna e le dipendenze dalla temperatura. :-)


una buona lettura:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3247723/