Как наиболее точно измерить внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи?

Типичный способ измерения внутреннего сопротивления батареи, который я обнаружил в ходе исследований, заключается в подключении батареи к цепи с резистором, измерении напряжения через батарею, вычислении тока, измерении напряжения через резистор, определении напряжения бросьте и используйте законы Кирхгофа для расчета оставшегося сопротивления, которое будет внутренним сопротивлением.

Профессор отметил, что это слишком неточно для батарей с очень низким внутренним сопротивлением, так есть ли другой, более точный способ проверить внутреннее сопротивление стандартной батареи?

Проще всего использовать переменный ток, как сетевой анализатор.

Вы можете использовать переключаемый приемник тока известного значения или резистор и полевой транзистор. Измерьте напряжение при включенном токе, затем при отключенном токе, вычтите, разделите на ток, вы получите внутреннее сопротивление. Если вы продолжаете повторять этот цикл включения / выключения, это эквивалентно использованию переменного тока.

Преимущество измерения переменного тока состоит в том, что вы можете использовать конденсатор, чтобы избавиться от постоянного тока, и обрабатывать только небольшое напряжение переменного тока. Он также игнорирует любое смещение постоянного тока в цепочке сигналов от операционных усилителей и т. Д. Измерение переменного тока является наиболее точным методом.

Вы можете использовать что-то вроде этого в качестве эксперимента:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Здесь источник напряжения слева пропускает сигнал переменного тока через R1 и C1 в батарею. Это переменный ток, связанный через C1.

C2 извлекает переменное напряжение на батарее.

Зная напряжение переменного тока V1, после измерения напряжения переменного тока на «OUT» внутреннее сопротивление аккумулятора легко рассчитывается, поскольку оно образует резистивный делитель с R1.

Вы можете сделать это с помощью звуковой карты или с помощью генератора функций и мультиметра. Обязательно откалибруйте и проверьте свою испытательную установку, заменив батарею резистором известного значения, который должен быть того же порядка, что и ожидаемое сопротивление, которое будет измерено.

Возражение вашего профессора в отношении описанного вами метода неверно. Если у батареи низкий импеданс, вы просто увеличиваете нагрузку, так что разница может быть лучше измерена.

Проблема, однако, гораздо глубже. Батареи обычно не имеют постоянной нагрузки постоянного тока, и часто людям необходимо знать реакцию батареи на импульсную нагрузку. Проблема заключается в том, что батарея не имеет единственного «импеданса», который можно использовать для оценки ее реакции на нагрузку. Каждая батарея имеет спектр импедансов, различный импеданс для разной частоты нагрузки. Эта тема разработки называется «Электрохимическая импедансная спектроскопия». Пример презентации . Смотрите также эту статью из BatteryUniversity , с примером "электрохимического спектра".

Итак, самый точный способ охарактеризовать внутренний импеданс батареи - это измерить ее спектр, используя, например, схему, предложенную peufeu .

Однако это еще не все. EI-спектр обычно собирают с использованием примененного «малого сигнала». Как прокомментировал Лоренцо Донати ниже, значение импеданса не только зависит от частоты, но также является нелинейным с амплитудой приложенного сигнала / нагрузки, что добавляет еще одно измерение сложности задачи.

Внутреннее сопротивление - это аппроксимация комплексной функции V (I) батареи, поэтому нет «истинного» значения внутреннего сопротивления, которое вы могли бы точно измерить в первую очередь. Наиболее репрезентативным измерением, которое вы можете сделать, является фактическая кривая V (I) для соответствующих текущих значений. Если случайно вы получите прямую линию - бинго, ваша батарея может быть точно описана одним значением внутреннего сопротивления. В противном случае вам придется использовать полученную кривую для определения значений тока и напряжения для любой данной нагрузки.