Wie lässt sich der Innenwiderstand einer Verbraucherbatterie am genauesten messen?

Der typische Weg, den Innenwiderstand einer Batterie zu messen, den ich durch Forschung gefunden habe, besteht darin, die Batterie in einem Stromkreis mit einem Widerstand zu verbinden, die Spannung durch die Batterie zu messen, den Strom zu berechnen, die Spannung durch den Widerstand zu messen und die Spannung zu ermitteln lassen sie die kirchoff-gesetze fallen und verwenden sie sie, um den verbleibenden widerstand zu berechnen, der der innere widerstand wäre.

Ein Professor erwähnte, dass dies für Batterien mit sehr geringen Innenwiderständen zu ungenau sei. Gibt es also eine andere, genauere Möglichkeit, den Innenwiderstand einer Standardbatterie zu testen?

Am einfachsten ist es, einen Wechselstrom zu verwenden, genau wie bei einem Netzwerkanalysator.

Sie können eine schaltbare Stromsenke mit bekanntem Wert oder einen Widerstand und einen FET verwenden. Messen Sie die Spannung bei eingeschaltetem Strom, dann bei ausgeschaltetem Strom, subtrahieren Sie, dividieren Sie durch den Strom, Sie erhalten einen Innenwiderstand. Wenn Sie diesen Ein- / Ausschaltzyklus wiederholt ausführen, entspricht dies der Verwendung eines Wechselstroms.

Ein Vorteil der Wechselstrommessung besteht darin, dass Sie einen Kondensator verwenden können, um den Gleichstrom zu beseitigen, und nur mit der kleinen Wechselspannung umgehen können. Es ignoriert auch jeglichen DC-Offset in der Signalkette, von Operationsverstärkern usw. AC-Messung ist die genaueste Methode.

Sie können so etwas als Experiment verwenden:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Hier treibt die Spannungsquelle links ein Wechselstromsignal über R1 und C1 in die Batterie. Dies ist über C1 wechselstromgekoppelt.

C2 entzieht der Batterie die Wechselspannung.

Wenn Sie die Wechselspannung V1 kennen und die Wechselspannung auf "OUT" messen, kann der Innenwiderstand der Batterie leicht berechnet werden, da er mit R1 einen Widerstandsteiler bildet.

Sie können dies mit einer Soundkarte oder mit einem Funktionsgenerator und einem Multimeter tun. Stellen Sie sicher, dass Sie Ihren Prüfstand kalibrieren und überprüfen, indem Sie die Batterie durch einen Widerstand mit bekanntem Wert ersetzen, der in der gleichen Größenordnung liegen sollte wie der erwartete zu messende Widerstand.

Der Einwand Ihres Professors gegen die von Ihnen beschriebene Methode ist falsch. Wenn eine Batterie eine niedrige Impedanz hat, erhöhen Sie einfach die Last, damit der Unterschied besser messbar ist.

Das Problem ist jedoch sehr viel tiefer. Batterien haben normalerweise keine konstante Gleichstromlast, und häufig müssen die Benutzer die Reaktion der Batterie auf eine Impulslast kennen. Das Problem ist, dass die Batterie keine einzige "Impedanz" hat, die zur Abschätzung ihres Ansprechens auf die Last verwendet werden kann. Jede Batterie hat ein Spektrum von Impedanzen, unterschiedliche Impedanzen für unterschiedliche Ladefrequenzen. Dieses technische Thema heißt "Elektrochemische Impedanzspektroskopie". Ein Beispiel für eine Präsentation . Siehe auch diesen Artikel von BatteryUniversity mit einem Beispiel für "elektrochemisches Spektrum".

Der genaueste Weg, die innere Impedanz einer Batterie zu charakterisieren, ist die Messung ihres Spektrums, beispielsweise unter Verwendung der von peufeu vorgeschlagenen Schaltung .

Dies ist jedoch nicht alles. Das EI-Spektrum wird normalerweise unter Verwendung eines angelegten "Kleinsignals" gesammelt. Wie Lorenzo Donati weiter unten ausführte, hängt der Impedanzwert nicht nur von der Frequenz ab, sondern ist auch nichtlinear mit der Amplitude des angelegten Signals / der angelegten Last, was der Komplexität des Problems eine weitere Dimension hinzufügt.

Der Innenwiderstand ist eine Annäherung an eine komplexe V (I) -Funktion einer Batterie. Es gibt also keinen "wahren" Innenwiderstandswert, den Sie genau messen könnten. Die repräsentativste Messung, die Sie durchführen können, ist die tatsächliche V (I) -Kurve für relevante Stromwerte. Wenn Sie zufällig ein geradliniges Bingo erhalten, kann Ihre Batterie durch einen einzelnen Innenwiderstandswert genau beschrieben werden. Andernfalls müssen Sie die Kurve verwenden, um die Strom- und Spannungswerte für eine bestimmte Last zu bestimmen.