Innenwiderstand von Li-Akkus ermitteln

joe_sixpack · 21 März 2011

Hi!

Ich bin durch Heinz (Hiltihome) erst drauf gekommen, meine Lithium-Zellen mal etwas genauer unter die Lupe zu nehmen. Immerhin habe ich sowohl vernünftige (geflammte Trustfire) als auch irgendwelche No-Name (blaue TR18650 mit Aufdruck "2400mAh/3,7V".
Die meisten Sachen kann ich mit normaler Modellbauer-Technik noch so ermitteln:

- Leerlaufspannung bei Lieferung

Da tut's das normale Multimeter...

- Leerlaufspannung nach 3 Tagen Lagerung

Kann man ebenfalls ohne Probleme mit'm Multimeter ermitteln.

- Stromlieferfähigkeit in einer Lampe, die 2,8A zieht

Da kann ich einen Computerlader/Entlader nutzen - der kann bis 10A laden und bis 5A entladen (mit permanenter Spannungsüberwachung und Abschaltung bei Unterschreitung eines voreingestellten Wertes).

Aber was mache ich mit diesem Punkt:
- Innenwiderstand nach der ersten Ladung

Bei NiCd & NiMH macht mein Lader diese Messung selbstständig, allerdings nicht im LiIo/LiPo/LiFe-Modus. Jetzt gibts ja im Netz diesen Tip mit dem Messen der Spannung am vollen Akku sowie unter einer definierten Last (1A). Den Spannungsunterschied durch den "genutzten" Meßstrom teilen und schon erhält man den Innenwiderstand. :hehe:

Aber:
Da kommt ja noch der Innenwiderstand der Meßstrippen (zumeist 2x 1m/0,75mm²) und der Akku-Halterung dazu... :mad:

Bisher bin ich ja der Meinung, dass diese Verfälschung nicht so tragisch ist, da der reelle Innenwiderstand der Zelle ja damit niedriger ist als der gemessene Wert.

Wie kann ich diesen Fehler mit "Hausmitteln" kompensieren? Oder welche besseren Vorschläge zur Ermittlung des Innenwiderstandes gibt es? Ich bin für jeden praktikablen Vorschlag offen... :confused:

Viele Grüße, Torsten

Rantanplan · 21 März 2011

Einfach die Akkuspannung(en) per Multimeter direkt an den Akkupolen messen? Meistens kommt man ja mit den Messspitzen da noch irgendwie ran. Oder irgendwas dazwischenklemmen, woran man eine KroKo-Klemme festmacht.

Ansonsten, am einfachsten bei 1 Ampere

, den Akku entladen und den jeweiligen Spannungsabfall zwischen Laderbuchse und entsprechendem Akkupol messen. Mit R=U/I kann man die Widerstäde der jeweiligen Stecken bestimmen und dann vom Wert des "Gesamtsystems" abziehen.

Die Strippen sind meiner Erfahrung nach nicht so das Problem. Die hat man ja beim Umgang mit Akkus immer und solange der Querschnitt im Vergleich zum Strom stimmt, kann man die ruhig mit im Akkuwiderstand drinlassen. Eher problematisch ist der Übergangswiderstand zwischen Akkupol und Ladeschalenkontakt. Ich hab hier ein paar zu Ladeschalen umgebaute "China-Lader" und da schwanken die Werte je nach Lage des Akkus in der Schale teilweise deutlich. Eine Klemmzange mit hochwertigen Kontaktflächen wäre für Innenwiderstandmessungen die bessere Wahl.

Apropos preiswerte Akkus. Auch die "guten" Trustfire (geflammte 2400 oder früher auch die blauen 2500) sollte man regelmäßig mal checken, spätestens alle 6 Monate IIRC. Meiner Erfahrung nach bauen die relativ schnell ab, sprich Ri geht hoch und Kapazität geht runter ... auch bei relativer Nichtbenutzung

ichoderso · 21 März 2011

joe_sixpack schrieb:
Da kommt ja noch der Innenwiderstand der Meßstrippen (zumeist 2x 1m/0,75mm²) und der Akku-Halterung dazu...
Bisher bin ich ja der Meinung, dass diese Verfälschung nicht so tragisch ist, da der reelle Innenwiderstand der Zelle ja damit niedriger ist als der gemessene Wert.

Rantanplan schrieb:
Spannungsabfall zwischen Laderbuchse und entsprechendem Akkupol messen. Mit R=U/I kann man die Widerstäde der jeweiligen Stecken bestimmen und dann vom Wert des "Gesamtsystems" abziehen.

Hi, also irgendwie versteh ich euch hier beide nicht so richtig... :confused:

Ihr wollt den Ri des Akkus bestimmen?

Ok, das kann man, wie Torsten schon schrieb machen (u.a. und mit Abstrichen....), wenn man die Differenz der Leerlaufspannung des Akkus und der Spannung unter Last (zB. 1A) misst und dann anhand der entsprechenden Gleichung, also R=u/I ausrechnet.

Also müsst ihr den Akku, wie auch immer, mit 1A entladen (zB.mit nem regelbaren Widerstand, besser mit ner elektron. Last....es gehen auch diverse Glüh/Halogenlampen aus dem KfZ oder Nierdervoltbereich, also 12V der Strom ist dann zwar nicht genau 1A aber man kann ja messen, wie hoch er ist....und dann entsprechend in die Formel einsetzen.
Ne genaue "absolute" Messung ist so eh nicht möglich, aber man kann gute "relative" Werte ermitteln, und so Aussagen für sich und seine Akkus treffen, und entsprechende Alterungserscheinungen erkennen!
WICHTIG ist halt, den Versuchsaufbau immer gleich zu gestalten, also gleiche Belastung bei gleichen Ladezustand, ähnliche Temperaturen etc...

Kabelwiderstände, Übergangswiderstände etc. sind hier völlig wurscht, da alles in Reihe und der Strom überall gleich!! Die Hauptsache es fließt 1A (oder ein anderer definierter und bekannter Strom)!

Und nun mit dem Multimeter direkt an den Akkupolen die Spannung messen.
Da das Multimeter im Spannungsbereich hochohmig ist, sind die Widerstände der Messleitung hier zu vernachlässigen, sonst würden ja alle Multimeter falsch gehen

viele Grüße, Jens

PS: und wenn man es ganz genau machen will, kann man bei geschützten Akkus noch einen "Zugang" zur echten Masse schaffen, zB. in dem man den Schrupfschlauch an einer nicht störenden Stelle anritzt, und die Spannung auch dort messen, so kann man den Ri des "Gesamtakkus" noch aufteilen auf den tatsächlichen Ri des Akkus und den Ri der Schutzschaltung!

und das dann alles noch bei verschiedenen Strömen und die Sache ist fast perfekt

joe_sixpack · 21 März 2011

Hi!

ichoderso schrieb:
Hi, also irgendwie versteh ich euch hier beide nicht so richtig...

Ihr wollt den Ri des Akkus bestimmen?

Ja, zur Einschätzung der Qualität des Akkus und zur Unterteilung in "Hochstrom"-Akkus und "normale"...

ichoderso schrieb:
Also müsst ihr den Akku, wie auch immer, mit 1A entladen (zB.mit nem regelbaren Widerstand, besser mit ner elektron. Last....)

Dafür nehme ich mein Ladegerät, das kann in 100mA-Schritten bis 5A (maximal 50W) "verbraten"...

ichoderso schrieb:
Kabelwiderstände, Übergangswiderstände etc. sind hier völlig wurscht, da alles in Reihe und der Strom überall gleich!! Die Hauptsache es fließt 1A!

Und nun mit dem Multimeter direkt an den Akkupolen die Spannung messen.
Da das Multimeter im Spannungsbereich hochohmig ist, sind die Widerstände der Messleitung hier zu vernachlässigen, sonst würden ja alle Multimeter falsch gehen

Genau davon bin ich ja ausgegangen - nur dass ich bisher an der Strippe der Akku-Halterung gemessen habe, weil ich an die eigentlichen Kontakte vom Akku (zumindest +) nicht rankomme.
Damit messe ich eben den Widerstand der Akku-Halterung und deren Strippen mit. Die Leitung dürfte nicht weiter auffallen: insgesamt 30cm mit 1mm² Querschnitt, da ist mit Sicherheit der Meß-und Wandlerfehler meines Digital-Multimeters höher

Interessant dürfte der Widerstand des Akku-Halters sein. Ich werde mal versuchen, eine Meßspitze direkt an den Pluspol des Akkus zubekommen, ohne eine Unterbrechung zu verursachen.
Hinten gibt's ja 'nen Federmechanismus, der einen metallenen Schieber gegen den Akkurücken presst. Das ist bestimmt nicht die optimale Lösung, aber bisher hat dieser Akkuhalter (so'n Multihalter von AAA bis D) seinen Dienst anstandslos verrichtet.
Die Fehler durch den Widerstand des Multimetersund dessen Strippen hatte ich auch ausgeklammert, bei Eingangswiderständen >=10MOhm kann ich die paar Milliohm des Messleitung komplett vernachlässigen.

Viele Grüße, Torsten

ichoderso · 21 März 2011

es ist schon wichtig, direkt (und am besten stromlos) an den Akkupolen zu messen.
Leitungswiderstände währen ja zumindestens immer gleich, aber gerade die Übergangswiderstände sind oft verschieden, je nach Anpressdruck, Korrosion der Kontakte etc....
Wenn du nicht direkt rankommst mit der Messspitze, dann nimm ein dünnes Streifen Blech (vorzugsweise Kupfer) und klemm das mit ein, im Notfall tuts auch ordentliche Alufolie....

viele Grüße,
Jens

joe_sixpack · 21 März 2011

Hi!

ichoderso schrieb:
es ist schon wichtig, direkt (und am besten stromlos) an den Akkupolen zu messen.
Leitungswiderstände währen ja zumindestens immer gleich, aber gerade die Übergangswiderstände sind oft verschieden, je nach Anpressdruck, Korrosion der Kontakte etc....
Wenn du nicht direkt rankommst mit der Messspitze, dann nimm ein dünnes Streifen Blech (vorzugsweise Kupfer) und klemm das mit ein, im Notfall tuts auch ordentliche Alufolie...

Ich werd's mit 'ner Eigenbau-Meßspitze versuchen:
Ein alter Fasermaler, vorn eine 0,8mm-Spritzennadel drin und hinten an der Nadel ist eine 1mm-Cu-Leitung angelötet. Das Ding ist alles andere als perfekt: die Isolierung der Meßspitze ist nicht gegeben, Spannungssicherheit der kompletten Spitze und des Kabels ist unter aller Sau, der Meßstecker ist nicht komplett isoliert...

Viele Grüße, Torsten

ichoderso · 21 März 2011

joe_sixpack schrieb:
Hi!

, Spannungssicherheit der kompletten Spitze und des Kabels ist unter aller Sau, der Meßstecker ist nicht komplett isoliert...

Viele Grüße, Torsten

Dann sei sehr vorsichtig, und pass auf, dass du nicht direkt mit den 4,2Volt in Berührung kommst!

:lach:

Frittenfett · 22 März 2011

Nun das man den Ri bestimmen möchte ist eine feine Sache, aber letztlich auch nur akademischer Natur. Die hier genannten Verfahren funktionieren soweit, und führen auch zu einem Ergebnis, aber der Innenwiderstand wird eine nicht zu vernachlässigende ladungsabhängige Komponente haben, eine temperaturabhängige Komponente und auch vom Strom abhängen.

Ich persönlich würde mich einfach darauf beschränken den entsprechenden Akku mit einer Lampe zu betreiben die auf "High" einen entsprechend hohen Strom benötigt. Wenn der Akku seine ~3A oder mehr liefert ist er ein besserer wenn nicht ist es ein schlechterer Akku. Gerade bei protected Zellen wird man bei höheren Strömen dann auch eher an der Schutzschaltung hängen bleiben als am wirklichen Innenwiderstand der Akku Zelle.

Wie hoch der Wert des Innenwiderstand letztlich ist bei einem Akku ist eigentlich egal, solange der Akku den gewünschten Strom liefern kann.

Man könnte ebenso den Innenwiderstand auf die Art Bestimmen:
1. Spannung im Leerlauf messen
2. Variablen Widerstand anschließen, und den Wert verkleinern, bis die hälfte der Leerlaufspannung gemessen wird.
3. Den Wert des variablen Widerstandes mit dem Ohmmeter messen

Aber auch bei dieser Meßmethode wird von einem konstanten Ri ausgegangen.

ichoderso · 22 März 2011

Hi Fritte,

Frittenfett schrieb:
aber der Innenwiderstand wird eine nicht zu vernachlässigende ladungsabhängige Komponente haben, eine temperaturabhängige Komponente und auch vom Strom abhängen.

das wurde ja bereits gesagt!

Frittenfett schrieb:
Wie hoch der Wert des Innenwiderstand letztlich ist bei einem Akku ist eigentlich egal, solange der Akku den gewünschten Strom liefern kann.

und genau dafür ist der Innenwiderstand ja aussagekräftig (und nicht egal...)!

Frittenfett schrieb:
2. Variablen Widerstand anschließen, und den Wert verkleinern, bis die hälfte der Leerlaufspannung gemessen wird.
.

Oh Oh Oh....willst du schweißen, oder den Akku zur Explosion bringen???

viele Grüße,
Jens

Hiltihome · 22 März 2011

Elektronisch Last -quick and dirty-

Hallo,

damit Messungen des Innenwiderstands von Lithium-Ionen Zellen nicht mit einer Pleite enden, habe ich eine elektronische Last gebaut.

Der Aufbau erfolgte in wenigen Minuten, quick and dirty...

Die benötigten Teile sind leicht und preisgünstig erhältlich.
Dennoch ist mit der EL eine genügend genaue Bestimmung des Innenwiderstandes möglich, falls man ein digitales Multimeter hat.

Der elektronische Teil besteht aus einem Treiber von kaidomain mit 3x7135er Linearreglern, dazu kommen ein 2,7Ohm Widerstand mit 5W Belastbarkeit, 2x10cm Litze mit 0,75mm² und zwei Kupferronden, als Kontakte.
An den Litzen wurden zwei Stellen abisoliert, um Abgreifklemmen zu befestigen. Hier wird das DMM angeschlossen.
Dabei wird der Gleichspannungsmessbereich gewählt, der mindestens 5Volt anzeigen kann.
Die EL zieht ziemlich genau 1A, ausreichend genau, für unsere Zwecke.

Gemessen wird zunächst die Leerlaufspannug einer voll geladenen Zelle,
dann die Spannung unter Last mit meiner EL. (Messdauer 1-5sek.)
Die absolute Genauigkeit des DMM's ist dabei nicht entscheidend, da nur die Differenz der Messungen eingesetzt wird.
Allerdings müssen beide Messungen mit der selben Einstellung des DMM gemacht werden, da sonst zusätzliche Messfehler entstehen.

Die Differenz zwischen Leerlaufspannung und Spannung unter Last wird in die Formel R=U/I eingesetzt.
200mV Spannungsdifferenz entsprechen dabei 200mOhm, bei 1A.

Heinz

Update: V2.0

Zwischenzeitlich liefert kaidomain einen anderen Treiber unter obigem Link.
Das Layout ist eindeutig verbessert, die Leiterbahnen über die der Strom fließt sind breiter, es wird nur noch eine Diode verwendet.

Leider funktioniert, aus unerfindlichen Gründen, damit meine EL mit einem Last-Widerstand nicht mehr.

Deshalb habe ich Version 2.0 gebaut.
Hier übernehmen sechs in Reihe geschaltete Dioden BYS21 die Arbeit des Widerstands.
BYS21 sind Allerwelts Schottky Dioden mit 0,5V Flussspannung und 1A.
Man kann auch andere Dioden verwenden, die 1A vertragen und in Reihenschaltung etwa etwa 3V Flussspannung haben.

Die erste Kathode der Reihenschaltung kommt auf den - Anschluss des Treibers, das andere Ende an den +
Der Ring auf den Dioden markiert die Kathode.

Sinnvoller Weise sollte man ein paar Tropfen UHU-Schnellfest aufbringen, um das Gebilde zu stabilisieren.
Man kann die EL auch eingießen, allerdings entsteht reichlich Wärme und die Betriebszeit sollte 5sek. nicht übersteigen. Muß sie auch nicht.

V1.0

V1.0 Detail

V2.0 Quick and Dirty

joe_sixpack · 23 März 2011

Hi Fritte!

Frittenfett schrieb:
...Wie hoch der Wert des Innenwiderstand letztlich ist bei einem Akku ist eigentlich egal, solange der Akku den gewünschten Strom liefern kann...

Ja, sicher. Aber wenn ein Akku auf Grund des hohen Innenwiderstsandes solche Ströme nur kurzzeitig liefern kann (<2 min) und dann durch die extrem sinkende Spannung abschaltet, dann steht man mit seiner Lampe im Dunkeln. :mad:

Daher bevorzuge ich eine Unterteilung in normale Akkus (wo die Lampe in Max Ströme unter 1A zieht) und Leistungs-Akkus (für XML-T6 und SSC P7). Da ist eine vernünftige und einigermaßen aussagekräftige Messung des Innenwiderstands durchaus ein Kriterium zur Zellen-Selektion.

In meiner Fernsteuerung verwende ich auch einen Akku 3S/2100mAh aus'm Heli. Der könnte eigentlich zum Fliegen verwendet werden, aber unter hoher Last >4A bricht die Spannung durch den hohen Innenwiderstand dermaßen ein, dass du den Heli nicht mal in die Luft bekommst. Der Sender zieht aber nur Ströme in 100mA-Bereich, da stört der höhere Innenwiderstand der Zellen nicht wirklich.

Viele Grüße, Torsten

joe_sixpack · 23 März 2011

AW: Elektronisch Last -quick and dirty-

Hallo Heinz!

Hiltihome schrieb:
...damit Messungen des Innenwiderstands von Lithium-Ionen Zellen nicht mit einer Pleite enden, habe ich eine elektronische Last gebaut.

Der Aufbau erfolgte in wenigen Minuten, quick and dirty...

Egal,das Ergebnis zählt. Und wenn die benötigten/verwendeten Teile auch noch aus der Grabbelkiste kommen (hat doch so ziemlich jeder rumliegen), ist es um so besser.

Hiltihome schrieb:
...
Dennoch ist mit der EL eine genügend genau Bestimmung des Innenwiderstandes möglich, falls man ein digitales Multimeter hat...

Na, so etwas sollte man

eigentlich besitzen.

Deine Hardware-Lösung gefällt mir - einfach und funktionell. Kann man wirklich einfach nachbauen und bekommt reproduzierbare Meßergebnisse.

Viele Grüße, Torsten

PhotinusPyralis · 23 März 2011

AW: Elektronisch Last -quick and dirty-

Hallo

Danke für die Beschreibung inkl. Photos, werd ich mir jetzt auch basteln :super:

Mir gefällt der Aufbau - quick and dirty - war eher meine Vorstellung von Innenwiderstand = Leerlaufspannung / Kurzschlußstrom (was nicht zur Nachahmung empfohlen wird und bei geschützen Zellen ohnehin nicht funktioniert)

mfG
tk

Hiltihome · 11 Juni 2011

Hallo,

PhotoniusPyralis hat die EL nachgebaut, aber sie funktionierte nicht wie erwartet.

Kaidomain liefert jetzt einen anderen Treiber, wenn man über den Link aus Post#10 bestellt.

Deshalb habe ich V2.0 der EL aufgebaut, die mit Dioden als Last arbeitet.

Die Beschreibung habe ich als Update in Post#10 eingefügt.
Diesen Aufbau empfehle ich generell, auch wenn man die ältere Version des Treibers verwendet.

Heinz

Innenwiderstand von Li-Akkus ermitteln

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