CÁCH ĐO NỘI TRỞ CỦA ACQUY
24/08/2018
CÁCH ĐO NỘI TRỞ CỦA ACQUY
Nội trở của acquy có ảnh hưởng rất quyết định tới chất lượng của chúng. Các acquy có một đặc điểm quý giá là nội trở rất thấp. Vì vậy khi mắc tải vào, điện áp mang tải U rất ít bị suy giảm so với sức điện động của acquy E.
Ví dụ: Một acquy có sức điện động E = 12V, nội trở r = 0.2 Ω, mắc với một điện trở ngoài R = 4 Ω.
Cường độ dòng điện phóng là:
E = I (R + r) à I = 12 / (4 + 0.2) = 12 / 4.2 = 2.86 A.
Điện áp mang tải là:
U = IR = 2.86 x 4 = 11.43 V
Trong quá trình sử dụng lâu dài, các tác nhân hoá học và vật lý làm cho nội trở của acquy tăng lên. Ví dụ nội trở quy tăng lên r = 0.5 Ω.
Lúc đó cường độ dòng điện mang phóng là:
I = U / (r + R) = 12 / 4.5 = 2.67 A
Điện áp mang tải là:
U = RI = 2.67 x 4 = 10.68 V
Như vậy, khi nội trở tăng lên, acquy không thể phục vụ tốt với tải đó nữa, thiết bị Inverter sẻ báo động “hết bình” khi điện áp mang tải V = 11 V và ngắt nguồn khi điện áp mang tải V = 10,7 V để bảo vệ acquy. Vì vậy ta có thể phát biểu là nội trở quyết định chất lượng acquy.
Tuy nhiên, nội trở acquy không thể đo bằng các thiết bị đo điện trờ bình thường được do các thiết bị VOM sẽ cháy lập tức khi đưa vào acquy. Vì vậy, trên mạng có rất nhiều câu hỏi và đáp án về việc đo đạc nội trở acquy. Tuy nhiên tất cả đáp án đều đều là các cách tính gián tiếp với rất nhiều sai số.
Chú ý:
1, Nội trở acquy là rất quan trọng nhưng không phải là tất cả để đánh giá chất lượng, vì mỗi chủng loại acquy có một giá trị nội trở r khác nhau.
Ví dụ acquy "đề" xe có nội trở rất bé vì cần phải phát ra dòng rất cao trong thời gian rất ngắn, trong khi đó acquy chạy xe điện thì mặc dù cùng dung lượng nhưng nội trở lớn hơn do quy xe điện chỉ cần phát dòng vừa đủ (chừng 40 đến 60A) trong thời gian dài, còn trong khi bình "đề" phải phát dòng 500A trong 1 đến vài phút.
Như vậy không thể nói là bình acquy có nội trở càng nhỏ thì acquy có chất lượng càng tốt được. Mà giá trị nội trở hiện tại sẽ được so sánh với giá trị nội trở ban đầu của chính nó.
2, Nội trở có hai trạng thái: nội trở sinh động (Activated Internal Resistance / AIR) và nội trở thụ động (Powerness Internal Resistance / PIR).
Nội trở sinh động biểu hiện khi nạp acquy. Lúc không nạp thì điện áp acquy có thể là 12,7V, nhưng do nội trở sinh động làm cho điện áp đo được trên hai cực acquy khi nạp điện có thể lên đến 14V hay 15V. Nội trở thụ động tồn tại khi acquy phát điện. Lúc không phát điện, điện áp áp acquy có thể là 12,7V nhưng do phải "rơi" một điện áp khoảng ~ 1V trên nội trở thụ động này mà khi phát điện, điện áp đo được chỉ còn 11,7V trên hai đầu cực.
Thường thì nội trở sinh động lớn hơn nội trở thụ động. Do đó, đo nội trở để đánh giá chất lượng acquy là chuyện còn phải bàn.
Tuy nhiên cần hiểu rõ là do trạng thái hoạt động của acquy (nạp điện hay phóng điện) mà điều kiện vật lý - hoá học thay đổi (nồng độ dung môi, sự phân cực v.v...) nên nội trở thay đổi để tạo ra 2 mức nội trở nói trên. Do đó mà nội trở có tương quan không tuyến tính với dung lượng.
3, Chỉ tiêu chất lượng duy nhất để đánh giá chất lượng đối với acquy là DUNG LƯỢNG, đo bằng Ah.
Chỉ tiêu này (dung lượng) đo được bằng Watt-meter. Vì vậy mà dùng Watt Meter với điện trở mẫu phù hợp sẽ cho phép đánh giá acquy đúng hơn, trực quan hơn. Watt-meter có hai nhánh tham chiếu là: nhánh điện áp U và nhánh cường độ I. Mạch điện thuật toán tiến hành nhân hai đại lượng đó để có công suất (P = U x I) rồi hiển thị ra.
Cũng trên cơ sở mạch điện kỹ thuật số của Watt-meter, ta dùng thuật toán hiệu không tải E với điện áp mang tải U với nghịch đảo của cường độ I để có nội trở:
r = (E – U) / I
PHƯƠNG PHÁP 4-CỰC ĐỂ ĐO CHÍNH XÁC NỘI TRỞ ACQUY
Phương pháp 4 cực giúp loại bỏ được sai số do điện trở của điểm tiếp xúc và của bản thân que đo. Một nguồn điện phát ra dòng AC không đổi ở tần số 1 kHz. Tần số AC 1kHz giúp tránh được hiệu ứng sức điện động (EMF), không gây ra phản ứng hóa học trong acquy vì giá trị dòng điện thấp (chỉ từ 1.5mA tới 150mA) trong khi chống được nhiễu, đảm bảo giá trị đo chính xác. Bằng phương pháp này còn đồng thời đo được điện áp DC của acquy.
Nội trở của acquy có ảnh hưởng rất quyết định tới chất lượng của chúng. Các acquy có một đặc điểm quý giá là nội trở rất thấp. Vì vậy khi mắc tải vào, điện áp mang tải U rất ít bị suy giảm so với sức điện động của acquy E.
Ví dụ: Một acquy có sức điện động E = 12V, nội trở r = 0.2 Ω, mắc với một điện trở ngoài R = 4 Ω.
Cường độ dòng điện phóng là:
E = I (R + r) à I = 12 / (4 + 0.2) = 12 / 4.2 = 2.86 A.
Điện áp mang tải là:
U = IR = 2.86 x 4 = 11.43 V
Trong quá trình sử dụng lâu dài, các tác nhân hoá học và vật lý làm cho nội trở của acquy tăng lên. Ví dụ nội trở quy tăng lên r = 0.5 Ω.
Lúc đó cường độ dòng điện mang phóng là:
I = U / (r + R) = 12 / 4.5 = 2.67 A
Điện áp mang tải là:
U = RI = 2.67 x 4 = 10.68 V
Như vậy, khi nội trở tăng lên, acquy không thể phục vụ tốt với tải đó nữa, thiết bị Inverter sẻ báo động “hết bình” khi điện áp mang tải V = 11 V và ngắt nguồn khi điện áp mang tải V = 10,7 V để bảo vệ acquy. Vì vậy ta có thể phát biểu là nội trở quyết định chất lượng acquy.
Tuy nhiên, nội trở acquy không thể đo bằng các thiết bị đo điện trờ bình thường được do các thiết bị VOM sẽ cháy lập tức khi đưa vào acquy. Vì vậy, trên mạng có rất nhiều câu hỏi và đáp án về việc đo đạc nội trở acquy. Tuy nhiên tất cả đáp án đều đều là các cách tính gián tiếp với rất nhiều sai số.
Chú ý:
1, Nội trở acquy là rất quan trọng nhưng không phải là tất cả để đánh giá chất lượng, vì mỗi chủng loại acquy có một giá trị nội trở r khác nhau.
Ví dụ acquy "đề" xe có nội trở rất bé vì cần phải phát ra dòng rất cao trong thời gian rất ngắn, trong khi đó acquy chạy xe điện thì mặc dù cùng dung lượng nhưng nội trở lớn hơn do quy xe điện chỉ cần phát dòng vừa đủ (chừng 40 đến 60A) trong thời gian dài, còn trong khi bình "đề" phải phát dòng 500A trong 1 đến vài phút.
Như vậy không thể nói là bình acquy có nội trở càng nhỏ thì acquy có chất lượng càng tốt được. Mà giá trị nội trở hiện tại sẽ được so sánh với giá trị nội trở ban đầu của chính nó.
2, Nội trở có hai trạng thái: nội trở sinh động (Activated Internal Resistance / AIR) và nội trở thụ động (Powerness Internal Resistance / PIR).
Nội trở sinh động biểu hiện khi nạp acquy. Lúc không nạp thì điện áp acquy có thể là 12,7V, nhưng do nội trở sinh động làm cho điện áp đo được trên hai cực acquy khi nạp điện có thể lên đến 14V hay 15V. Nội trở thụ động tồn tại khi acquy phát điện. Lúc không phát điện, điện áp áp acquy có thể là 12,7V nhưng do phải "rơi" một điện áp khoảng ~ 1V trên nội trở thụ động này mà khi phát điện, điện áp đo được chỉ còn 11,7V trên hai đầu cực.
Thường thì nội trở sinh động lớn hơn nội trở thụ động. Do đó, đo nội trở để đánh giá chất lượng acquy là chuyện còn phải bàn.
Tuy nhiên cần hiểu rõ là do trạng thái hoạt động của acquy (nạp điện hay phóng điện) mà điều kiện vật lý - hoá học thay đổi (nồng độ dung môi, sự phân cực v.v...) nên nội trở thay đổi để tạo ra 2 mức nội trở nói trên. Do đó mà nội trở có tương quan không tuyến tính với dung lượng.
3, Chỉ tiêu chất lượng duy nhất để đánh giá chất lượng đối với acquy là DUNG LƯỢNG, đo bằng Ah.
Chỉ tiêu này (dung lượng) đo được bằng Watt-meter. Vì vậy mà dùng Watt Meter với điện trở mẫu phù hợp sẽ cho phép đánh giá acquy đúng hơn, trực quan hơn. Watt-meter có hai nhánh tham chiếu là: nhánh điện áp U và nhánh cường độ I. Mạch điện thuật toán tiến hành nhân hai đại lượng đó để có công suất (P = U x I) rồi hiển thị ra.
Cũng trên cơ sở mạch điện kỹ thuật số của Watt-meter, ta dùng thuật toán hiệu không tải E với điện áp mang tải U với nghịch đảo của cường độ I để có nội trở:
r = (E – U) / I
PHƯƠNG PHÁP 4-CỰC ĐỂ ĐO CHÍNH XÁC NỘI TRỞ ACQUY
Phương pháp 4 cực giúp loại bỏ được sai số do điện trở của điểm tiếp xúc và của bản thân que đo. Một nguồn điện phát ra dòng AC không đổi ở tần số 1 kHz. Tần số AC 1kHz giúp tránh được hiệu ứng sức điện động (EMF), không gây ra phản ứng hóa học trong acquy vì giá trị dòng điện thấp (chỉ từ 1.5mA tới 150mA) trong khi chống được nhiễu, đảm bảo giá trị đo chính xác. Bằng phương pháp này còn đồng thời đo được điện áp DC của acquy.
Hình 1: Phương pháp 4-cực đo nội trở acquy
CHẤT LƯỢNG CỦA QUE ĐO CHO KẾT QUẢ ĐO NỘI TRỞ KHÁC BIỆT
Khi đo một số loại acquy nhất định, chẳng hạn như acquy axit-chì, loại que đo được sử dụng có thể cho ra các giá trị đo khác nhau do sự khác biệt về hình dáng, kích thước của đầu đo. Mặc dù các giá trị đo có thể khác nhau, nhưng các kỹ sư hoàn toàn có thể yên tâm là các kết quả này là kết quả chính xác của từng loại que đo.
Chính vì quy tắc này, khi chuẩn đoán sự suy giảm dung lượng của acquy theo thời gian, bạn cần phải sử dụng các que đo cùng loại để duy trì tính nhất quán của phép đo.
Khác biệt trong giá trị đo khi sử dụng các loại que đo khác nhau là hiện tượng vật lý do sự khác biệt về khoảng cách giữa các cực SOURCE (phát dòng) và cực SENSE (đo áp) của que đo. Sự khác biệt này càng trở nên đáng kể khi các cực của acquy có điện trở cao hơn nội trở của chính acquy đó.
Hình 2: Sự khác biệt giữa 2 que đo dẫn tới kết quả đo nội trở khác biệt