Dlaczego napięcie akumulatora spada podczas przyspieszania: rezystancja wewnętrzna
Podczas przyspieszania napięcie akumulatora spada, a następnie rośnie, gdy tylko puścimy manetkę. To zjawisko, zwane spadkiem napięcia, wynika z rezystancji wewnętrznej ogniw i połączeń: im większy prąd, tym bardziej napięcie spada podczas wysiłku i tym bardziej akumulator się nagrzewa. Jest to zjawisko w pewnym stopniu normalne. Staje się problemem, gdy spadek powoduje utratę mocy, błędne wskazania miernika lub odcięcie akumulatora. Oto skąd się bierze, co go pogarsza i jak go ograniczyć.
Najważniejsze informacje
- Spadek napięcia = prąd × rezystancja wewnętrzna: podwojenie prądu podwaja spadek.
- Wytwarzane ciepło rośnie wraz z kwadratem prądu: podwojenie prądu zwiększa je czterokrotnie.
- Rezystancja wewnętrzna rośnie wraz z zimnem, niskim poziomem naładowania akumulatora i starzeniem się.
- Zbyt duży spadek powoduje utratę mocy, a następnie wyzwala odcięcia BMS lub sterownika.
- Więcej ogniw równolegle, ogniwa wysokoprądowe i dobre połączenia zmniejszają spadek.
Mechanizm: rezystancja wewnętrzna
Akumulator nie jest idealnym źródłem napięcia. Ogniwa, taśmy niklowe, spoiny, kable i złącza stawiają niewielki opór przepływowi prądu. Ta rezystancja „zjada” część napięcia, gdy tylko płynie prąd, zgodnie z prawem Ohma:
napięcie pod obciążeniem = napięcie bez obciążenia − prąd × rezystancja wewnętrzna
Przykład obliczeń, z wartością wybraną dla ilustracji: jeśli całkowita rezystancja akumulatora wynosiłaby 0,1 oma, prąd 100 A spowodowałby spadek napięcia o 10 V podczas przyspieszania. A ta rezystancja rozproszyłaby 100 × 100 × 0,1 = 1 000 W w postaci ciepła, wewnątrz akumulatora, przez cały ten czas.
W akumulatorze rezystancja ogniwa jest mnożona przez liczbę ogniw szeregowo i dzielona przez liczbę ogniw równolegle. Dlatego akumulator z dużą liczbą ogniw równolegle znacznie lepiej utrzymuje napięcie.
Co zwiększa spadek napięcia
| Czynnik | Dlaczego |
|---|---|
| Wysoki prąd | Spadek jest proporcjonalny do prądu: mocniejszy sterownik, dwa silniki, ruszanie pod górę |
| Zimno | Chemia ogniw zwalnia, ich rezystancja wewnętrzna wyraźnie rośnie |
| Niski poziom naładowania | Napięcie bez obciążenia jest niższe, a rezystancja rośnie pod koniec rozładowania |
| Starzenie się | Rezystancja wewnętrzna ogniw rośnie wraz z cyklami i latami |
| Ogniwa „energia” | Zaprojektowane z myślą o pojemności, mają wyższą rezystancję niż ogniwa wysokoprądowe |
| Zużyte połączenia | Zardzewiałe lub poluzowane złącze, pęknięta spoina: dodatkowa rezystancja, która lokalnie się nagrzewa |
Konsekwencje dla hulajnogi
Topniejąca moc
Dostępna moc to iloczyn napięcia i prądu. Jeśli napięcie spada podczas przyspieszania, sterownik nie może dostarczyć ustawionej mocy, zwłaszcza pod górę i przy niskim poziomie naładowania akumulatora. Hulajnoga wydaje się „miękka”.
Wariujący wskaźnik
Wiele wyświetlaczy szacuje pozostały ładunek na podstawie napięcia. Przy każdym przyspieszeniu wskaźnik spada, a potem rośnie po odpuszczeniu gazu. To nie akumulator nagle się rozładowuje: to napięcie spada pod wpływem wysiłku.
Odcięcia
Gdy napięcie grupy ogniw spadnie poniżej dolnego progu BMS, odcina on akumulator, aby go chronić: wszystko gaśnie. Sterownik może również zmniejszyć moc lub odciąć zasilanie, jeśli wykryje zbyt niskie napięcie. Jest to scenariusz szczegółowo opisany w naszym przewodniku bateria i BMS odcinają zasilanie podczas przyspieszania. W każdym przypadku decyduje najsłabsza grupa ogniw: jedna zużyta grupa wystarczy, aby odciąć cały akumulator.
Ciepło
Wytwarzane ciepło rośnie wraz z kwadratem prądu. Akumulator, w którym występuje duży spadek napięcia, mocno się nagrzewa, a ciepło powoduje starzenie się ogniw, co jeszcze bardziej zwiększa ich rezystancję. To błędne koło.
Jak zmniejszyć spadek napięcia
- Dopasowanie sterownika do akumulatora: ogranicz prąd akumulatora do wartości, którą ogniwa znoszą bez problemu.
- Jazda z akumulatorem o odpowiedniej temperaturze: zimą akumulator przechowywany w cieple znacznie lepiej utrzymuje napięcie.
- Sprawdzanie połączeń: sczerniałe lub poluzowane złącze powoduje spadek napięcia i punktowe nagrzewanie.
- Dodanie akumulatora równolegle: akumulator zewnętrzny dzieli prąd z wewnętrznym. Nasz akumulator zewnętrzny Performance (S) 72 V 15 Ah, z ogniwami wysokoprądowymi, jest do tego stworzony.
- Przejście na akumulator wysokoprądowy: ogniwa wysokoprądowe, więcej ogniw równolegle, solidne połączenia. Nasz akumulator Performance 80 V 40,5 Ah do Nami Burn-E, na ogniwach Molicel P45B, dostarcza do 450 A w szczycie, w porównaniu do 98 A w oryginalnym akumulatorze. Różnica została wyjaśniona w artykule akumulator Performance czy Autonomia.
Pomiar spadku
Podłączony BMS lub programowalny sterownik pozwalają rejestrować napięcie i prąd podczas przyspieszania. Porównanie napięcia bez obciążenia i napięcia w szczytowym momencie wysiłku daje wyobrażenie o rezystancji akumulatora: podziel spadek napięcia przez prąd. Powtórz pomiar w tych samych warunkach (naładowanie, temperatura) w różnych porach roku: jeśli spadek wyraźnie rośnie przy tym samym prądzie, akumulator się starzeje lub połączenie ulega degradacji. Odczyt danych z ogniwa jest szczegółowo opisany w czytanie karty katalogowej ogniwa litowego.
Porada warsztatu
Akumulator, który „siada” bardziej niż wcześniej przy tym samym użytkowaniu, prawie zawsze sygnalizuje zużytą grupę ogniw lub połączenie, które się nagrzewa. Zanim wymienisz akumulator, sprawdź napięcie każdej grupy i stan złączy. A jeśli naprawdę chcesz więcej mocy, sprawdź nasze akumulatory do hulajnóg Performance, zanim zaczniesz ingerować w sterownik.
Często zadawane pytania
Czy to normalne, że napięcie spada przy każdym przyspieszeniu?
Tak, wszystkie akumulatory „siadają” pod wpływem wysiłku. Liczy się skala spadku: jeśli powoduje on odcięcie akumulatora lub wyraźną utratę mocy, akumulator jest niedowymiarowany, zimny, rozładowany lub zużyty.
Dlaczego mój wskaźnik rośnie, gdy puszczam manetkę gazu?
Ponieważ wskaźnik odczytuje napięcie, a napięcie rośnie, gdy tylko prąd maleje. Rzeczywisty pozostały ładunek odczytuje się w spoczynku, po kilku chwilach bez przyspieszania.
Dlaczego spadek jest większy przy rozładowanym akumulatorze?
Pod koniec rozładowania napięcie bez obciążenia jest niższe, a rezystancja wewnętrzna ogniw rośnie. To samo przyspieszenie powoduje więc spadek napięcia do niższego poziomu, często aż do progu odcięcia.
Czy mocniejszy sterownik rozwiązuje problem?
Nie, pogarsza go: wymaga większego prądu, więc spadek napięcia i nagrzewanie się zwiększają. Rozwiązanie leży po stronie akumulatora.