- A belső ellenállás az akkumulátor cellák áramvezetési képességét jellemzi, és az öregedéssel fokozatosan növekszik.
- A megnövekedett ellenállás gyakran korábban jelentkezik, mint az érzékelhető kapacitáscsökkenés, ezért korai figyelmeztető jel lehet.
- A mérést a hőmérséklet, a töltöttségi szint és a terhelés is befolyásolja, ezért standardizált körülmények közt megbízható.
- A helyszíni felmérés a belső ellenállást a mért kapacitással és a hibakódokkal együtt értékeli a teljes kép érdekében.
Amikor használt elektromos autó vásárlásáról van szó, a legtöbben elsősorban az akkumulátor mért kapacitására, vagyis a SoH-ra figyelnek, holott az öregedés folyamatának egy másik, legalább ilyen fontos mutatója a belső ellenállás. Ez az érték azt fejezi ki, mennyire akadályozza a cella belső szerkezete - az elektródák, az elektrolit és a köztük lévő érintkezések - az áram szabad áramlását, és minél idősebb, illetve minél jobban igénybe vett egy cella, annál nagyobb ez az ellenállás jellemzően.
Ebben a cikkben bemutatjuk, mit jelent pontosan a belső ellenállás, hogyan függ össze az öregedéssel, és milyen tüneteket okozhat a vezetés közben, ha ez az érték jelentősen megemelkedik. Kitérünk arra is, hogyan mérhető ez a paraméter gyakorlatban, miben különbözik a szokásos kapacitásméréstől, és milyen szerepet játszik egy helyszíni állapotfelmérés keretében. A cél, hogy megértse, miért nem elegendő önmagában a kapacitás ismerete egy teljes körű, megalapozott vásárlási döntéshez.
Mit jelent pontosan az akkumulátor belső ellenállása?
A belső ellenállás azt az elektromos ellenállást jelöli, amelyet az áram a cella belsejében, az elektródák, az elektrolit és az egyes belső érintkezési pontok áthaladása során tapasztal, mielőtt elhagyná a cellát. Minél nagyobb ez az ellenállás, annál nagyobb hányada az áramnak alakul hővé a cellán belül, ahelyett hogy hasznos munkát - a jármű hajtását vagy a töltést - végezné, ami közvetlenül rontja a rendszer hatékonyságát.
Egy vadonatúj, egészséges cella belső ellenállása viszonylag alacsony, és ez az érték a cellák öregedésével, a ciklusok számának növekedésével fokozatosan emelkedik, ahogy az elektród-anyagok és az elektrolit összetétele lassan átalakul a használat során. Ez a folyamat minden lítiumion-akkumulátornál végbemegy, a sebessége azonban jelentősen függ a használat módjától, a hőmérséklettől és a töltési szokásoktól, ezért két hasonló korú autó ellenállása is eltérhet.
Hogyan függ össze a belső ellenállás és az öregedés?
A belső ellenállás növekedése és a kapacitás csökkenése egyaránt az akkumulátor öregedésének következménye, de a két folyamat nem feltétlenül halad azonos ütemben. Sok esetben a belső ellenállás már érzékelhetően emelkedik, miközben a mérhető kapacitás még csak enyhén csökkent, ami azt jelenti, hogy az ellenállás-mérés korábban jelezheti az öregedés előrehaladását, mint a hagyományos kapacitásteszt önmagában.
Emiatt a belső ellenállás egyfajta korai figyelmeztető jelként is felfogható: egy markánsan megemelkedett érték arra utalhat, hogy a cellák belső szerkezete gyorsabb ütemben változik, mint amit a kapacitásadat egyedül mutatna, még akkor is, ha a hatótáv és a mért energiatartalom egyelőre nem tér el jelentősen a várttól. Ez a szempont különösen hasznos a korai, még kevésbé nyilvánvaló degradáció felismerésében.
Milyen tüneteket okoz a megnövekedett belső ellenállás vezetés közben?
A megnövekedett belső ellenállás egyik legérzékelhetőbb hatása, hogy a jármű gyorsítási teljesítménye - különösen erőteljes gyorsításkor vagy gyorstöltés közben - elmarad a várttól, mert a vezérlőegység a túlzott hőtermelés elkerülése érdekében korlátozza a leadható vagy felvehető teljesítményt. A vezető ezt gyakran úgy érzékeli, hogy az autó „nem úgy húz”, mint korábban, vagy hogy a gyorstöltés lassabban zajlik, mint amit a modell alapján elvárna.
Emellett a magasabb belső ellenállás fokozott hőtermeléssel jár terhelés alatt, ami hosszabb, intenzívebb használat esetén - például autópályás vezetés vagy ismételt gyorstöltés közben - gyorsabb hőmérséklet-emelkedést okozhat a csomagban. Ez visszahathat a teljesítményre is, mert a hőkezelő rendszer ilyenkor még erőteljesebben korlátozhatja a kimenő teljesítményt a biztonságos üzem érdekében, ami a vezető számára érezhető, kellemetlen teljesítménycsökkenésként jelentkezik.
Hogyan mérhető a belső ellenállás a gyakorlatban?
A leggyakoribb módszer a belső ellenállás mérésére egy ismert nagyságú áramimpulzus alkalmazása és az ezzel egyidejűleg jelentkező feszültségesés rögzítése, amelyből az ellenállás a feszültségváltozás és az áramváltozás hányadosaként számítható ki. Ez a fajta pulzusos mérés viszonylag gyorsan elvégezhető, és a legtöbb korszerű diagnosztikai eszköz képes rá, akár a jármű saját vezérlőegységének adatait kiolvasva, akár külső méréssel kiegészítve.
Léteznek ennél összetettebb, frekvenciafüggő módszerek is, amelyek a cella viselkedését különböző frekvenciákon vizsgálják, és részletesebb képet adnak a belső folyamatokról, ezeket azonban jellemzően inkább laboratóriumi vagy fejlesztési környezetben alkalmazzák, nem a mindennapi helyszíni felmérés során. A gyakorlati, helyszíni vizsgálatoknál a pulzusos módszer kellően megbízható és gyors eredményt ad ahhoz, hogy a vásárlási döntés alapjául szolgálhasson.
Miben különbözik a belső ellenállás mérése a kapacitásméréstől?
A kapacitásmérés, amely a SoH meghatározásának alapja, azt vizsgálja, mennyi energiát vagy töltést képes az akkumulátor tárolni és leadni egy teljes ciklus során, tehát a „mennyit tud tárolni” kérdésre ad választ. A belső ellenállás mérése ezzel szemben azt vizsgálja, milyen hatékonyan, mekkora veszteséggel képes ezt az energiát leadni vagy felvenni, tehát inkább a „milyen gyorsan és hatékonyan” kérdésre válaszol.
Ez a különbség azt jelenti, hogy két akkumulátor hasonló SoH-val, tehát hasonló tárolt energiamennyiséggel rendelkezhet, miközben eltérő belső ellenállásuk miatt a valós, terhelés alatti teljesítményük jelentősen különbözhet. A valós akkukapacitás méréséről szóló cikkünk a kapacitásmérés menetét mutatja be részletesen, a belső ellenállás pedig ezt egészíti ki egy másik, önállóan is informatív nézőponttal.
Milyen tényezők torzíthatják a belső ellenállás mérését?
A hőmérséklet az egyik legjelentősebb torzító tényező: hidegben a cellák belső kémiai folyamatai lassabbak, ezért a mért ellenállás jelentősen magasabbnak tűnhet, mint amilyen azonos cella szobahőmérsékleten mutatna, még akkor is, ha a cella tényleges állapota nem rosszabb. Emiatt a megbízható méréshez fontos ismerni és rögzíteni a mérés idején uralkodó hőmérsékletet, különben a kapott érték félrevezető lehet.
A töltöttségi szint és az alkalmazott terhelés nagysága szintén befolyásolja az eredményt, mert a belső ellenállás a töltöttségi tartomány szélein - nagyon alacsony vagy nagyon magas töltöttségnél - jellemzően magasabb, mint a középső tartományban. Ezért a megbízható, összehasonlítható mérés standardizált körülmények - hasonló hőmérséklet, töltöttségi szint és terhelés - mellett végezhető el, és csak így vethető össze egy elvárt, referenciaértékkel.
Hogyan jelenik meg a magas belső ellenállás a hatótávban és a töltési sebességben?
A megnövekedett belső ellenállás közvetlenül csökkenti a hatékonyságot, mert az áram áthaladása során nagyobb hányad alakul hővé, nem hasznos munkává, ami a gyakorlatban valamelyest kisebb hatótávban jelenik meg ugyanolyan mért kapacitás mellett is. Ez a hatás jellemzően kisebb mértékű, mint amit maga a kapacitáscsökkenés okoz, de hosszabb távon, magasabb ellenállásnál mégis érzékelhető különbséget jelenthet a ténylegesen megtehető távolságban.
A gyorstöltés sebességére gyakorolt hatás gyakran még szembetűnőbb: a vezérlőegység a túlzott hőtermelés és a cellák védelme érdekében korlátozza a felvehető töltési teljesítményt, ha a belső ellenállás magas, ezért egy erősen megnövekedett ellenállású akkumulátor jelentősen lassabban tölthet gyorstöltőn, mint egy hasonló kapacitású, de alacsonyabb ellenállású társa. Ez a különbség a mindennapi használhatóság szempontjából gyakran nagyobb súllyal esik latba, mint egy enyhe hatótáv-eltérés.
Milyen összefüggés van a belső ellenállás és a cellák egyenetlensége között?
Egy akkumulátorcsomagon belül a cellák vagy cellacsoportok belső ellenállása a gyártás pillanatában is enyhén eltérhet egymástól, és ez a szórás az öregedés során jellemzően tovább nő, mert a magasabb ellenállású cellák terhelés alatt jobban melegednek, ami felgyorsítja saját öregedésüket a többihez képest. Ez egy önmagát erősítő folyamat, amely idővel egyre nagyobb egyenetlenséget okozhat a csomagon belül.
A vezérlőegység kiegyenlítő funkciója igyekszik ezt a szórást kordában tartani, de egy bizonyos mérték felett ez a folyamat egyre nehezebben kezelhető, és a leggyengébb, legmagasabb ellenállású cellák vagy cellacsoportok határozzák meg gyakorlatilag a teljes csomag terhelhetőségét. A belső ellenállás egyenletessége ezért önmagában is fontos mutató, nem csak az átlagos érték, mert egy kiugróan magas ellenállású cellacsoport a teljes rendszer teljesítményét korlátozhatja.
Hogyan illeszkedik a belső ellenállás mérése a helyszíni állapotfelmérés folyamatába?
A helyszíni állapotfelmérés során a belső ellenállás mérése a kapacitásvizsgálat, a hibakódok kiolvasása és a szigetelési ellenállás ellenőrzése mellett önálló, kiegészítő adatpontként szerepel, amely árnyalja a jármű akkumulátoráról kialakított képet. Ha a mért kapacitás megfelelő, de a belső ellenállás a vártnál magasabb, ez arra utalhat, hogy az öregedés folyamata már elindult, még mielőtt az a hatótávban egyértelműen érzékelhetővé válna.
Az energy1 2020 óta Budapesten és Pest vármegyében végzett vizsgálatai ezt a szempontot is figyelembe veszik, amikor a jármű akkumulátorának teljes körű, mért állapotát értékelik, nem csupán egyetlen paraméterre hagyatkozva. A helyszíni állapotfelmérés menetéről szóló írásunk bemutatja, milyen egyéb mérések egészítik ki ezt a képet egy teljes körű vizsgálat során.
Milyen tartományok jelezhetnek problémát elvi szinten?
Mivel a belső ellenállás elfogadható tartománya cellakémiánként, gyártónként és modellenként jelentősen eltér, felelősen nem lehet egyetlen, minden autóra érvényes határértéket megadni. A megbízható értékeléshez az adott modellre jellemző, várható tartományhoz kell viszonyítani a mért eredményt, figyelembe véve a jármű korát, a megtett kilométert és a mérés körülményeit, például a hőmérsékletet és a töltöttségi szintet.
Egy olyan érték, amely jelentősen, nem csak néhány százalékkal haladja meg az adott modellnél elvárható, kor- és kilométer-arányos tartományt, felgyorsult öregedésre vagy egy kialakulóban lévő hibára utalhat, amit érdemes alaposabban megvizsgálni. Ez az értékelés azonban szakértelmet és referenciaadatokat igényel, ezért a nyers számot önmagában, kontextus nélkül félrevezető lehet egy laikus vásárló számára.
Miért érdemes a belső ellenállást is figyelembe venni, nem csak a SoH-t?
A SoH, vagyis a mért kapacitás önmagában hasznos, széles körben ismert mutató, de csak azt mondja meg, mennyi energiát képes az akkumulátor tárolni, nem azt, milyen hatékonyan és milyen teljesítménnyel képes ezt leadni vagy felvenni. Egy elfogadható SoH-jú, de magas belső ellenállású autó a mindennapi használatban gyengébb gyorsulást, lassabb gyorstöltést és nagyobb melegedést mutathat, mint amit a kapacitásadat egyedül sejtetne.
Ezért a megalapozott vásárlási döntéshez célszerű a két mutatót együtt értékelni, ahogy azt az akkumulátor állapotának ellenőrzéséről szóló írásunk is javasolja. A belső ellenállás a korai, még fejlődő problémák felismerésében nyújt segítséget, a SoH pedig az összesített, jelenlegi kapacitásról ad képet, és a kettő együtt lényegesen megbízhatóbb alapot ad, mint bármelyik önmagában, ahogy azt az SoH-alapú árazásról szóló cikkünk is részletesen bemutatja.
Gyakran ismételt kérdések
Mit jelent egyszerűen megfogalmazva a belső ellenállás?
Korábban jelzi az öregedést a belső ellenállás, mint a kapacitáscsökkenés?
Milyen tünetet okoz vezetés közben a magas belső ellenállás?
Hogyan mérik a belső ellenállást a gyakorlatban?
Miért térhet el a mért belső ellenállás azonos autónál különböző alkalmakkor?
Elég csak a SoH-t ismerni, vagy szükséges a belső ellenállás mérése is?
Akkumulátor állapot és hatótáv ellenőrzés a helyszínen
Ha a(z) „Az akkumulátor belső ellenállása: mit árul el az öregedésről?" után konkrét használt elektromos autó beszerzésén gondolkodik, a kiszemelt példány valós akkumulátor állapotát (SoH), hatótávját és rejtett hibáit egy helyszíni állapotfelmérés tárja fel - így mért adatra, nem a hirdetésre alapozhat.
Időpontot kérekForrás és további szakmai olvasmány: ADAC - elektromos autó akkumulátora.
