Лутане из джунглата на протоколите за бързо зареждане: Защо „мощно“ не винаги е „бързо“. 

Някога имаше две жици и най-сложната част от зареждането беше да не объркаш плюс с минус. Зареждането на батерии днес няма нищо общо с това – наред с плюса и минуса, върви един непрекъснат разговор между зарежданото и зареждащото устройство. И този разговор, на всичкото отгоре, става на различни езици, т.нар. протоколи.

И дори още преди да се стигне до този разговор, хардуерът трябва да е напълно съвместим: използваме различни зарядни, кабели, адаптери от един на друг стандарт… И дори като напаснем всичко, може да се окаже, че зарядното осигурява необходимия протокол, но не осигурява пълния диапазон от напрежение и ток, за да бъде най-ефективно зареждането. В самите кабели има електроника, някои дори имат свой фърмуер, който може да се ъпдейтва.

Лутането из джунглата на протоколите за бързо зареждане започва.

Кабелите не са това, което бяха. 

Разбира се, повечето потребители не се интересуват от това. За тях има „маркови“ зарядни и кабели, и „ментета“. Те са склонни да дадат в пъти повече пари за оригинални зарядни, с което компенсират своето незнание. Ако сте от този тип хора, тази статия не е за вас.

Всъщност, на пазара почти няма ментета 

Хардуерът обикновено има описание и то отговаря на истината. Това, че някой не разбира какво пише в описанието, не прави от хардуера „менте“. Голяма част от потребителите изобщо не четат какво пише за устройствата – било то кабели, зарядни или адаптери. Да, някои производители използват маркетингови трикове, за да си продадат стоката, но това не прави нито тях виновни, нито стоката им – менте.

Никога не забравяйте, че сочейки някого с показалеца за вина, други три пръста сочат вас! Ако мислите по същия начин, препоръчвам да продължите да четете и се надявам този прочит да ви е полезен, като мисля да се опитам да обясня всичко простичко, така че даже и аз да го разбера!

Нека започнем от кабела 

Плюс и минус вече не стигат. Трябват поне още две, а за Type-C още четири жички – D+, D- и CC1, CC2 (и да не забравяме още една – обща маса за всички).

• D+ (Data Plus) и D- (Data Minus): Това са сигналните линии за данни в стария, класически USB стандарт (USB 2.0).
• CC1 (Configuration Channel 1) и CC2 (Configuration Channel 2): Това са каналите за конфигуриране, които са специфични и критични само за USB Type-C конектора.

Подробно обяснение за всеки от тях:

А) Двойката D+ и D- (Дата линиите) 

Тези линии бяха създадени, за да пренасят данни (например от флашка към компютър). Въпреки това, в ерата преди USB-C, инженерите намериха начин да ги използват за бързо зареждане.

• Как работят за зареждане: Когато свържеш стария си телефон към зарядно, те се „договарят“ за мощността чрез напрежението по тези две линии. Например, ако зарядното подаде 3.3V по D+ и 0.6V по D-, телефонът „знае“, че това е QC3.0 зарядно и може да поиска 9V или 12V.
• Протоколи, които използват D+ / D-:
  • BC1.2 (CDP): Най-старият стандарт за зареждане.
  • APPLE: Apple използва специфични резистори на D+ и D-, за да покаже дали зарядното е 5W, 10W или 12W.
  • Qualcomm Quick Charge (QC) 2.0 и 3.0: Разчитат изцяло на нивата на напрежение по D+ и D-.
  • Samsung AFC: Също като QC2.0.
  • Huawei FCP: Използва цифров сигнал по дата линиите.
  • OPPO/OnePlus/Realme (старите версии VOOC / DASH / WARP): Използват патентован протокол по D+ и D-, който изисква оригинален кабел.

Б) Двойката CC1 и CC2 (Конфигурационните канали) 

Това е иновацията в USB Type-C. Тези пинове са причината USB-C да е толкова умен и да може да се включва и от двете страни (реверсивен).

• Как работят:
  • Откриване на ориентация: Когато включиш USB-C кабел, зарядното измерва кой от двата CC пина е свързан. Така разбира коя страна е „горе“ и коя „долу“, за да знае къде да подаде захранване.
  • Откриване на роля: Те позволяват на устройството да разбере дали е включено към зарядно (Host) или към друго устройство (Peripheral).
  • USB Power Delivery (PD): Тук се случва цялата магия. Протоколът PD не използва старите дата линии (D+/D-). Вместо това, той изпраща цифров код по активния CC пин (другият остава за захранване на „активни“ кабели). Чрез този код зарядното и телефонът разговарят, за да договорят високо напрежение и висок ток (напр. 20V @ 5A за лаптопи).
• Протоколи, които използват CC линиите:
  • USB Power Delivery (PD) 2.0 / 3.0 / 3.1: Изцяло цифрови сигнали по CC линията.
  • PPS (Programmable Power Supply): Като част от PD.
  • Qualcomm Quick Charge 4.0 / 5.0: Тъй като тези стандарти са съвместими с PD, те също използват CC линията.
  • Китайските бързи протоколи (Huawei SuperCharge, OPPO VOOC) в модерните USB-C версии: Някои от тях използват и CC за разпознаване на оригиналния кабел или за съвместимост с PD.

Разликата между BC1.2 DCP и CDP 

Протоколът BC1.2 (Battery Charging 1.2) може да бъде или DCP, или CDP. Ето какво означава това. Има съществена разлика между DCP и CDP, но общото е, че и двете позволяват зареждане с по-висок ток от стандартния за USB 2.0 (който е само 500mA).

DCP (Dedicated Charging Port) 

Порт, който е създаден само и единствено за захранване. На него няма цифрова логика, която да пренася снимки или файлове.

• Как работи: За да каже на телефона, че е мощно зарядно, то просто „окъсява“ двете линии за данни (D+ и D-) вътре в самия порт. Когато телефонът „усети“, че D+ и D- са свързани помежду си, той знае, че това е DCP и може безопасно да черпи до 1.5A ток на 5V.
• Кога работи: Когато ползвате устройства, които се включва директно в контакта или в запалката на колата (стари адаптери, стари и не толкова стари захранващи банки).

CDP (Charging Downstream Port) 

Много по-„умен“ порт. Той позволява на устройството ти (например телефон) едновременно да се зарежда бързо и да бъде разпознато от компютъра като устройство за данни (за прехвърляне на файлове, ADB дебъгване и т.н.).

• Как работи: CDP съдържа специализирана електроника. Когато свържеш телефона, този порт използва сложна поредица от сигнали по дата линиите (D+/D-), за да каже на телефона: „Аз съм USB порт за данни, но имам и мощен захранващ блок. Можеш да черпиш до 1.5A, докато си говорим.“
• Кога работи: Когато тествате USB портовете на модерен компютър или скъпа докинг станция.

Когато кабелът е умен: E-Marker чипът 

Споменах, че някои кабели имат в себе си вграден чип. Това най-често е микроскопичен чип, вграден в единия или и двата конектора на USB Type-C към Type-C кабел, и се нарича E-Marker (Electronic Marker).

E-marker-ът може да се оприличи на „електронна лична карта“ на кабела.

• За какво служи: В стандартния USB PD (Power Delivery) протокол без E-Marker, зарядното не смее да пусне повече от 3A ток (т.е. максимум 60W при 20V), за да не прегрее и запали някой тънък или евтин кабел.
• Как работи: Когато обаче зарядното и телефонът „разговарят“, те „питат“ кабела: „Ти какъв си?“.
  1. Ако кабелът има E-Marker, той отговаря цифрово по CC линията: „Аз съм сертифициран кабел, мога да издържа 5A ток и поддържам USB 3.2 данни.“
  2. Тогава зарядното безопасно активира профилите от 60W до 100W (и дори 240W в PD 3.1).

Ами VOOC/SuperVOOC кабелите? 

Някои кабели не се нуждаят от E-Marker (например тези на OPPO/OnePlus/Realme, които работят по SuperVOOC протоколи). Те имат собствени патентовани чипове. Техният подход е различен – при тях напрежението е ниско (5V или 10.5V), но токът е значителен (до 6A-12A), за да се постигне желаната зарядна мощност.

• Различен стандарт: E-Marker е отворен стандарт на USB-IF. SuperVOOC е частна собственост на OPPO. Ако зарядното използва PD протокола, за да „почука на вратата“, OPPO чипът няма да отговори. Затова тестерът FNIRSI ще ти напише: „No E-Marker Found“.
• Скрит хардуер/Софтуер: В по-старите USB-A към USB-C кабели за VOOC, разпознаването често става по чисто хардуерен начин – допълнителен, патентован пин вътре в USB-A конектора, който телефонът засича. В модерните USB-C към USB-C кабели на OPPO има чип, но той използва патентовани криптографски ключове, за да се идентифицира пред телефона като „оригинален“.

Оригиналният OPPO кабел има чип, но протоколът PD не може да прочете информацията вътре в него, защото тя е заключена.

Разликата в подходите (20V/5A vs. 10V/10A) 

• PD (Power Delivery): Използва високо напрежение (напр. 20V) за пренос на мощност. Чипът (E-Marker) е нужен, за да потвърди, че кабелът може да издържи висок ток (5A), за да не се запали.
• SuperVOOC: Използва ниско напрежение (5V или 10V) за пренос на мощност, но с екстремно висок ток (до 6A-12A в зависимост от версията). Тук чипът не е за безопасност на напрежението, а за автентификация. OPPO иска да е сигурен, че използваш техния специфичен кабел, който има по-дебели медни жила, за да пренесе този висок ток без загуби.

Повечето масови PD кабели (без E-Marker), дори и да са качествени, не могат да пренесат 10-12A ток на 5V-10V. Телефонът OPPO „знае“ това, „разговаря“ с чипа в оригиналния кабел и само тогава активира SuperVOOC. Ако чипът не отговори, телефонът ограничава зареждането до базовите 5V/2A.

Систематизиране на „джунглата“: Таблица с протоколите за бързо зареждане

Ето и един мой опит да систематизирам „джунглата“ в таблица:

Заключение

Моля да бъдете снизходителни, ако някъде има грешка – джунглата си е джунгла и за мен, макар че вече доста успешно се ориентирам. Ще се радвам на всякакви конструктивни забележки и допълнения – коментарите са на ваше разположение!

Източници и полезна информация за статията

1. USB Implementers Forum (USB-IF):

   • Официални технически спецификации за стандартите USB Power Delivery (PD) 3.1, USB Type-C® Cable and Connector и Battery Charging (BC1.2).

   • URL: https://www.usb.org/documents

2. Qualcomm Technologies, Inc.:

   • Техническа информация и преглед на поколенията Quick Charge (QC) технологии: QC 2.0, 3.0, 4, 4+ и QC 5.

   • URL: https://www.qualcomm.com/products/features/quick-charge

3. OPPO Global:

   • Официална информация за патентованите технологии за бързо зареждане VOOC и SuperVOOC, използвани и от брандовете OnePlus и Realme.

   • URL: https://www.oppo.com/en/newsroom/press/oppo-supervooc-flash-charge/

4. Samsung Electronics:

   • Информация за поддръжката на Adaptive Fast Charging (AFC) в по-стари модели и внедряването на универсалните PD/PPS стандарти в новите устройства.

   • URL: https://www.samsung.com/global/galaxy/what-is-fast-charging/

5. Huawei Consumer BG:

   • Детайли за технологиите Huawei FastCharge Protocol (FCP) и SuperCharge Protocol (SCP).

   • URL: https://consumer.huawei.com/en/support/content/en-us00693997/

6. MediaTek Inc.:

   • Технически преглед на стандарта MediaTek Pump Express (PE).

   • URL: https://www.mediatek.com/features/pump-express

7. FNIRSI Technology Co., Ltd.:

   • Ръководства за потребителя и спецификации на USB тестерите FNB58 и FNB-C2, използвани за диагностика на описаните протоколи.

   • URL: https://www.fnirsi.com/download

Материалът Лутане из джунглата на протоколите за бързо зареждане: Защо „мощно“ не винаги е „бързо“ е публикуван за пръв път на Галя и Тони - Галанто.

FNIRSI LCR-ST2 мастър клас: Практическо ръководство за прецизни измервания

Отключете пълния потенциал на интелигентната пинсета FNIRSI LCR-ST2 с моите практически съвети и натрупан опит.

След като преминахме заедно през тънкостите на DeepVNA, FTX-1F и FTDX10, дойде ред да обърнем внимание на един инструмент, който бързо се превърна в незаменим помощник на моята работна маса – интелигентната пинсета FNIRSI LCR-ST2.

Това е четвъртата ми книжка от серията „Майсторски клас“. В нея реших да споделя не само сухите технически данни, но и реалните методи за диагностика, които използвам всеки ден. В света на миниатюрните SMD компоненти, добрият инструмент е само началото. Истинската магия се случва, когато знаете как да разчетете „истината“, която цифрите на екрана се опитват да ви кажат.

Какво ще намерите в този „Майсторски клас“?

Ръководството е структурирано така, че да ви преведе от първото включване до експертния анализ на сложни повреди. В него разкривам:

• Динамично управление на параметрите: Как да използвате „скритите“ функции на джойстика, за да виждате Q-фактор, Impedance (Z) и фазово отместване директно на основния екран.
• Диагностика на кондензатори: Моето „Златно правило“ за измерване на ESR (Rs) при 100kHz и защо капацитетът често не е най-важният показател.
• Локализиране на къси съединения: Милиомната техника, с която откривам пробил компонент по захранваща шина, без да разпоявам всичко наред.
• Честотен анализ (SCAN): Как да разберете поведението на бобините и трансформаторите в реални работни условия.

„Там, където цифрите срещат истината“ – това е мотото за това ръководство.

Целта ми е да ви дам увереност във всяко ваше измерване.

Тази книга е перфектното допълнение към моите предишни „Майсторски класове“ за DeepVNA, FTDX10 и FTX-1F за радиолюбители-практици.

Изтеглете книгата в PDF формат

Можете да изтеглите пълната версия на книжката „FNIRSI LCR-ST2 МАЙСТОРСКИ КЛАС Пълно ръководство за прецизни измервания с LCR-ST2“ напълно безплатно от линка по-долу:

[Изтегли PDF: FNIRSI LCR-ST2 МАЙСТОРСКИ КЛАС – LZ3AI]

Подкрепете споделения опит

„Този наръчник е моят принос към радиолюбителската общност и винаги ще бъде свободен за споделяне. Ако информацията в него ви е била полезна и искате да изразите своята подкрепа за труда ми, можете да ме почерпите една чаша виртуално кафе през линка по-долу. Всяко подобно признание ме мотивира да продължавам да споделям практически съвети и нови на сайта. Благодаря ви и 73!“ — Тони, LZ3AI

Приятели, създаването на тези ръководства отнема стотици часове в тестване, проучване и описване на всяка функция. Ако намирате моя труд за полезен и той ви е помогнал да спестите време или да решите труден ремонт, можете да изразите своята благодарност и да подкрепите бъдещите ми проекти. Вашата подкрепа е „горивото“, което ми дава сили да продължавам да споделям знания с радиолюбителската общност.

Почерпете ме едно кафе

Вашата обратна връзка е важна!

Радиолюбителството е хоби на споделения опит. Използвате ли по-различни настройки за вашия уред? Имате ли „тайна рецепта“ за лесно измерване на различните компоненти, без да ги сваляте от платката?

Ще се радвам да споделите вашите мнения, корекции или лични настройки в коментарите под статията или в едно с кафето. Нека заедно направим това ръководство още по-полезно за радиолюбителската общност!

73 и до среща в ефира!

Тони, LZ3AI

За автора (LZ3AI): „Вярвам, че споделянето на опит е в основата на радиолюбителското движение. Моите „Майсторски класове“ се фокусират върху практическата страна на нещата, за да ви помогнат да извлечете максимума от вашето оборудване.“

Използвана литература и източници

При подготовката на този „Майсторски клас“ се доверих на:

• FNIRSI Technology Co., Ltd. – Официална документация и спецификации на фърмуер v1.5.1.
• H. W. Ott – „Noise Reduction Techniques in Electronic Systems“.
• Galanto Electronic Library – Материали за ESR диагностика и вътрешно съпротивление на батерии.
• Лична лабораторна практика – Десетки часове тестове с еталонни компоненти.

Материалът FNIRSI LCR-ST2 мастър клас: Практическо ръководство за прецизни измервания е публикуван за пръв път на Галя и Тони - Галанто.

Ток на утечка в автомобила

Обичайните стойности за ток на утечка (консумация в покой) от акумулатора на съвременен лек автомобил са между 20 и 50 милиампера (mA).

Нормални и максимално допустими стойности

• Идеална стойност: Всичко под 50 mA се счита за напълно нормално за повечето бензинови и дизелови автомобили. Тази енергия е необходима за поддържане на паметта на различни модули като компютъра на двигателя (ECU), радиото, алармената система и други. Някои специалисти твърдят, че за нормални трябва да се считат стойности под 20 mA. Тук вече трябва да се подхожда като при хората. Всеки автомобил е уникален и би било добре като нов да се отчете тази стойност, за да може да се контролира. Ако не е известна стойността й като нов, спазва се общото правило.
• Максимална допустима стойност: Като горна граница обикновено се приема стойност до 80-85 mA. Макар и по-висока, тази консумация не би трябвало да създаде проблеми със запалването, освен ако автомобилът не се кара в продължение на няколко седмици.

Кога да се притеснявате?

Трябва да потърсите причината за утечка, ако консумацията в покой е трайно над 85-100 mA. При такива стойности рискувате акумулаторът ви да се изтощи значително по-бързо, особено при по-ниски температури или ако колата не се шофира ежедневно. Стойности над 100 mA почти сигурно ще доведат до проблеми със стартирането след няколко дни престой.

Как се измерва утечката?

За да измерите тока на утечка, е необходим мултицет с възможност за измерване на постоянен ток (ампери). Процедурата накратко е следната:

1. Изключете всички консуматори в автомобила (светлини, радио, климатик, USB устройства в запалката).
2. Затворете всички врати, но си осигурете достъп до акумулатора. При някои коли се налага да се „излъже“ механизмът на предния капак или багажника, че е затворен (или задния капак, задна врата – в зависимост от разположението на акумулатора).
3. Изчакайте около 30-40 минути. Това време е необходимо, за да „заспят“ всички електронни модули в автомобила. Не започвайте да изключвате клемата на акумулатора преди самото измерване. Възможно е липсата на захранване в периода на изчакване да наруши нормалното „заспиване“ на някой от електронните модули.
4. Свържете мултицета последователно на отрицателната клема на акумулатора. Това означава да разкачите отрицателния кабел от клемата и да свържете мултицета между кабела и самата клема. Ако акумулаторът е в багажника или под задната седалка, открийте го и измервайте директно на него. В такива случаи не се лъжете да мерите стойности на изводи край двигателя. Проблемната утечка може да е точно в участъка между акумулатора и тези изводи.
5. Отчетете стойността в милиампери.

Вероятни причини

Ако установите по-висока от нормалната консумация, най-честите виновници са нефабрични или повредени аларми, повредени или допълнително монтирани аудио системи или други електронни устройства, дефектни релета, USB устройства на мястото на запалката или някой от електронните модули, който не „заспива“ правилно. В такъв случай е най-добре да се обърнете към специализиран сервиз за диагностика.

Ако имате опит в установяване и отстраняване на утечка, моля споделете повече подробности – марка и модел, причини и начини за отстраняване, в коментар. Със сигурност ще помогнете на много хора.

Материалът Ток на утечка в автомобила е публикуван за пръв път на Галя и Тони - Галанто.

Вътрешно съпротивление на автомобилния акумулатор

Вътрешното съпротивление (Ri​) е един от най-важните показатели за „здравето“ на батерията. FNIRSI HRM-10 е един от измервателните уреди, който може да даде много добра представа за състоянието на един акумулатор.

Накратко: колкото по-ниско е вътрешното съпротивление, толкова по-добро е състоянието на акумулатора. С времето и употребата, то се увеличава, което ограничава способността му да отдава висок стартов ток.

Има ли значение типът на акумулатора?

Да, има огромно значение. Не може да се използва една и съща таблица за оловно-киселинен, гелов (GEL), AGM, EFB и литиево-йонен (Li-ion) акумулатор. Всеки тип има различна химия и вътрешна структура, което води до напълно различни стойности на вътрешното съпротивление.

Затова е невъзможно да се създаде една универсална таблица за всички видове. По-долу са представени ориентировъчни таблици за най-често срещаните типове.

Важно: За най-точна преценка, винаги сравнявайте измерената стойност със спецификациите на чисто нов акумулатор от същия модел, ако са налични. По-надеждният метод е да следите как съпротивлението на вашия акумулатор се увеличава с времето. Повишаване на съпротивлението с 50-100% спрямо първоначалната стойност обикновено е сигурен знак за край на живота на батерията.

Таблица за 12V Автомобилни Акумулатори (Оловно-киселинни: EFB, AGM)

При автомобилните акумулатори е по-практично вътрешното съпротивление да се обвърже със стартовия ток (CCA – Cold Cranking Amps), а не с капацитета (Ah). По-мощните акумулатори с по-висок CCA имат по-ниско вътрешно съпротивление.

Таблица за Малки оловно-киселинни акумулатори (SLA/VRLA)

Това са капсуловани акумулатори, често използвани в UPS устройства, алармени системи, детски колички и др.

Таблица за Литиево-йонни (Li-ion/Li-Po) акумулатори

Тук разнообразието е огромно, но ето някои общи насоки. „Power“ клетките (за висок ток, напр. във винтоверти) имат по-ниско съпротивление от „Capacity“ клетките (за висок капацитет, напр. в лаптопи).

Как да интерпретирате резултатите?

1. Заредете акумулатора: Винаги тествайте напълно зареден акумулатор. При нисък заряд вътрешното съпротивление е по-високо и ще ви подведе.
2. Температура: Измервайте при стайна температура (20-25°C). При по-ниски температури съпротивлението се покачва.
3. Добър контакт: Уверете се, че щипките на уреда правят чист и здрав контакт с клемите на акумулатора. Оксидация или замърсяване могат да изкривят резултата.

Моля, споделете своя опит в коментар.  Ще е интересно за всички.

Материалът Вътрешно съпротивление на автомобилни и други акумулатори е публикуван за пръв път на Галя и Тони - Галанто.

Тайната на дългия живот: Как да разберем дали акумулаторът е отличен, добър или повреден чрез измерване на вътрешното съпротивление

Вътрешното съпротивление е един от най-добрите показатели за състоянието на даден акумулатор. То е като кръвното налягане за човек – дава много информация за „здравето“ му. Нека разгледаме по-подробно как може да използваме вътрешното съпротивление, за да оценим състоянието на различни типове акумулатори.

Какво е вътрешно съпротивление?

Вътрешното съпротивление (R_int​) на акумулатора е мярка за съпротивлението на всички компоненти вътре в него, които пречат на потока на електрически ток. Това включва съпротивлението на електролита, на електродите, на сепаратора и на връзките между тях. Колкото по-ниско е вътрешното съпротивление, толкова по-ефективно може да отдава и приема енергия акумулаторът.

Защо е важен показател?

С течение на времето и употребата, вътрешното съпротивление на акумулатора се увеличава. Това се дължи на различни процеси като:

• Износване на електродите: Образуване на слоеве с по-високо съпротивление, промяна в кристалната структура.
• Разграждане на електролита: Увеличаване на вискозитета, намаляване на йонната проводимост.
• Загуба на активен материал: Свиване и разширяване, които водят до загуба на контакт.

Повишеното вътрешно съпротивление води до:

• Намален капацитет: Акумулаторът не може да съхранява толкова енергия.
• Намалена мощност: Не може да отдава висок ток, особено при продължително натоварване.
• Повишено нагряване: Повече енергия се губи като топлина при зареждане и разреждане.
• По-бързо саморазреждане: Не е пряко свързано, но често върви ръка за ръка с другите деградационни процеси.

Как се измерва вътрешното съпротивление?

Съществуват два основни метода за измерване:

1. AC (променливотоков) метод: Това е най-разпространеният и точен метод. Уредът подава малък променлив ток с определена честота (например 1 kHz) през акумулатора и измерва спада на напрежението. Вътрешното съпротивление се изчислява по закона на Ом (R=V/I). Повечето специализирани тестери за акумулатори използват този метод.
2. DC (постояннотоков) метод: Измерва се спадът на напрежението при прилагане на известен товар. Този метод е по-прост, но по-малко точен, тъй като зависи от състоянието на заряд и температурата. Но пък е по-достъпен в практиката, защото не са необходими специализирани уреди – достатъчни (примерно) са два мултицета и достатъчно мощен резистор с точно съпротивление. Има много добри описания на този метод в Youtube.

Класификация на акумулатори по вътрешно съпротивление

Трябва да се има предвид, че няма универсални, строго дефинирани стойности на вътрешното съпротивление, които да са приложими за абсолютно всички акумулатори, тъй като те зависят от:

• Химичен състав: Li-ion, LiFePO4, NiMH, оловно-киселинни имат различни типични стойности.
• Капацитет: Акумулатор с по-голям капацитет обикновено има по-ниско вътрешно съпротивление.
• Размер/Форм-фактор: 18650, 21700, 26650 имат различни конструкции и размери.
• Производител: Различни производители и серии имат разлики.
• Предназначение: Акумулатори за високи токове (power cells) имат много по-ниско вътрешно съпротивление от такива за висок капацитет (capacity cells).
• Температура: При по-ниски температури вътрешното съпротивление се повишава.
• Състояние на заряд (SoC): При много нисък или много висок заряд вътрешното съпротивление може леко да се повиши. За най-точни измервания се препоръчва акумулаторът да е около 50-80% зареден.

Ориентировъчни диапазони

Следват насочващи данни за определяне на качеството на различни типове батерии.

Литиево-йонни акумулатори (18650, 21700, 26650 и др.)

Тези акумулатори са много чувствителни към вътрешното съпротивление. Стойностите често се измерват в милиоми (mΩ).

Таблица с актуализирани ориентировъчни стойности за 18650/21700 според предназначението

Вътрешно съпротивление на литиеви „монетни“ батерии (CR2032, CR2016, CR2025 и др.)

Тези батерии са от тип първични литиеви батерии (непрезареждаеми). Техният химичен състав е различен (литиево-манганов диоксид обикновено) и са предназначени за много нисък разряден ток за изключително дълъг период (години).

• Предназначение: Часовници, компютърни дънни платки (CMOS батерии), малки дистанционни, играчки, медицински устройства с ниска консумация.
• Типично вътрешно съпротивление: Вътрешното съпротивление на тези батерии е значително по-високо от това на презареждаемите литиево-йонни акумулатори, но това е нормално за тяхното предназначение.

Важни уточнения за „монетните“ батерии:

• Висока чувствителност към измервателния уред: Някои тестери за вътрешно съпротивление, особено тези, предназначени за Li-ion акумулатори, може да не дават точни или надеждни показания за монетни батерии поради техния много висок импеданс и различни честотни характеристики.
• Фокус върху напрежението: При тези батерии често е по-практично да се разчита на измерване на напрежението под минимално натоварване, тъй като то спада значително, когато батерията е към края на живота си. Нова CR2032 е около 3V, докато под 2.8V вече се счита за изхабена за повечето приложения. Въпреки това, вътрешното съпротивление е по-добър индикатор за оставащия живот, отколкото само напрежението на празен ход.
• Те не са за висок ток: Опитът да се изтегли висок ток от такава батерия би довел до огромен спад на напрежението поради високото вътрешно съпротивление.

Разлики във вътрешното съпротивление според предназначението на литиево-йонните акумулатори

Литиево-йонните акумулатори от един и същи форм-фактор (например 18650) се произвеждат с различни цели, което пряко влияе на тяхното вътрешно съпротивление:

1. Акумулатори за висок ток (Power Cells):
   • Предназначение: Електрически инструменти, вейп устройства, дронове, електрически велосипеди/скутери – приложения, където е необходимо да се отдават големи токове за кратък или продължителен период.
   • Конструкция: Оптимизирани са за минимално вътрешно съпротивление чрез по-тънки сепаратори, по-голяма площ на електродите и материали с по-висока проводимост. Това обикновено е за сметка на капацитета.
   • Типично вътрешно съпротивление (ново): Много ниско, обикновено под 15 mΩ, често в диапазона 8−12 mΩ.
2. Акумулатори за висок капацитет (Capacity Cells):
   • Предназначение: Лаптопи, фенерчета, power banks, медицински устройства – приложения, където е важен максималният капацитет, а не толкова способността за отдаване на много висок ток.
   • Конструкция: Оптимизирани са за максимален капацитет чрез по-голямо количество активен материал. Това може да доведе до леко по-високо вътрешно съпротивление в сравнение с „power“ клетките.
   • Типично вътрешно съпротивление (ново): Умерено ниско, обикновено в диапазона 20−30 mΩ, макар че някои по-нови и ефективни модели могат да са и под 20 mΩ.
3. Акумулатори за нисък ток и дълъг живот (Low Drain / Long Life Cells):
   • Предназначение: Приложения, където е необходим много нисък, постоянен ток за дълъг период от време, като например часовници, дистанционни управления, сензори, бекъп батерии.
   • Конструкция: При тях фокусът е върху стабилността на напрежението, ниското саморазреждане и дългия живот при ниски натоварвания. Вътрешното съпротивление не е толкова критичен фактор, колкото при „power“ клетките, но все пак трябва да е в приемливи граници.
   • Типично вътрешно съпротивление (ново): По-високо от „power“ и „capacity“ клетките, но все пак в рамките на разумното за литиево-йонна технология. За 18650 или подобни клетки, стойности от 40−60 mΩ за нови клетки, предназначени само за много нисък ток, могат да се считат за нормални. Важно: Стойности над 100 mΩ за 18650 дори и за този тип, ще означават деградация.

Допълнителни бележки за Li-ion батерии:

• Нови акумулатори: Винаги ще имат най-ниското вътрешно съпротивление.
• Паралелно свързани: При паралелно свързани клетки е критично всички да имат сходно вътрешно съпротивление, за да се балансира натоварването и да се предотврати претоварване на по-слабите клетки. При такова свързване общото съпротивление е по-малко (пресмята се като при паралелни резистори) и съответно може да отдават по-голям ток при същото напрежение.
• LiFePO4 (Литиево-желязо-фосфатни): Тези акумулатори обикновено имат по-ниско вътрешно съпротивление от стандартните Li-ion, особено когато са предназначени за високи токове. Например, нов LiFePO4 акумулатор 32650 може да има вътрешно съпротивление под 5 mΩ.

• Снабдявайте се с акумулатори от производители, които гарантират определено вътрешно съпротивление в спецификациите си. Избягвайте „преопаковчици“ на акумулатори, колкото и да ги хвалят във форумите и ревютата. Твърдение, че 200 mΩ може да е добро вътрешно съпротивление за 18650, е невярно – това е твърде висока стойност дори и за акумулатори за слаб ток. При 200 mΩ акумулатор 18650, независимо от предназначението си, би бил силно деградирал и с много ограничен капацитет и мощност, на практика неизползваем.

Никел-метал-хидридни (NiMH) и Никел-кадмиеви (NiCd) акумулатори

Тези акумулатори обикновено имат по-високо вътрешно съпротивление от литиево-йонните, особено при по-малките размери (AA, AAA).

Допълнителни бележки за NiMH/NiCd:

• „Ефект на паметта“ и кристализация: Тези ефекти могат да повишат вътрешното съпротивление.
• При тях са важни границите на разряд-заряд  при първоначалната експлоатация заради ефекта на паметта.

Оловно-киселинни акумулатори (автомобилни, някои стационарни и др.)

При автомобилните акумулатори вътрешното съпротивление е изключително ниско и се измерва в микрооми (μΩ) или десети от милиома (mΩ). То е ключов показател за способността на акумулатора да отдаде висок стартов ток (CCA – Cold Cranking Amps).

Допълнителни бележки за оловно-киселинни батерии:

• Състояние на заряд: При тези акумулатори състоянието на заряд оказва значително влияние върху вътрешното съпротивление. Измерванията трябва да се правят при напълно зареден акумулатор.
• Температура: При ниски температури вътрешното съпротивление значително се повишава, което е причина за трудности при стартиране на автомобил през зимата.
• Сулфатизация: Това е основна причина за повишаване на вътрешното съпротивление при оловно-киселинните акумулатори.

Общи съвети и заключения

• Измервайте с един и същ уред: За да получите най-надеждни резултати, винаги използвайте един и същ тестер за вътрешно съпротивление. Различни уреди могат да дават леко различаващи се показания.
• Консистентност: Измервайте при сходни условия – температура и състояние на заряд (за Li-ion около 50-80%, за оловно-киселинни напълно зареден).
• Комбинирайте с други показатели: Вътрешното съпротивление е отличен показател, но не е единственият. Комбинирайте го с измерване на капацитета (особено за Li-ion), напрежението под товар и визуална инспекция (за подуване, течове и др.).
• Проследявайте развитието: Най-добрата оценка за състоянието на акумулатора се получава, когато проследявате вътрешното му съпротивление през времето. Ако започне бързо да се повишава, това е сигурен знак за деградация.
• Мерна единица: Внимавайте с мерните единици – милиоми (mΩ) и микрооми (μΩ). 1 mΩ=1000μΩ.

Използване на FNIRSI HRM-10: Практически аспекти

FNIRSI HRM-10 е популярен и сравнително достъпен тестер за вътрешно съпротивление на батерии и с него може лесно на практика да разберем дали акумулаторът е отличен, добър или повреден.

Той използва AC (променливотоков) метод при 1 kHz, което е стандартен и надежден подход за измерване на вътрешно съпротивление на акумулатори. Важно е, че той е четирипроводен (Kelvin) тестер, което е от ключово значение за точността. Четирипроводното измерване елиминира влиянието на съпротивлението на измервателните кабели и контакта с клемите на батерията, което е основен източник на грешки при по-простите двупроводни методи.

Като цяло, можеш да се очаква, че FNIRSI HRM-10 ще дава доста точни и надеждни резултати за цената си, особено за литиево-йонни акумулатори от типовете 18650, 21700, 26650, както и за автомобилни акумулатори.

Препоръчително е да се имат предвид следните особености,  за да сме убедени дали акумулаторът е отличен, добър или повреден:

1. Точност при екстремни стойности:
   • Много ниски съпротивления (под 1 mΩ): Въпреки че HRM-10 е доста добър, при измерване на вътрешно съпротивление на нови, висококачествени автомобилни акумулатори (които може да паднат под 2-3 mΩ), може да има леки отклонения от идеалните лабораторни уреди. За ежедневна употреба и определяне на състоянието обаче, разлика от 0.1−0.2 mΩ няма да е фатална.
   • Много високи съпротивления (над 1-2 ома): Макар и да може да измерва до 200 ома, при монетни батерии (CR2032 и подобни), чието съпротивление може да е стотици милиоми до няколко ома, резултатите може да са по-малко стабилни или да варират повече. Това не е проблем на уреда конкретно, а на спецификата на тези батерии и факта, че тестерите са оптимизирани за по-ниски стойности.
2. Калибриране: Въпреки че FNIRSI HRM-10 идва фабрично калибриран, с течение на времето или при екстремни условия на употреба, точността може леко да се измести. Уредът има възможност за калибриране, което е плюс. За максимална прецизност, периодична проверка с известен прецизен резистор (или друг калибриран уред) би била много полезна.
3. Температура: Както споменахме, температурата оказва силно влияние върху вътрешното съпротивление. Уверете се, че акумулаторите, които тествате, са на стайна температура (около 20−25∘C) за най-консистентни и сравними резултати. Ако тествате батерия, която току-що е била използвана интензивно (и е загрята) или е била на студено, резултатите ще бъдат изкривени.
4. Състояние на заряд (SoC): Макар и AC методът да е по-малко чувствителен към SoC от DC метода, все пак е препоръчително Li-ion акумулатори да се тестват при сходно състояние на заряд (например 50−80%). При оловно-киселинните батерии пък е задължително да са напълно заредени за адекватна оценка.
5. Контакт с клемите: Въпреки че е четирипроводен, лошият контакт между сондите/щипките и клемите на батерията може да доведе до неточни и/или променливи показания. Уверете се, че клемите са чисти и имате стабилен, плътен контакт.
6. „Шум“ в измерването: В някои случаи, особено при по-малки стойности на вътрешното съпротивление или при наличие на смущения, може да се забележат леки колебания в показанията. Това е нормално за повечето ръчни уреди. Подходът в този случай е да се направят няколко измервания и да се усредни резултата, ако е необходимо.

Общи впечатления от FNIRSI HRM-10:

• Предимства:
  • Четирипроводен метод (Kelvin connection): Отлична основа за прецизни измервания.
  • 1 kHz AC измерване: Стандарт за индустрията.
  • Широк обхват: Позволява тестване на различни типове батерии – от малки литиево-йонни до автомобилни.
  • Функция за сортиране: Позволява задаване на прагове за „добри“ и „лоши“ батерии, което е много полезно за сортиране на голям брой клетки.
  • Цена/производителност: Предлага много добра функционалност за ценовия си клас.
• Недостатъци (обикновено леки):
  • Може да изисква малко време за свикване с менютата.
  • Както при всеки уред, може да има малки вариации между отделни бройки.

Заключение

FNIRSI HRM-10 е много добър избор за практическо използване. Теорията, която обсъдихме, е напълно приложима към неговите измервания. Не очаквайте значителни разлики, които да обезсмислят теорията, но трябва и да сте наясно с факторите, които могат да повлияят на точността на измерването (температура, SoC, контакт) и да ги минимизирате според възможностите си и обстоятелствата, за да получите най-надеждни резултати.

Ако спазвате тези основни правила, FNIRSI HRM-10 ще бъде изключително полезен инструмент за оценка на състоянието на акумулаторите и ще помага да взимате информирани решения кои от тях са все още годни за употреба и кои трябва да бъдат отстранени.

Последни думи

Всички данни от тази статия са само отправна точка. Препоръчително е да се събират данни от собствената практика и реален опит на доверени хора от радиолюбителската общност за вътрешното съпротивление и капацитета на акумулаторните батерии, от които да се правят изводи за тяхното качество. Потребителските ревюта, освен ако не са подкрепени с реални измервания, не са най-добрия източник за информирано решение.

Според досегашния ми опит трябва да се купуват акумулатори единствено от производители, които не се страхуват да публикуват реалните данни за своите батерии. Т.нар. „преопаковчици“, ако изобщо публикуват някакви спецификации, то те са нереални и често очевидно фалшиви, но с примамлива цена. Но няма и никаква гаранция, че ако техни батерии са по-скъпи, то са по-качествени.

Дали акумулаторът е отличен, добър или повреден?

Надяваме се това мое проучване да ви е било полезно и ще се радвам да споделите мнението си в коментарите, без значение какво е то.

Материалът Дали акумулаторът е отличен, добър или повреден? Как да разберем чрез измерване на вътрешното съпротивление е публикуван за пръв път на Галя и Тони - Галанто.