Đo nội trở: phương pháp đánh giá chất lượng và hiệu suất pin

Trong các ứng dụng kỹ thuật số, pin thường được yêu cầu có nội trở thấp để đảm bảo hiệu suất hoạt động. Vì vậy, việc nắm rõ cách đo nội trở pin là rất cần thiết. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ vai trò quan trọng của việc đo nội trở, giới thiệu các thiết bị chuyên dụng và hướng dẫn cách đo đúng cách để pin vận hành hiệu quả nhất.

1/ Vì sao đo nội trở lại quan trọng?

Nội trở của pin hoặc ắc quy là giá trị điện trở bên trong, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cung cấp dòng điện cho thiết bị. Việc đo nội trở mang lại những lợi ích sau:

• Đánh giá tình trạng pin/ắc quy: Nội trở tăng cao là dấu hiệu của sự suy giảm dung lượng hoặc hư hỏng vật liệu bên trong pin, chẳng hạn như hiện tượng sunfat hóa trong ắc quy axit-chì. Một pin mới thường có nội trở thấp, trong khi nội trở tăng từ 1,5 đến 2 lần có thể cho thấy dung lượng đã giảm đáng kể.
• Dự đoán tuổi thọ: Đo nội trở giúp xác định thời gian còn lại mà pin hoặc ắc quy có thể hoạt động hiệu quả, từ đó lập kế hoạch bảo trì hoặc thay thế.
• Đảm bảo an toàn: Nội trở cao có thể gây quá nhiệt, làm giảm hiệu suất hoặc dẫn đến nguy cơ cháy nổ trong các hệ thống như UPS hoặc xe điện.
• Tối ưu hóa hiệu suất: Việc kiểm tra nội trở định kỳ giúp duy trì hiệu suất ổn định của hệ thống, đặc biệt trong các ứng dụng công nghiệp, viễn thông, hoặc năng lượng tái tạo.

Gợi ý cho bạn: Điểm danh các loại máy đo pin mà dân kỹ thuật cần biết

2/ Đo nội trở bằng thiết bị chuyên dụng

Thiết bị đo nội trở chuyên dụng là các công cụ được thiết kế để đo lường chính xác nội trở của pin và ắc quy mà không cần ngắt kết nối khỏi hệ thống. Các thiết bị này thường sử dụng phương pháp trở kháng hoặc phương pháp 4 cực để đảm bảo độ chính xác cao. Một số thương hiệu nổi tiếng bao gồm Hioki, Fluke, và Kyoritsu.

Ưu điểm

• Độ chính xác cao: Công nghệ giảm nhiễu tiên tiến giúp đo chính xác ngay cả trong môi trường nhiễu điện từ.
• Tốc độ nhanh: Một số thiết bị chỉ mất 2 giây để hoàn thành phép đo và lưu dữ liệu.
• Tính năng hiện đại: Hỗ trợ kết nối Bluetooth, tự động lưu trữ dữ liệu, và tạo báo cáo thông qua ứng dụng như GENNECT Cross của Hioki.
• Đa năng: Có thể đo đồng thời nội trở, điện áp, và nhiệt độ, cung cấp cái nhìn toàn diện về tình trạng pin.
• Dễ sử dụng: Hướng dẫn bằng âm thanh và màn hình giúp đơn giản hóa thao tác, ngay cả với người mới sử dụng.

Nhược điểm

• Chi phí cao: Các thiết bị chuyên dụng, đặc biệt từ các thương hiệu như Hioki, có giá dao động từ 45-150 triệu đồng, tùy thuộc vào tính năng.
• Yêu cầu kỹ thuật: Người dùng cần được đào tạo để sử dụng đúng cách và hiểu kết quả đo.
• Bảo trì thiết bị: Cần hiệu chuẩn định kỳ để đảm bảo độ chính xác.

Một số dòng thiết bị đo nội trở pin tiêu biểu mà bạn có thể cân nhắc đầu tư gồm: Máy đo nội trở Hioki BT3554, Midtronics MDX-P300, Hioki BT4560, Fluke BT521, Hioki BT3564,…

3/ Phương pháp đo nội trở pin

Có nhiều phương pháp khác nhau để đo nội trở pin, mỗi phương pháp có những ưu điểm và hạn chế riêng, phù hợp với từng nhu cầu ứng dụng.

1 – Phương pháp đo DC (Dòng Một Chiều)

Phương pháp đo DC là một cách tiếp cận truyền thống, dựa trên định luật Ohm để xác định nội trở của pin. Phương pháp này sử dụng sự thay đổi điện áp khi pin cung cấp dòng điện qua tải.

Quy trình thực hiện:

1. Đo điện áp hở mạch (Voc): Kết nối đồng hồ vạn năng song song với hai cực của pin để đo điện áp khi pin không tải.
2. Gắn tải điện trở đã biết (R): Kết nối một điện trở tải có giá trị phù hợp với dòng định mức của pin vào mạch.
3. Đo điện áp khi có tải (V): Sử dụng đồng hồ vạn năng để đo điện áp của pin khi điện trở tải được kết nối.
4. Tính nội trở: Áp dụng công thức sau để tính nội trở: [ r = \frac{V_{oc} – V}{V} \times R ] Trong đó, ( r ) là nội trở, ( V_{oc} ) là điện áp hở mạch, ( V ) là điện áp khi có tải, và ( R ) là giá trị điện trở tải.

Ưu điểm:

• Phương pháp này dễ thực hiện và chỉ yêu cầu các thiết bị đơn giản như đồng hồ vạn năng và điện trở tải.
• Chi phí thấp, phù hợp cho các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cao.

Nhược điểm:

• Độ chính xác thấp do điện áp pin có thể thay đổi trong quá trình đo, đặc biệt nếu pin không được nghỉ đủ lâu.
• Kết quả dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu hoặc sai số từ thiết bị đo.

Xem thêm: Hướng dẫn sử dụng đồng hồ đo ắc quy để kiểm tra tình trạng ắc quy

2 – Phương pháp đo AC (Dòng Xoay Chiều)

Phương pháp đo AC sử dụng tín hiệu xoay chiều tần số cao (thường là 1kHz) để xác định nội trở của pin mà không làm thay đổi trạng thái hóa học bên trong.

Quy trình thực hiện:

1. Áp dụng tín hiệu xoay chiều: Sử dụng thiết bị chuyên dụng để gửi một tín hiệu AC nhỏ (tần số 1kHz) qua pin.
2. Đo điện áp và dòng điện xoay chiều: Ghi nhận giá trị điện áp và dòng điện phản hồi từ pin.
3. Tính toán nội trở: Áp dụng định luật Ohm cho dòng xoay chiều để tính nội trở: [ r = \frac{V_{AC}}{I_{AC}} ] Trong đó, ( V_{AC} ) là điện áp xoay chiều và ( I_{AC} ) là dòng điện xoay chiều.

Ưu điểm:

• Phương pháp này mang lại độ chính xác cao hơn so với phương pháp DC.
• Không làm thay đổi trạng thái hóa học của pin, giúp kéo dài tuổi thọ pin trong quá trình đo.

Nhược điểm:

• Yêu cầu thiết bị đo phức tạp và đắt tiền hơn, chẳng hạn như máy đo nội trở Hioki BT3554.
• Người dùng cần có kiến thức cơ bản về thiết bị để thực hiện đo đúng cách.

3 – Các bước đo nội trở pin bằng thiết bị chuyên dụng 

Để đảm bảo kết quả đo nội trở pin chính xác, bạn cần tuân thủ quy trình sau khi sử dụng thiết bị chuyên dụng:

• Chuẩn bị pin: Đảm bảo pin đã được nghỉ (không sạc hoặc xả) trong ít nhất 1-2 giờ để ổn định trạng thái hóa học.
• Kiểm tra thiết bị: Kiểm tra đầu đo của thiết bị, đảm bảo chúng sạch sẽ và không bị ăn mòn để có tiếp xúc tốt.
• Kết nối thiết bị: Gắn các đầu đo vào cực dương và cực âm của pin, đảm bảo kết nối chắc chắn.
• Thực hiện đo: Kích hoạt thiết bị và chờ kết quả hiển thị trên màn hình (thường chỉ mất 2-3 giây với các thiết bị như Hioki BT3554).
• Ghi nhận kết quả: Lưu lại giá trị nội trở cùng với các thông số khác như nhiệt độ môi trường và điện áp pin.

4/ Phương pháp đo nội trở ắc quy 

Ắc quy, đặc biệt là ắc quy axit-chì và lithium-ion, có cấu trúc phức tạp và dung lượng lớn, do đó yêu cầu các phương pháp đo nội trở riêng biệt để đảm bảo độ chính xác. Dưới đây là cách đo nội trở cho hai loại ắc quy phổ biến:

1 – Đo nội trở ắc quy axit-chì (Lead-Acid Batteries)

Ắc quy axit-chì thường được sử dụng trong các hệ thống UPS, viễn thông, hoặc ô tô. Để đo nội trở một cách chính xác, bạn cần đảm bảo các điều kiện sau:

Điều kiện đo:

• Trạng thái sạc: Ắc quy phải được sạc đầy, đạt ít nhất 80% trạng thái sạc (SOC).
• Nhiệt độ ổn định: Nhiệt độ ắc quy nên ở mức lý tưởng khoảng 25°C để tránh sai số.
• Thời gian nghỉ: Ắc quy cần nghỉ ít nhất 1-2 giờ sau khi sạc hoặc xả để ổn định trạng thái hóa học.

Quy trình đo:

1. Kết nối đầu đo: Gắn các đầu đo của thiết bị vào cực dương và cực âm của ắc quy, đảm bảo tiếp xúc tốt để giảm điện trở tiếp xúc.
2. Sử dụng phương pháp 4 dây (Kelvin): Nếu thiết bị hỗ trợ, hãy sử dụng phương pháp 4 dây để loại bỏ sai số từ điện trở dây dẫn và điểm tiếp xúc.
3. Thực hiện đo: Kích hoạt thiết bị và thực hiện đo 2-3 lần để lấy giá trị trung bình, đảm bảo độ chính xác.
4. Ghi nhận kết quả: Lưu giá trị nội trở, điện áp, và nhiệt độ ắc quy để phân tích.

2 – Đo nội trở ắc quy Lithium-Ion

Ắc quy lithium-ion được sử dụng rộng rãi trong xe điện, thiết bị lưu trữ năng lượng, và điện tử tiêu dùng. Việc đo nội trở của loại ắc quy này đòi hỏi sự cẩn thận để đảm bảo kết quả chính xác.

Điều kiện đo:

• Mức sạc lý tưởng: Ắc quy nên ở mức sạc từ 40-60% SOC để nội trở ổn định.

• Nhiệt độ ổn định: Nhiệt độ môi trường và ắc quy nên nằm trong khoảng 20-30°C.

• Thời gian nghỉ: Ắc quy cần nghỉ ít nhất 1 giờ sau khi sạc hoặc xả để đạt trạng thái ổn định.

Quy trình đo:

• Sử dụng phương pháp AC hoặc xung điện: Chọn thiết bị đo hỗ trợ tần số 1kHz để đảm bảo độ chính xác.

• Kết nối thiết bị: Gắn đầu đo vào các cực của ắc quy, đảm bảo tiếp xúc tốt.

• Thực hiện đo: Kích hoạt thiết bị và ghi nhận cả giá trị nội trở và điện áp.

• Lưu dữ liệu: Ghi lại kết quả cùng với các thông số như nhiệt độ và trạng thái sạc.

5/ Lưu ý khi sử dụng thiết bị đo nội trở

Để đảm bảo kết quả đo chính xác và an toàn, hãy lưu ý các điểm sau:

• Hiệu chuẩn thiết bị: Hiệu chuẩn định kỳ (thường 1 năm một lần) để đảm bảo độ chính xác.
• Kiểm tra kết nối: Đảm bảo các đầu đo tiếp xúc tốt với cực pin/ắc quy để tránh sai số.
• Môi trường đo: Tránh đo trong môi trường quá ẩm hoặc nhiệt độ cao, vì điều này có thể ảnh hưởng đến kết quả.
• An toàn: Mang găng tay cách điện và kiểm tra tình trạng ắc quy trước khi đo để tránh nguy cơ phóng điện.
• Đọc hướng dẫn: Làm quen với hướng dẫn sử dụng của thiết bị, đặc biệt với các tính năng như tự động lưu trữ hoặc kết nối Bluetooth.
• So sánh với giá trị tham chiếu: Luôn đối chiếu kết quả đo với thông số của nhà sản xuất để đánh giá chính xác tình trạng pin/ắc quy.

Đo nội trở là một phương pháp quan trọng giúp đánh giá chính xác chất lượng và hiệu suất hoạt động của pin và ắc quy. Để đảm bảo kết quả đo được nhanh chóng và chính xác nhất, bạn nên sử dụng các thiết bị đo nội trở chuyên dụng đến từ những thương hiệu uy tín. Ngoài ra, việc lựa chọn mua thiết bị tại các địa chỉ phân phối chính hãng như HIOKI Việt Nam cũng vô cùng cần thiết, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, chế độ bảo hành và hỗ trợ kỹ thuật tốt nhất.