Vnitřní odpor Li-ion článku: co prozrazuje a jak ho měřit

Vnitřní odpor je číslo, které na obalu článku obvykle nenajdete, a přesto o článku řekne víc než samotná kapacita. Určuje, jak moc napětí klesne pod zátěží, kolik energie se v článku změní v teplo a jak dobře spolu budou fungovat dva kusy v jedné baterii. V tomto článku vysvětlujeme, co je AC a DC odpor, jaké hodnoty uvádějí výrobci a jak odpor změřit, aby výsledek něco znamenal.

Co je vnitřní odpor a proč na něm záleží

Žádný článek není ideální zdroj napětí. Uvnitř klade proudu odpor kovová vedení a kolektory, elektrolyt, separátor i samotné chemické děje na elektrodách. Navenek se to projeví dvěma způsoby:

• Pokles napětí pod zátěží. Platí Ohmův zákon: úbytek napětí = proud × odpor. Článek s odporem 20mΩ ztratí při odběru 10A asi 0,2V. Zařízení, které vypíná na nastavené minimální napětí, se tak vypne dřív, i když v článku ještě energie zbývá.
• Zahřívání. Ztrátový výkon roste se čtvercem proudu: teplo = proud² × odpor. Dvojnásobný proud znamená čtyřnásobné teplo uvnitř článku.

Konkrétní příklad z hodnot výrobce: Samsung INR18650-25R má podle specifikace odpor nejvýše 18mΩ a trvalý vybíjecí proud 20A. Při plném proudu tedy na odporu „zmizí“ až 0,36V a v článku vzniká až přibližně 7,2W tepla. Souvislost proudu, C-rate a zahřívání podrobněji rozebíráme v článku /blog/vybijeci-proud-c-rate-high-drain/.

AC odpor (1kHz) a DC odpor: dvě různá čísla

Když se mluví o vnitřním odporu, často se míchají dvě veličiny, které se měří jinak a vycházejí jinak.

AC odpor, neboli impedance při 1kHz

Měřicí přístroj pošle do článku malý střídavý proud o kmitočtu 1kHz a měří odezvu napětí. Výsledek je rychlý, opakovatelný a článek přitom prakticky nezatíží. Právě tuto hodnotu uvádějí výrobci v datasheetech jako „AC impedance“ nebo „ACIR“. Při 1kHz se ale stihne projevit hlavně odpor vodičů, elektrolytu a rozhraní, nikoli pomalejší chemické děje.

DC odpor

Ten se určuje z poklesu napětí při skokové změně stejnosměrného proudu: odpor = změna napětí / změna proudu. Zahrnuje i pomalejší složky (přenos náboje, difuzi iontů), takže vychází vyšší než AC odpor a závisí na délce pulzu. Pro skutečné chování pod zátěží je ale výstižnější. Dobře je to vidět ve specifikaci LG INR21700-M50LT, která uvádí obě hodnoty: AC impedance 15 ± 6mΩ a DC impedance 23 ± 6mΩ.

Typické hodnoty podle datasheetů

Výrobci udávají většinou maximální AC odpor nového článku, tedy hranici, pod kterou musí být každý kus. Skutečné kusy bývají níž: například výstupní kontrola jedné šarže Samsung 30Q z roku 2025 naměřila 12,1–12,9mΩ, zatímco specifikace připouští až 26mΩ. Důležitá je i podmínka měření, protože odpor se mění se stavem nabití.

Z tabulky plynou dvě praktické věci. Výkonové (high-drain) články, tedy články stavěné na vysoké vybíjecí proudy, mají nižší odpor než kapacitní články stejné velikosti. A uvedené kapacitní články 21700 mají díky větší ploše elektrod výrazně nižší odpor než kapacitní články 18650. Kde hledat odpor v dokumentaci a za jakých podmínek ho výrobce měřil, popisujeme v článku /blog/jak-cist-datasheet-li-ion-clanku/.

Co prozrazuje rostoucí odpor

S každým cyklem a s časem se na elektrodách usazují produkty vedlejších reakcí, ubývá aktivního materiálu a zhoršuje se kontakt uvnitř článku. Navenek se to projeví poklesem kapacity a růstem vnitřního odporu. Odpor má oproti kapacitě jednu výhodu: změří se během několika sekund, kdežto kapacitu je nutné zjišťovat celým cyklem nabití a vybití.

• Nový článek má odpor pod hranicí z datasheetu a kusy z jedné šarže jsou si podobné.
• Opotřebovaný článek má odpor zřetelně vyšší než nový kus stejného typu. Pod zátěží se víc zahřívá a dřív narazí na vypínací napětí zařízení.
• Velký rozptyl mezi kusy stejného typu bývá znakem, že články prošly různým zacházením, například pocházejí z vytěžených baterií. Více o tom v článku /blog/zivotnost-li-ion-clanku-cykly/.

Odpor ale není jen věcí stáří. Výrazně roste v chladu a mění se se stavem nabití, u téměř vybitého článku bývá vyšší. Hodnota bez údaje o teplotě a napětí článku proto mnoho neřekne.

Odpor a párování článků

V baterii složené z více článků se rozdíly v odporu sčítají do praktických problémů:

• Paralelní zapojení: proud se mezi články dělí nepřímo úměrně jejich odporu. Článek s polovičním odporem nese dvojnásobný proud, víc se zahřívá a rychleji stárne.
• Sériové zapojení: článek s vyšším odporem má pod zátěží nižší napětí a víc hřeje. Při vybíjení se k minimálnímu napětí dostane jako první a omezí celou baterii.

Proto se do jedné baterie dávají jen nové články stejného typu, stejné šarže a stejného stavu nabití, s podobným odporem i kapacitou. Míchat staré a nové kusy nebo různé typy nedoporučujeme. Sestavení baterie navíc patří do rukou odborníka se svařovacím vybavením a správnou elektronikou, nejde o domácí práci.

Jak vnitřní odpor změřit

Měřič AC odporu (1kHz)

Nejsnazší a nejlépe srovnatelný způsob s datasheetem je specializovaný měřič vnitřního odporu, který pracuje na kmitočtu 1kHz. Takové přístroje měří současně napětí článku, což se hodí i pro kontrolu stavu nabití.

Proč čtyřvodičově

Odpor článku je v jednotkách až desítkách miliohmů, tedy srovnatelný s odporem kabelů a kontaktů. Proto se měří čtyřvodičově (Kelvinovou metodou): jedna dvojice vodičů vede měřicí proud, druhá samostatná dvojice snímá napětí přímo na pólech článku. Odpor přívodů a přechodový odpor kontaktů se tak do výsledku nezapočítá. Hroty nebo svorky přikládejte přímo na čisté póly článku.

Zásady pro srovnatelné výsledky

1. Měřte při pokojové teplotě, článek nechte po nabíjení nebo vybíjení chvíli odpočinout.
2. Měřte všechny kusy při podobném napětí, ideálně v podobném stavu nabití jako výrobce v datasheetu.
3. Porovnávejte kusy změřené jedním přístrojem a stejným přípravkem.
4. Dbejte na čistotu kontaktů: oxidace nebo zbytky lepidla na pólech zkreslí výsledek.

Proč hobby nabíječky ukazují nepřesné hodnoty

Řada modelářských a „chytrých“ nabíječek umí zobrazit vnitřní odpor. Hodnota je ale spíše orientační, a to z několika důvodů:

• Měří DC odpor z poklesu napětí při proudovém pulzu, takže výsledek vychází jinak (obvykle výš) než AC hodnota z datasheetu.
• Měří dvouvodičově přes kontakty šachty nebo přes přívody. Pružinové kontakty a tenké vodiče mohou mít odpor srovnatelný s odporem samotného článku a ten se k odporu článku přičte. Stačí článek v šachtě pootočit a údaj se změní.
• Délka a velikost pulzu se u jednotlivých přístrojů liší a výrobci je většinou neuvádějí.

Takovou hodnotu proto nesrovnávejte s datasheetem. Použít se dá k porovnání kusů mezi sebou: když všechny články změříte v jedné šachtě stejné nabíječky a jeden výrazně vybočuje, je to signál ke kontrole. Podobné chyby hobby přístrojů zkreslují i měření kapacity, viz článek /blog/jak-zmerit-kapacitu-li-ion-clanku/.

Shrnutí

• Vnitřní odpor určuje pokles napětí pod zátěží a zahřívání článku. Čím vyšší proud, tím víc na něm záleží.
• Datasheety uvádějí AC odpor při 1kHz, obvykle jako maximum pro nový článek. DC odpor vychází vyšší.
• U 18650 se maximální hodnoty pohybují zhruba od 18mΩ (výkonové) do 40mΩ (kapacitní), u uvedených kapacitních 21700 zhruba 15–16mΩ (u M50LT jde o jmenovitou hodnotu s tolerancí ±6mΩ).
• Rostoucí odpor a velký rozptyl mezi kusy prozrazují opotřebení.
• Měřte AC měřičem čtyřvodičově, při stejné teplotě a stavu nabití. Údaj z hobby nabíječky berte jen jako srovnání kusů mezi sebou.

Originální články s parametry podle výrobce najdete v kategoriích Li-ion baterie 18650 a Li-ion baterie 21700. Pro vyšší proudy se hodí například Samsung INR18650-25R nebo Samsung INR18650-30Q, mezi kapacitními články 21700 Samsung INR21700-53G. Pokud si nevíte rady s výsledkem měření nebo s výběrem článku, napište nám na obchod@baterie-roznov.cz nebo zavolejte na +420 735 346 075.