Почему ваша батарея греется, а соседняя — нет
Две батареи 6S3P на одних и тех же ячейках EVE 40P. Одна под током 30 А остаётся тёплой, другая нагревается до 60 °C. В чём разница? Не в бренде, не в размере провода и не в разъёме. В тех самых миллиомах, которые не видны на коробке и которые определяют, сколько энергии долетит до винтов, а сколько превратится в тепло.
Что такое внутреннее сопротивление и почему оно есть даже у новой батареи
Любой реальный источник тока имеет внутреннее сопротивление: часть напряжения теряется внутри самой ячейки на электролите, контактах, сепараторе. Эту потерю видно как просадку напряжения под нагрузкой: разомкнутая ячейка показывает, например, 3,8 В, а под током 10 А — 3,7 В. Недостающие 0,1 В упали на внутреннем сопротивлении.
Внутреннее сопротивление измеряют в миллиомах — тысячных долях ома. У качественной свежей ячейки 21700 оно 10–20 мОм. У восстановленной или сильно изношенной — 50 мОм и выше. Разница в три раза по сопротивлению даёт десятикратную разницу в нагреве.
Мощность нагрева растёт с квадратом тока: вдвое больше тока — вчетверо больше тепла. Поэтому лишние миллиомы особенно заметны на взлёте и в крейсере на высоких токах.
Как сопротивление съедает напряжение и время полёта
Возьмём сборку 6S3P на EVE 40P, ёмкость 12 000 mAh, номинальное напряжение 21,6 В. Допустим, внутреннее сопротивление каждой ячейки 15 мОм. В последовательной цепи сопротивления складываются: шесть групп — 90 мОм у всей сборки. Ток 30 А даёт просадку 2,7 В (30 А × 0,09 Ом). Если под нагрузкой напряжение на зажимах упало с 24 В до 21,3 В — 2,7 В из этого упали внутри, а не на моторах.
Та же мощность теплом: 30 А через 90 мОм — это 81 Вт нагрева. За минуту полёта на таком токе батарея выделит почти 5 кДж тепла внутри себя. Это заметный нагрев корпуса.
Просадка напряжения на внутреннем сопротивлении — это не «потеря энергии», а её превращение в тепло прямо внутри батареи. Чем меньше сопротивление — тем меньше греется и тем больше энергии долетает до винтов.
Откуда берётся разброс сопротивления
Ячейки одной партии от одного производителя могут отличаться по внутреннему сопротивлению на 10–20 %. Это нормальный технологический разброс. У дешёвых ячеек неизвестных брендов разброс может быть вдвое больше, и попадаются ячейки с сопротивлением 40–60 мОм — формально новые, но уже на грани износа.
В параллельной группе ток делится обратно сопротивлению: ячейка с меньшим сопротивлением берёт больше тока и сильнее нагревается. Со временем такие ячейки стареют быстрее, сопротивление растёт, и разброс внутри сборки увеличивается. Поэтому первый шаг при сборке — замерить каждую ячейку и собрать группы так, чтобы разброс был в пределах ±5 %.
Ячейка с сопротивлением на 10 % ниже соседки в параллели берёт примерно на десятую часть больше тока — и греется сильнее. Со временем она стареет первой, и разница растёт.
Как меряют миллиомы
Внутреннее сопротивление меряют короткими импульсами тока — обычно 1 секунда под нагрузкой, замер напряжения до и после. Разница напряжения делённая на ток даёт сопротивление. Импульсный метод точнее постоянного: он не успевает прогреть ячейку и не считает ёмкостное сопротивление.
Мы меряем каждую ячейку до сборки и всю сборку после формовки. Сопротивление готовой сборки записываем в паспорт: оно показывает, насколько хорошо соединены ячейки и сколько тепла будет выделяться под реальным током. QR на наклейке ведёт на паспорт, где видно сопротивление конкретной сборки — не среднее по партии, а замер этой банки.
Что ещё добавляет сопротивление
Кроме самих ячеек, сопротивление дают контакты между ними. Пайка добавляет 3–5 мОм на соединение — и ещё риск прогрева ячейки при пайке. Точечная контактная сварка даёт меньше миллиома, если никель двойной и точек достаточно. Плохая сварка — одна точка вместо четырёх, тонкий никель — может добавить 10 мОм и свести на нет качество ячеек.
Силовой провод тоже даёт сопротивление, но его вклад меньше: AWG 10 длиной 15 см — около 2 мОм. Разъём — единицы миллиомов, если контакты чистые и не окислены. В сумме хорошая сборка добавляет к сопротивлению ячеек 5–10 мОм от обвязки, плохая — 20–30 мОм.
Сопротивление и срок службы
С возрастом внутреннее сопротивление ячеек растёт: электролит теряет подвижность ионов, контакты окисляются, сепаратор меняет структуру. У ячейки, прошедшей 300 циклов, сопротивление может вырасти в полтора раза. Тогда тепловыделение под тем же током возрастает вдвое, и батарея начинает греться заметно сильнее.
Повышенное сопротивление — один из признаков износа, даже если ёмкость ещё держится. Поэтому мы меряем его до и после формовки: ячейка, которая на входе показала высокое сопротивление, не попадает в сборку. А замер готовой сборки идёт в паспорт — через год можно повторить замер и увидеть, как батарея стареет.
Литий-ионные ячейки стареют даже без циклов — от времени и температуры. Хранение при полном заряде и при температуре выше 25 °C ускоряет рост сопротивления.
Почему нельзя ставить в сборку ячейки с разным сопротивлением
В последовательной цепи через все группы течёт один ток. Если у одной группы сопротивление выше, она даёт большую просадку напряжения и сильнее греется. Разряд кончается, когда хотя бы одна группа дошла до нижней границы. Слабая группа доходит до неё первой, и вся сборка отдаёт меньше, чем могла бы.
В параллели разное сопротивление — это неравномерное деление тока. Ячейка с меньшим сопротивлением тянет больше тока, сильнее греется и быстрее стареет. Через несколько десятков циклов разброс между ячейками вырастет, и сборка начнёт терять ёмкость.
Что в итоге
Внутреннее сопротивление — это не абстрактная характеристика из даташита. Это то, что определяет, сколько энергии вашей батареи уходит в полёт, а сколько — в нагрев корпуса. Разница в 10 мОм на сборке 6S — это 3 Вт тепла на каждые 10 А тока. На токе 40 А — уже 64 Вт разницы. Хорошая сборка собрана из одинаковых ячеек, соединённых с минимальным сопротивлением и проверенных замером. Так мы собираем БАНКА — от входного контроля до паспорта с номером.
Посмотреть сборки с паспортами, внутренним сопротивлением и временем полёта для своего аппарата: https://uadditive.ru/battery