Innenwiderstand-Rechner
Berechnung von Batterie-Innenwiderstand und Leistungsverlust. Misst den Batterie-Innenwiderstand aus Spannungsabfall unter Last und berechnet die damit…
Misst den Batterie-Innenwiderstand aus Spannungsabfall unter Last und berechnet die damit verbundenen Leistungsverluste.
Was ist der Innenwiderstand?
Der Innenwiderstand (Ri) ist der Widerstand gegen den Stromfluss innerhalb einer Batteriezelle, verursacht durch ionischen Widerstand im Elektrolyt, elektronischen Widerstand in Elektroden und Stromsammlern sowie Ladungsübergangswiderstand an den Elektroden-Elektrolyt-Grenzflächen.
Der Innenwiderstand bestimmt direkt die Leistungsabgabefähigkeit und Effizienz. Höherer Widerstand bedeutet mehr Energieverlust als Wärme (P = I²Ri), geringere erreichbare Spitzenleistung und größeren Spannungseinbruch unter Last. Er erhöht sich mit dem Alter, bei niedrigen Temperaturen und niedrigem Ladezustand.
Für Hochleistungsanwendungen (Elektrowerkzeuge, E-Fahrzeuge bei Beschleunigung) ist ein niedriger Innenwiderstand entscheidend. Typische Werte reichen von 5-20 mΩ für Hochleistungs-Rundzellen bis 50-200 mΩ für kleine Verbraucherzellen.
Der Innenwiderstand ist kein einzelner Festwert — er hängt von SOC, Temperatur, Messfrequenz und Stromrichtung ab. DCIR gemessen mit 10-Sekunden-Puls bei 50% SOC wird am häufigsten angegeben, unterscheidet sich aber von EIS-Werten bei 1 kHz. Vergleichen Sie immer unter gleichen Bedingungen.
Formula: R_intern = (V_Leerlauf - V_Last) / I_Last Spannungsabfall = I × R_intern Leistungsverlust = I² × R_intern
Beispielrechnung
Eine Zelle zeigt 4,15V Leerlaufspannung und fällt unter 10A Last auf 3,95V. Innenwiderstand = (4,15 - 3,95) / 10 = 0,02 Ω = 20 mΩ. Leistungsverlust = 10² × 0,02 = 2,0 W. Bei 40W Ausgangsleistung beträgt der Wirkungsgrad 40/(40+2) = 95,2%.
Wann diesen Rechner verwenden
- Charakterisierung der Zellenleistungsfähigkeit durch Messung des Spannungsabfalls bei bekanntem Lastpuls in der Eingangskontrolle
- Diagnose der Batteriealterung durch Verfolgung des Innenwiderstandswachstums als Teil der vorausschauenden Wartung
- Abschätzung der Wärmelast aus I²R-Verlusten zur Dimensionierung des Kühlsystems bei der Pack-Thermalauslegung
- Vergleich von Zellen verschiedener Lieferanten oder Produktionslose zur Qualitätsprüfung
Häufige Fehler vermeiden
- Vor OCV-Messung nicht genug Ruhezeit — OCV braucht 30-60 Min. Stabilisierung nach Lade-/Entladevorgang; zu frühe Messung gibt falsche Werte
- Teststrom zu gering — bei sehr niedrigem Strom ist der Spannungsabfall klein vs. Auflösung, große Messfehler; mindestens 10-50 mV Abfall erzeugen
- Zell- und Pack-Widerstand verwechseln — Pack enthält Sammelschienen, Stecker, Schütz, Verkabelung; bei Zelldiagnose abziehen
- Messung bei anderem SOC als Referenzbedingung — Innenwiderstand variiert mit SOC, typisch minimal bei 50%, maximal bei leer; immer bei gleichem SOC vergleichen
Ergebnisse interpretieren
- Der Innenwiderstand in Milliohm ist der wichtigste Gesundheitsindikator — neue Zellen liegen typischerweise bei etwa 10-50 mΩ, während gealterte Zellen auf 50-200 mΩ steigen, daher ist ein steigender Trend im Zeitverlauf ein zuverlässiges Frühzeichen für Degradation
- Der Leistungsverlust (I² × R) wird als Wärme im Inneren der Zelle abgegeben — höherer Widerstand bedeutet mehr Eigenerwärmung und geringeren Round-Trip-Wirkungsgrad, ein Effekt, der sich bei hohen Entladeströmen verstärkt
- Der Messwert hängt von Laststrom, Temperatur und Ladezustand zum Prüfzeitpunkt ab — vergleichen Sie Widerstände, die unter denselben Bedingungen gemessen wurden, da kalte Zellen und niedrige Ladung beide höhere Werte anzeigen
Verwandte Normen & Referenzen
- IEC 62660-1 — Lithium-Ionen-Zellen für die EV-Anwendung: Verfahren zur Messung des DC- und AC-Innenwiderstands
- IEC 61960 — sekundäre Lithiumzellen: Messverfahren für AC-Innenwiderstand und DC-Widerstand
- IEEE 1188 und IEEE 1187 — Praktiken zur Wartung von Blei-Säure-Batterien und zur ohmschen (Impedanz-)Messung für die Zustandsüberwachung
- ISO 12405-1 — EV-Lithium-Ionen-Batteriepacks und -systeme: Prüfspezifikation einschließlich Widerstandscharakterisierung
Häufig gestellte Fragen
Wie verändert sich der Innenwiderstand mit dem Alter?
Der Innenwiderstand steigt über die Lebensdauer einer Batterie typischerweise um 50-100%. SEI-Schichtwachstum, Elektrodenpartikelbrüche und Elektrolytzersetzung erhöhen den Widerstand. Deshalb haben alte Batterien eine reduzierte Leistungsfähigkeit und erzeugen mehr Wärme, selbst wenn der Kapazitätsverlust moderat ist.
Was ist der Unterschied zwischen DC-Widerstand und AC-Impedanz?
Der DC-Innenwiderstand (DCIR) wird mit einem einfachen Lastpuls gemessen und umfasst alle Widerstandskomponenten. Die AC-Impedanz (EIS) verwendet variierende Frequenzen, um Bulk-Elektrolytwiderstand, Ladungsübergangswiderstand und Diffusionsimpedanz zu trennen und liefert mehr diagnostische Informationen über Degradationsmechanismen.
Warum steigt der Innenwiderstand bei Kälte?
Niedrige Temperaturen verlangsamen die Li-Ion-Diffusion im Elektrolyt und reduzieren die Ladungstransfer-Reaktionskinetik. Bei -20°C kann der Innenwiderstand 2-5× höher sein als bei 25°C, weshalb EVs im Winter weniger Reichweite und Leistung haben.