Interní odpor baterie

Pokud vezmeme zbrusu novou lithium-iontovou baterii, řekněme o velikosti 18650 se jmenovitou kapacitou 2500 mAh, upravíme její napětí na přesně 3,7 V a poté ji připojíme k aktivní zátěži ve formě 10 wattového rezistoru s hodnotou R = 1 Ohm, pak jaká je konstanta proud, který očekáváme, že se bude měřit pomocí tohoto odporu?

Co se tam stane v první chvíli, dokud se baterie téměř nezačne vybíjet? V souladu s Ohmovým zákonem by se zdálo, že by mělo být 3,7 A, protože i = U / R = 3,7 / 1 = 3,7 [A]. Ve skutečnosti bude proud o něco menší, konkrétně v oblasti I = 3,6A. Proč se to stane?

Důvodem je to, že nejen rezistor, ale také samotná baterie má jistotu vnitřní odpor, protože chemické procesy uvnitř se nemohou vyskytnout okamžitě. Pokud si představujete baterii ve formě skutečného dvou-terminálu, pak 3,7 V - bude to její EMF, vedle kterého bude také vnitřní odpor r rovný, například pro náš příklad, přibližně 0,028 Ohmu.

Ve skutečnosti, pokud změříte napětí na odporu připojeném k baterii s hodnotou R = 1 Ohm, pak se ukáže, že je přibližně 3,6 V, a 0,1 V proto klesne na vnitřní odpor r baterie. Pokud tedy odpor má odpor 1 ohm, bylo na něm naměřeno napětí 3,6 V, proto proud přes odpor je I = 3,6 A. Pokud pak na baterii u = 0,1 V a obvod, který máme, je uzavřený, sériový, znamená to, že proud procházející baterií je I = 3,6 A, proto podle Ohmova zákona bude jeho vnitřní odpor r = u / I = 0,1 / 3,6 = 0,0227 ohmů.

Co určuje vnitřní odpor baterie

Ve skutečnosti vnitřní odpor různých typů baterií není vždy konstantní. Je dynamický a závisí na několika parametrech: na zátěžovém proudu, na kapacitě baterie, na stupni nabití baterie a na teplotě elektrolytu uvnitř baterie.

Čím vyšší je zátěžový proud, tím menší je zpravidla vnitřní odpor baterie, protože procesy přenosu náboje uvnitř elektrolytu jsou v tomto případě intenzivnější, do procesu je zapojeno více iontů, ionty se pohybují aktivněji v elektrolytu z elektrody na elektrodu. Pokud je zátěž relativně malá, bude také intenzita chemických procesů na elektrodách a v elektrolytu baterie také menší, a proto se vnitřní odpor zdá být velký.

U baterií s větší kapacitou je oblast elektrod větší, což znamená, že oblast interakce elektrod s elektrolytem je větší. Proto je do procesu přenosu náboje zapojeno více iontů, více iontů vytváří proud. Je ukázán podobný princip. s paralelním připojením kondenzátorů - čím větší kapacita, tím více náboje lze použít v blízkosti daného napětí. Čím vyšší je kapacita baterie, tím nižší je její vnitřní odpor.

Nyní pojďme mluvit o teplotě. Každá baterie má svůj vlastní bezpečný rozsah provozních teplot, ve kterém platí následující. Čím vyšší je teplota baterie, tím rychlejší je difúze iontů uvnitř elektrolytu, a proto při vyšší provozní teplotě bude vnitřní odpor baterie nižší.

První lithiové baterie, které neměly ochranu před přehřátím, dokonce explodovaly kvůli tomu, protože kyslík produkovaný příliš rychle byl vytvořen kvůli rychlému rozkladu anody (v důsledku rychlé reakce na to). Tak či onak se baterie vyznačují téměř lineární závislostí vnitřního odporu na teplotě v rozsahu přijatelných provozních teplot.

S vybíjením baterie klesá její aktivní kapacita, protože množství účinné látky desek, které se stále mohou podílet na tvorbě proudu, se stává stále méně. Proud se proto stává stále méně a vnitřní odpor roste. Čím více je baterie nabitá, tím menší je její vnitřní odpor. Jak se baterie vybíjí, její vnitřní odpor se zvyšuje.