Вътрешно съпротивление на батерията

Ако вземем чисто нова литиево-йонна батерия, да речем с размер 18650 с номинален капацитет 2500mAh, докарайте напрежението си до точно 3,7 волта и след това го свържете към активно натоварване под формата на 10-ватов резистор със стойност R = 1 Ohm, тогава каква е константата ток, който очакваме да измерим чрез този резистор?

Какво ще се случи там в първия момент, докато батерията почти не започне да се разрежда? В съответствие със закона на Ом, изглежда, че трябва да има 3.7A, тъй като i = U / R = 3.7 / 1 = 3.7 [A]. Всъщност токът ще бъде малко по-малък, а именно в района на I = 3.6A. Защо това ще се случи?

Причината е, че не само резисторът, но и самата батерия има определена вътрешно съпротивление, тъй като химическите процеси вътре в него не могат да протичат моментално. Ако си представите батерия под формата на истински дву-терминал, тогава 3.7V - това ще бъде нейният EMF, в допълнение към което ще има и вътрешно съпротивление r, равно на, например, за нашия пример, приблизително 0,028 Ohm.

В действителност, ако измерите напрежението на резистор, свързан към батерията, със стойност R = 1 Ohm, тогава се оказва, че тя е приблизително 3,6 V и следователно 0,1 V ще падне върху вътрешното съпротивление r на батерията. И така, ако резисторът има съпротивление от 1 ома, измереното върху него напрежение беше 3,6 V, следователно токът през резистора е I = 3,6 A. Тогава, ако u = 0,1 V падна върху батерията и веригата, която имаме, е затворена, серия, това означава, че токът през акумулатора е I = 3,6 A, следователно, според закона на Ом, вътрешното му съпротивление ще бъде равно на r = u / I = 0,1 / 3,6 = 0,0277 ома.

Какво определя вътрешното съпротивление на батерията

В действителност вътрешното съпротивление на различните видове батерии не винаги е постоянно. Той е динамичен и зависи от няколко параметъра: от тока на натоварване, от капацитета на батерията, от степента на зареждане на батерията, както и от температурата на електролита вътре в батерията.

Колкото по-голям е токът на натоварване, толкова по-малко е, по правило, вътрешното съпротивление на акумулатора, тъй като в този случай процесите на прехвърляне на заряд вътре в електролита са по-интензивни, в него участват повече йони, йоните се движат по-активно в електролита от електрода към електрода. Ако натоварването е сравнително малко, тогава интензивността на химичните процеси в електродите и в електролита на акумулатора също ще бъде по-малка и следователно вътрешното съпротивление ще изглежда голямо.

При батерии с по-голям капацитет площта на електродите е по-голяма, което означава, че областта на взаимодействие на електродите с електролита е по-обширна. Следователно, повече йони участват в процеса на прехвърляне на заряд, повече йони създават ток. Доказан е подобен принцип. с паралелно свързване на кондензатори - колкото по-голям е капацитетът, толкова повече заряд може да се използва в близост до дадено напрежение. Така че, колкото по-голям е капацитетът на батерията - толкова по-ниска е вътрешната й съпротива.

Сега да поговорим за температурата. Всяка батерия има собствен диапазон на безопасна работна температура, в който е вярно следното. Колкото по-висока е температурата на батерията, толкова по-бързо става дифузията на йони вътре в електролита, следователно при по-висока работна температура вътрешното съпротивление на батерията ще бъде по-ниско.

Първите литиеви батерии, които нямаха защита срещу прегряване, дори избухнаха поради това, тъй като кислородът, който се образува твърде активно, се образува поради бързото разпадане на анода (в резултат на бърза реакция върху него). По един или друг начин батериите се характеризират с почти линейна зависимост на вътрешното съпротивление от температурата в диапазона на приемливи работни температури.

С разреждането на батерията активният й капацитет намалява, тъй като количеството активно вещество на плочите, все още способно да участва в създаването на ток, става все по-малко. Следователно токът става все по-малко и съответно вътрешното съпротивление расте. Колкото по-заредена е батерията, толкова по-малко е вътрешното й съпротивление. И тъй, докато батерията се разрежда, вътрешното й съпротивление става по-голямо.