Rezystancja wewnętrzna akumulatora

Jeśli weźmiemy zupełnie nową baterię litowo-jonową, powiedzmy, że rozmiar 18650, o pojemności nominalnej 2500 mAh, doprowadzimy jej napięcie do dokładnie 3,7 wolta, a następnie podłączymy do aktywnego obciążenia w postaci 10-watowego rezystora o wartości R = 1 Ohm, to jaka jest stała prąd, którego spodziewamy się zmierzyć przez ten rezystor?

Co stanie się tam w pierwszej chwili, aż bateria prawie się rozładuje? Zgodnie z prawem Ohma wydaje się, że powinno być 3,7A, ponieważ i = U / R = 3,7 / 1 = 3,7 [A]. W rzeczywistości prąd będzie nieco mniejszy, a mianowicie w obszarze I = 3,6A. Dlaczego tak się stanie?

Powodem jest to, że nie tylko rezystor, ale sama bateria ma pewne opór wewnętrzny, ponieważ procesy chemiczne wewnątrz niego nie mogą zachodzić natychmiast. Jeśli wyobrażasz sobie baterię w postaci prawdziwego dwubiegunowego, wówczas 3,7 V - to będzie jej EMF, a oprócz tego będzie tam również rezystancja wewnętrzna r równa, na przykład, około 0,028 oma.

Rzeczywiście, jeśli zmierzysz napięcie na rezystorze podłączonym do akumulatora o wartości R = 1 Ohm, wówczas okaże się, że wynosi ono około 3,6 V, a zatem 0,1 V spadnie na rezystancję wewnętrzną r akumulatora. Tak więc, jeśli rezystor ma rezystancję 1 om, napięcie na nim zmierzone wynosiło 3,6 V, dlatego prąd przez rezystor wynosi I = 3,6 A. Następnie, jeśli u = 0,1 V spadło na akumulator, a obwód, który mamy jest zamknięty, szeregowy, oznacza to, że prąd przez akumulator wynosi I = 3,6 A, dlatego zgodnie z prawem Ohma jego rezystancja wewnętrzna będzie równa r = u / I = 0,1 / 3,6 = 0,0277 omów.

Co decyduje o wewnętrznej rezystancji akumulatora

W rzeczywistości wewnętrzna rezystancja różnych rodzajów akumulatorów nie zawsze jest stała. Jest dynamiczny i zależy od kilku parametrów: od prądu obciążenia, od pojemności akumulatora, od stopnia naładowania akumulatora, a także od temperatury elektrolitu wewnątrz akumulatora.

Im wyższy prąd obciążenia, tym mniejszy z reguły wewnętrzny opór akumulatora, ponieważ procesy przenoszenia ładunku wewnątrz elektrolitu są w tym przypadku bardziej intensywne, w proces zaangażowanych jest więcej jonów, jony poruszają się bardziej aktywnie w elektrolicie z elektrody do elektrody. Jeśli obciążenie jest stosunkowo małe, wówczas intensywność procesów chemicznych na elektrodach i elektrolicie akumulatora również będzie mniejsza, a zatem rezystancja wewnętrzna będzie wydawać się duża.

W przypadku akumulatorów o większej pojemności obszar elektrod jest większy, co oznacza, że ​​obszar oddziaływania elektrod z elektrolitem jest większy. Dlatego więcej jonów jest zaangażowanych w proces przenoszenia ładunku, więcej jonów wytwarza prąd. Podobna zasada została wykazana. z równoległym połączeniem kondensatorów - im większa pojemność, tym więcej ładunku można zastosować w pobliżu danego napięcia. Im wyższa pojemność baterii - tym niższa jest jej wewnętrzna rezystancja.

Porozmawiajmy teraz o temperaturze. Każdy akumulator ma swój własny bezpieczny zakres temperatur roboczych, w którym spełnione są następujące warunki. Im wyższa temperatura akumulatora, tym szybciej zachodzi dyfuzja jonów wewnątrz elektrolitu, dlatego w wyższej temperaturze roboczej rezystancja wewnętrzna akumulatora będzie niższa.

Pierwsze baterie litowe, które nie miały ochrony przed przegrzaniem, nawet eksplodowały z tego powodu, ponieważ tlen utworzony zbyt szybko powstał z powodu szybkiego rozpadu anody (w wyniku szybkiej reakcji na nią). Tak czy inaczej akumulatory charakteryzują się prawie liniową zależnością rezystancji wewnętrznej od temperatury w zakresie dopuszczalnych temperatur roboczych.

Wraz z rozładowaniem akumulatora zmniejsza się jego pojemność czynna, ponieważ ilość substancji czynnej płytek, wciąż zdolnych do uczestniczenia w wytwarzaniu prądu, staje się coraz mniejsza. Dlatego prąd staje się odpowiednio coraz mniejszy, rośnie opór wewnętrzny. Im bardziej naładowany akumulator, tym mniej jego wewnętrzny opór. Tak więc, gdy bateria się rozładowuje, jej wewnętrzny opór staje się większy.