ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่

หากเราใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใหม่ให้เราบอกว่าขนาด 18650 ที่มีความจุเล็กน้อยที่ 2500mAh นำแรงดันไฟฟ้าไปที่ 3.7 โวลต์แล้วเชื่อมต่อกับโหลดที่ใช้งานในรูปของตัวต้านทาน 10 วัตต์ที่มีค่า R = 1 โอห์ม ปัจจุบันเราคาดว่าจะวัดผ่านตัวต้านทานนี้?

จะเกิดอะไรขึ้นที่นั่นในช่วงเวลาแรกจนกระทั่งแบตเตอรี่เกือบจะเริ่มคลายประจุ? ตามกฎของโอห์มดูเหมือนว่าควรมี 3.7A เนื่องจาก i = U / R = 3.7 / 1 = 3.7 [A] ในความเป็นจริงกระแสจะน้อยลงเล็กน้อยคือในภูมิภาคของ I = 3.6A ทำไมสิ่งนี้จะเกิดขึ้น

เหตุผลก็คือไม่เพียง แต่ตัวต้านทาน แต่ยังมีแบตเตอรี่ตัวเองบางอย่าง ความต้านทานภายในเนื่องจากกระบวนการทางเคมีภายในไม่สามารถเกิดขึ้นได้ทันที หากคุณนึกภาพแบตเตอรี่ในรูปแบบของสองขั้วจริงแล้ว 3.7V - นี่จะเป็น EMF ของมันนอกเหนือจากที่จะมีความต้านทานภายในเท่ากับตัวอย่างของเราประมาณ 0.028 โอห์ม

หากคุณวัดแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานที่เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ด้วยค่า R = 1 โอห์มมันจะกลายเป็นประมาณ 3.6 V ดังนั้น 0.1 V จึงตกอยู่ที่ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ ดังนั้นถ้าตัวต้านทานมีความต้านทาน 1 โอห์มแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้คือ 3.6 V ดังนั้นกระแสไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานคือ I = 3.6 A จากนั้นถ้า u = 0.1 V ตกลงบนแบตเตอรีและวงจรที่เราปิดซีรีส์หมายความว่ากระแสผ่านแบตเตอรี่คือ I = 3.6 A ดังนั้นตามกฎของโอห์มความต้านทานภายในของมันจะเท่ากับ r = u / I = 0.1 / 3.6 = 0.0277 โอห์ม

สิ่งที่กำหนดความต้านทานภายในของแบตเตอรี่

ในความเป็นจริงความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ชนิดต่าง ๆ ไม่คงที่เสมอไป เป็นแบบไดนามิกและขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ต่าง ๆ : บนโหลดปัจจุบันบนความจุของแบตเตอรี่ระดับของประจุแบตเตอรี่รวมถึงอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์ภายในแบตเตอรี่

กระแสโหลดที่สูงขึ้นความต้านทานภายในของแบตเตอรี่จะน้อยลงเนื่องจากกระบวนการของการถ่ายโอนประจุภายในอิเล็กโทรไลต์นั้นมีความเข้มข้นมากกว่าในกรณีนี้ไอออนที่เกี่ยวข้องในกระบวนการอิออนจะเคลื่อนย้ายอิเล็กโทรไลต์จากอิเล็กโทรดไปยังอิเล็กโทรดมากขึ้น หากโหลดมีขนาดค่อนข้างเล็กความเข้มของกระบวนการทางเคมีที่อิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่ก็จะน้อยลงด้วยดังนั้นความต้านทานภายในจะดูใหญ่

สำหรับแบตเตอรี่ที่มีความจุมากขึ้นพื้นที่ของอิเล็กโทรดจะใหญ่กว่าซึ่งหมายความว่าพื้นที่ของอิเล็กโทรดที่มีอิเล็กโทรไลต์นั้นมีขนาดใหญ่กว่า ดังนั้นไอออนมากขึ้นมีส่วนร่วมในกระบวนการถ่ายโอนค่าใช้จ่ายไอออนมากขึ้นสร้างกระแส แสดงให้เห็นถึงหลักการที่คล้ายกัน ด้วยการเชื่อมต่อแบบขนานของตัวเก็บประจุ - ยิ่งมีความจุมากเท่าใดก็ยิ่งสามารถใช้ประจุได้มากขึ้นในบริเวณใกล้เคียงกับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ดังนั้นยิ่งความจุของแบตเตอรี่สูงขึ้นเท่าใดความต้านทานภายในก็จะลดลง

ทีนี้มาพูดถึงอุณหภูมิกัน แบตเตอรี่แต่ละก้อนมีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่ปลอดภัยของตัวเอง ยิ่งอุณหภูมิของแบตเตอรี่สูงขึ้นเท่าไหร่การแพร่กระจายของไอออนภายในอิเล็กโทรไลต์ก็จะยิ่งสูงขึ้นดังนั้นเมื่ออุณหภูมิในการทำงานสูงขึ้นความต้านทานภายในของแบตเตอรี่จะลดลง

แบตเตอรี่ลิเธียมก้อนแรกซึ่งไม่ได้มีการป้องกันความร้อนสูงเกินไปแม้จะระเบิดเพราะออกซิเจนที่เกิดขึ้นอย่างแข็งขันก็เกิดขึ้นเนื่องจากการสลายตัวของขั้วบวกอย่างรวดเร็ว (อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาอย่างรวดเร็ว) ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งแบตเตอรี่นั้นมีลักษณะโดยอาศัยการต้านทานเชิงเส้นตรงของอุณหภูมิในช่วงอุณหภูมิการทำงานที่ยอมรับได้

ด้วยการคายประจุของแบตเตอรี่ความจุของแอคทีฟจะลดลงเนื่องจากปริมาณของสารที่ใช้งานของเพลตยังคงสามารถมีส่วนร่วมในการสร้างกระแสไฟฟ้ากลายเป็นน้อยลงเรื่อย ๆ ดังนั้นกระแสไฟฟ้าจึงน้อยลงตามลำดับความต้านทานภายในจึงเพิ่มขึ้น ยิ่งชาร์จแบตเตอรี่มากเท่าไหร่ความต้านทานภายในก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ดังนั้นเมื่อแบตเตอรี่หมดความต้านทานภายในจะยิ่งมากขึ้น