Innenwiderstand der Batterie

Wenn wir einen brandneuen Lithium-Ionen-Akku nehmen, sagen wir Größe 18650 mit einer Nennkapazität von 2500 mAh, bringen Sie seine Spannung auf genau 3,7 Volt und schließen Sie ihn dann an eine aktive Last in Form eines 10-Watt-Widerstands mit einem Wert von R = 1 Ohm an. Was ist dann die Konstante? Strom, den wir durch diesen Widerstand messen wollen?

Was passiert dort im ersten Moment, bis sich der Akku fast entlädt? In Übereinstimmung mit dem Ohmschen Gesetz scheint es 3,7 A zu geben, da i = U / R = 3,7 / 1 = 3,7 [A]. Tatsächlich wird der Strom etwas geringer sein, und zwar im Bereich von I = 3,6 A. Warum wird das passieren?

Der Grund ist, dass nicht nur der Widerstand, sondern auch die Batterie selbst eine bestimmte hat Innenwiderstand, weil die chemischen Prozesse darin nicht sofort ablaufen können. Wenn Sie sich eine Batterie in Form einer echten Zwei-Klemme vorstellen, dann 3,7 V - dies ist ihre EMF, zusätzlich gibt es auch einen Innenwiderstand r, der zum Beispiel ungefähr 0,028 Ohm entspricht.

Wenn Sie die Spannung an einem an die Batterie angeschlossenen Widerstand mit einem Wert von R = 1 Ohm messen, beträgt sie ungefähr 3,6 V, und 0,1 V fallen daher auf den Innenwiderstand r der Batterie. Wenn der Widerstand also einen Widerstand von 1 Ohm hat, betrug die daran gemessene Spannung 3,6 V, daher beträgt der Strom durch den Widerstand I = 3,6 A. Wenn dann u = 0,1 V auf die Batterie fällt und der Stromkreis, den wir haben, in Reihe geschaltet ist, bedeutet dies, dass der Strom durch die Batterie I = 3,6 A beträgt, daher ist sein Innenwiderstand gemäß dem Ohmschen Gesetz gleich r = u / I = 0,1 / 3,6 = 0,0277 Ohm.

Was bestimmt den Innenwiderstand der Batterie

In der Realität ist der Innenwiderstand verschiedener Batterietypen nicht immer konstant. Es ist dynamisch und hängt von mehreren Parametern ab: vom Laststrom, von der Batteriekapazität, vom Ladegrad der Batterie sowie von der Temperatur des Elektrolyten in der Batterie.

Je höher der Laststrom ist, desto geringer ist in der Regel der Innenwiderstand der Batterie, da in diesem Fall die Ladungsübertragungsprozesse im Elektrolyten intensiver sind, mehr Ionen am Prozess beteiligt sind und sich Ionen im Elektrolyten aktiver von der Elektrode zur Elektrode bewegen. Wenn die Last relativ klein ist, ist auch die Intensität der chemischen Prozesse an den Elektroden und im Batterieelektrolyten geringer, und daher scheint der Innenwiderstand groß zu sein.

Bei Batterien mit einer größeren Kapazität ist die Fläche der Elektroden größer, was bedeutet, dass die Wechselwirkungsfläche der Elektroden mit dem Elektrolyten größer ist. Daher sind mehr Ionen am Ladungsübertragungsprozess beteiligt, und mehr Ionen erzeugen einen Strom. Ein ähnliches Prinzip wird demonstriert. mit Parallelschaltung von Kondensatoren - Je größer die Kapazität, desto mehr Ladung kann in der Nähe einer bestimmten Spannung verwendet werden. Je höher die Batteriekapazität, desto geringer der Innenwiderstand.

Sprechen wir jetzt über die Temperatur. Jede Batterie hat ihren eigenen sicheren Betriebstemperaturbereich, in dem Folgendes zutrifft. Je höher die Temperatur der Batterie ist, desto schneller erfolgt die Diffusion von Ionen innerhalb des Elektrolyten. Daher ist bei einer höheren Betriebstemperatur der Innenwiderstand der Batterie geringer.

Die ersten Lithiumbatterien, die keinen Schutz gegen Überhitzung hatten, explodierten sogar, da sich aufgrund des schnellen Zerfalls der Anode (infolge einer schnellen Reaktion darauf) zu aktiv gebildeter Sauerstoff bildete. Auf die eine oder andere Weise zeichnen sich Batterien durch eine nahezu lineare Abhängigkeit des Innenwiderstands von der Temperatur im Bereich akzeptabler Betriebstemperaturen aus.

Mit der Entladung der Batterie nimmt ihre aktive Kapazität ab, da die Menge an Wirkstoff der Platten, die noch an der Stromerzeugung beteiligt sein kann, immer geringer wird. Daher wird der Strom immer geringer, der Innenwiderstand wächst. Je mehr der Akku aufgeladen ist, desto geringer ist sein Innenwiderstand. Wenn sich die Batterie entlädt, wird ihr Innenwiderstand größer.