Akun sisäinen vastus

Jos otamme upouuden litium-ioni-akun, sanokaamme esimerkiksi koko 18650, nimelliskapasiteetti 2500mAh, tuoda sen jännite täsmälleen 3,7 voltiin ja kytkeä sitten aktiiviseen kuormaan 10 watin vastuksen muodossa, jonka arvo on R = 1 om, niin mikä on vakio odotamme mitata tämän vastus?

Mitä siellä tapahtuu ensimmäisellä hetkellä, kunnes akku melkein alkaa tyhjentyä? Ohmin lain mukaisesti vaikuttaisi olevan 3.7A, koska i = U / R = 3.7 / 1 = 3.7 [A]. Itse asiassa virta on hiukan vähemmän, nimittäin alueella I = 3,6A. Miksi tämä tapahtuu?

Syynä on, että vastuksen lisäksi myös itse akussa on tietty sisäinen vastus, koska sen sisällä olevat kemialliset prosessit eivät voi tapahtua heti. Jos kuvittelet akun oikean kaksinapaisen muodossa, niin 3,7 V - tämä on sen EMF, jonka lisäksi sisäinen vastus r on yhtä suuri kuin esimerkiksi esimerkissämme noin 0,028 ohmia.

Itse asiassa, jos mittaat akkuun kytketyn vastuksen jännitettä, jonka arvo on R = 1 ohmi, niin se osoittautuu noin 3,6 V: ksi, ja siksi 0,1 V putoaa akun sisäiseen vastukseen r. Joten, jos vastuksen resistanssi on 1 ohmi, siinä mitattu jännite oli 3,6 V, siis vastuksen läpi kulkeva virta on I = 3,6 A. Sitten, jos u = 0,1 V putosi akkuun ja piiri, jonka meillä on, on suljettu sarja, se tarkoittaa, että akun läpi kulkeva virta on I = 3,6 A, joten Ohmin lain mukaan sen sisäinen vastus on yhtä suuri kuin r = u / I = 0,1 / 3,6 = 0,0277 ohmia.

Mikä määrittää akun sisäisen vastuksen

Todellisuudessa erityyppisten akkujen sisäinen vastus ei aina ole vakio. Se on dynaaminen ja riippuu useista parametreistä: kuormavirrasta, akun kapasiteetista, akun varausasteesta ja akun sisällä olevan elektrolyytin lämpötilasta.

Mitä suurempi kuormavirta on, sitä vähemmän on yleensä akun sisäinen vastus, koska tässä tapauksessa elektrolyytin sisällä tapahtuvat varauksensiirtoprosessit ovat voimakkaampia, prosessiin osallistuu enemmän ioneja, ionit liikkuvat aktiivisemmin elektrolyytissä elektrodista elektrodiin. Jos kuormitus on suhteellisen pieni, niin myös kemiallisten prosessien voimakkuus elektrodeissa ja akun elektrolyytissä on pienempi, ja siksi sisäinen vastus vaikuttaa suurelta.

Paristoilla, joiden kapasiteetti on suurempi, elektrodien pinta-ala on suurempi, mikä tarkoittaa, että elektrodien ja elektrolyytin vuorovaikutusalue on laajempi. Siksi enemmän ioneja osallistuu varauksensiirtoprosessiin, enemmän ioneja luo virtaa. Samanlainen periaate on osoitettu. kondensaattorien rinnankytkentä - mitä suurempi kapasiteetti, sitä enemmän latausta voidaan käyttää tietyn jännitteen lähellä. Joten mitä suurempi akun kapasiteetti on, sitä pienempi on sen sisäinen vastus.

Nyt puhutaan lämpötilasta. Jokaisella akulla on oma turvallinen käyttölämpötila-alue, jonka sisällä seuraava on totta. Mitä korkeampi on akun lämpötila, sitä nopeammin ionien diffuusio tapahtuu elektrolyytin sisällä, joten korkeammassa käyttölämpötilassa akun sisäinen vastus on alhaisempi.

Ensimmäiset litiumparistot, joilla ei ollut suojaa ylikuumenemiselta, räjähtivat jopa tämän takia, koska liian nopeasti muodostunut happi muodostui anodin nopean hajoamisen takia (seurauksena siihen nopeasta reaktiosta). Akkuille on tavalla tai toisella ominaista sisäisen resistanssin melkein lineaarinen riippuvuus lämpötilasta hyväksyttävien käyttölämpötilojen alueella.

Akun purkautuessa sen aktiivinen kapasiteetti pienenee, koska levyjen aktiivisen aineen määrä, joka kykenee edelleen osallistumaan virran luomiseen, tulee yhä vähemmän. Siksi virta on vähentynyt vastaavasti, vastaavasti sisäinen vastus kasvaa. Mitä enemmän akkua ladataan, sitä vähemmän sen sisäinen vastus on. Joten akun purkautuessa sen sisäinen vastus kasvaa.