Batteriets inre motstånd

Om vi ​​tar ett helt nytt litiumjonbatteri, låt oss säga storlek 18650, med en nominell kapacitet på 2500mAh, bringa dess spänning till exakt 3,7 volt, och anslut den sedan till en aktiv belastning i form av ett 10-watt motstånd med ett värde av R = 1 Ohm, vad är konstanten nuvarande förväntar vi oss att mäta genom detta motstånd?

Vad kommer att hända där i det allra första ögonblicket tills batteriet nästan börjar ladda ur? I enlighet med Ohms lag verkar det som om det borde finnas 3,7A, eftersom i = U / R = 3,7 / 1 = 3,7 [A]. I själva verket kommer strömmen att vara något mindre, nämligen i området I = 3.6A. Varför kommer detta att hända?

Anledningen är att inte bara motståndet utan också själva batteriet har en viss inre motstånd, eftersom de kemiska processerna inuti den inte kan inträffa direkt. Om du föreställer dig ett batteri i form av en riktig två-terminal, då 3,7 V - detta kommer att vara dess EMF, utöver vilket det också kommer att finnas ett internt motstånd r lika med, till exempel, cirka 0,028 Ohm.

Om du mäter spänningen på ett motstånd som är anslutet till batteriet med ett värde av R = 1 Ohm, visar det sig vara cirka 3,6 V, och 0,1 V kommer därför att falla på batteriets inre motstånd. Så om motståndet har ett motstånd på 1 ohm, var spänningen uppmätt på den 3,6 V, därför är strömmen genom motståndet I = 3,6 A. Om u = 0,1 V föll på batteriet, och kretsen vi har är stängd, serier, betyder det att strömmen genom batteriet är I = 3,6 A, därför, enligt Ohms lag, kommer dess inre motstånd att vara lika med r = u / I = 0,1 / 3,6 = 0,0277 ohm.

Vad bestämmer batteriets interna motstånd

I verkligheten är det inte alltid konstant att det interna motståndet hos olika typer av batterier är. Den är dynamisk och beror på flera parametrar: på belastningsströmmen, på batterikapaciteten, på batteriets laddningsgrad samt på temperaturen på elektrolyten inuti batteriet.

Ju högre lastströmmen är, desto mindre är batteriets inre motstånd, eftersom processerna för laddningsöverföring inuti elektrolyten är mer intensiva i detta fall, fler joner är involverade i processen, joner rör sig mer aktivt i elektrolyten från elektroden till elektroden. Om belastningen är relativt liten, kommer intensiteten hos de kemiska processerna vid elektroderna och i batterielektrolyten också att vara mindre, och därför kommer det inre motståndet att verka stort.

För batterier med större kapacitet är elektrodernas yta större, vilket innebär att elektrodernas interaktion med elektrolyten är mer omfattande. Därför är fler joner involverade i processen för laddningsöverföring, fler joner skapar en ström. En liknande princip visas. med parallellanslutning av kondensatorer - ju större kapacitet, desto mer laddning kan användas i närheten av en given spänning. Så ju högre batterikapacitet - desto lägre är dess interna motstånd.

Låt oss nu prata om temperaturen. Varje batteri har sitt eget säkra driftstemperaturområde inom vilket följande gäller. Ju högre temperaturen på batteriet är, desto snabbare sker diffusionen av joner inuti elektrolyten, därför kommer batteriets inre motstånd att bli lägre vid en högre driftstemperatur.

De första litiumbatterierna, som inte hade skydd mot överhettning, exploderade till och med på grund av detta, eftersom syre som bildades för aktivt bildades på grund av anodens snabba förfall (som ett resultat av en snabb reaktion på den). På ett eller annat sätt kännetecknas batterier av ett nästan linjärt beroende av inre motståndskraft mot temperaturen inom området för acceptabla driftstemperaturer.

Med urladdningen av batteriet minskar dess aktiva kapacitet, eftersom mängden aktiv substans på plattorna, som fortfarande kan delta i skapandet av ström, blir mindre och mindre. Därför blir strömmen mindre och mindre, det interna motståndet växer. Ju mer laddat batteri, desto mindre är dess inre motstånd. När batteriet laddas blir dess inre motstånd större.