Az akkumulátor belső ellenállása

Ha egy vadonatúj lítium-ion akkumulátort veszünk, mondjuk 18650 méretű, névleges kapacitása 2500mAh, a feszültséget pontosan 3,7 V-ra állítja, majd 10 W-os ellenállás formájában egy aktív terheléshez csatlakoztatja, R = 1 Ohm értékkel, akkor mi az az állandó az áramerősség, amelyet ezen ellenálláson keresztül mérünk?

Mi történik ott a legelső pillanatban, amíg az akkumulátor majdnem el nem kezd kimerülni? Ohm törvényével összhangban úgy tűnik, hogy 3.7A-nak kell lennie, mivel i = U / R = 3,7 / 1 = 3,7 [A]. Valójában az áram valamivel kevesebb lesz, nevezetesen az I = 3,6A tartományban. Miért történik ez?

Ennek oka az, hogy nemcsak az ellenállás, hanem az akkumulátornak is van bizonyos tulajdonsága belső ellenállás, mert a benne lévő kémiai folyamatok nem fordulhatnak elő azonnal. Ha elképzel egy akkumulátort valódi két terminál formájában, akkor 3,7 V - ez lesz az EMF, amelyen kívül egy belső ellenállás is létezik, amely példánkban kb. 0,028 Ohm.

Valójában, ha megmérjük az akkumulátorhoz csatlakoztatott ellenállás feszültségét R = 1 Ohm értékkel, akkor ez körülbelül 3,6 V-os értékre válik, és tehát 0,1 V esik az akkumulátor r belső ellenállására. Tehát, ha az ellenállás 1 ohm ellenállású, akkor a rajta mért feszültség 3,6 V volt, tehát az ellenálláson átáramló áram I = 3,6 A. Ezután, ha u = 0,1 V esett az akkumulátorra, és a megszakadt áramkör soros, az azt jelenti, hogy az akkumulátoron átáramló áram I = 3,6 A, tehát az Ohmi törvény szerint belső ellenállása r = u / I = 0,1 / 3,6 = 0,0277 ohm.

Mi határozza meg az akkumulátor belső ellenállását

A valóságban a különféle típusú elemek belső ellenállása nem mindig állandó. Dinamikus, és számos paramétertől függ: a terhelési áramtól, az akkumulátor kapacitásától, az akkumulátor töltöttségi fokától, valamint az akkumulátoron belüli elektrolit hőmérsékletétől.

Minél nagyobb a terhelési áram, annál kevesebb, mint általában, az akkumulátor belső ellenállása, mivel ebben az esetben az elektroliton belüli töltésátadási folyamatok intenzívebbek, annál több ion vesz részt a folyamatban, az ionok aktívabban mozognak az elektrolitban az elektródról az elektródra. Ha viszonylag kicsi a terhelés, akkor a kémiai folyamatok intenzitása az elektródokon és az akkumulátor elektrolitján szintén kisebb lesz, ezért a belső ellenállás nagynak tűnik.

Nagyobb kapacitású akkumulátorok esetén az elektródák területe nagyobb, ami azt jelenti, hogy az elektródok és az elektrolit kölcsönhatása nagyobb. Ezért több ion vesz részt a töltés átadási folyamatában, annál több ion hoz létre áramot. Hasonló elvet mutatunk be. kondenzátorok párhuzamos csatlakoztatásával - minél nagyobb a kapacitás, annál több töltést lehet felhasználni egy adott feszültség közelében. Tehát minél nagyobb az akkumulátor kapacitása - annál alacsonyabb a belső ellenállása.

Most beszéljünk a hőmérsékletről. Minden akkumulátornak megvan a saját biztonságos üzemi hőmérsékleti tartománya, amelyen belül az alábbiak igazak. Minél magasabb az akkumulátor hőmérséklete, annál gyorsabb az ionok diffúziója az elektroliton belül, ezért magasabb üzemi hőmérsékleten az akkumulátor belső ellenállása alacsonyabb lesz.

Az első lítium-akkumulátorok, amelyek nem voltak védettek a túlmelegedés ellen, még ennek következtében felrobbantak, mivel a túl gyorsan képződött oxigén az anód gyors bomlásának eredményeként képződött (egy gyors reakció eredményeként). Ilyen módon az akkumulátorokat a belső ellenállás szinte lineáris függése jellemzi a hőmérséklettől az elfogadható üzemi hőmérsékleti tartományban.

Az akkumulátor lemerülésekor az aktív kapacitása csökken, mivel a lemezek aktív anyagának mennyisége, amely továbbra is képes részt venni az áram létrehozásában, egyre kevesebbé válik. Ezért az áram egyre kevésbé, illetve a belső ellenállás növekszik. Minél töltebb az akkumulátor, annál kisebb a belső ellenállása. Tehát, amint az akkumulátor lemerül, belső ellenállása nagyobb lesz.