Čo určuje vnútorný odpor batérií
Dobrý deň, vážení hostia a predplatitelia môjho kanála. Dnes by som chcel hovoriť o takom fenoméne, ako je vnútorný odpor batérií a od čoho závisí tento parameter. Tak poďme na to.
Zoberme si napríklad lítium-iónovú batériu, najbežnejší tvarový faktor 18650 s nominálnou kapacitou 2 500 mAh, a nabime ju na prevádzkové napätie 3,7 voltu.
Teraz pripojme záťaž vo forme odporu 1 ohm, dimenzovaného na 10 wattov. Čo myslíte, spočiatku bude v takomto systéme prúdiť prúd?
Tento prúd môžeme ľahko vypočítať podľa Ohmovho zákona
Ale ak pripojíme ampérmeter, potom sa skutočný prúd bude líšiť od vypočítaného a bude sa rovnať I = 3,6 A. A dôvod je nasledovný.
Vnútorný odpor
Dôvod tejto odchýlky teda spočíva v skutočnosti, že v úplne akejkoľvek akumulátorovej batérii je jej vnútorný odpor. A v našom mini-obvode bude okrem odporu 1 Ohm ešte jeden odpor.
Poďme si predstaviť našu batériu v podobe skutočného dvojpólu.
Takže podľa vyššie uvedenej schémy je napätie 3,7 Voltu - to nebude nič iné ako EMF zdroja.
r je vnútorný odpor zdroja, ktorý bude v tomto konkrétnom príklade približne rovný 0,028 Ohm.
Ak v skutočnosti meriate napätie na pripojenom rezistore, bude to 3,6 Voltu, čo znamená, že pokles napätia na vnútornom odpore batérie bol 0,1 Voltu.
Ukazuje sa, že podľa toho istého Ohmovho zákona bude s napätím 3,6 Voltu a odporom 1 Ohm prúd 3,6 ampéra.
A keďže náš obvod je sekvenčný, bude podobný prúd pretekať vnútorným odporom, čo znamená, že jednoduchými výpočtami dostaneme, že vnútorný odpor sa rovná:
Teraz poďme zistiť, od ktorých parametrov tento vnútorný odpor závisí a či je jeho hodnota konštantná.
Aké parametre určujú vnútorný odpor zdroja
Takže v skutočnosti má vnútorný odpor rôznych typov batérií úplne odlišné významy. Aktívne sa mení a tieto zmeny závisia od nasledujúcich parametrov:
- Množstvo prúdu.
- Kapacita batérie.
- Z úplného nabitia batérie.
- Teplota elektrolytu v batérii.
Existuje teda taký vzor: čím väčší je prúd záťaže, tým nižší je vnútorný odpor. Je to spôsobené procesom redistribúcie náboja v elektrolyte.
Pretože je prúdová sila veľká, znamená to, že rýchlosť prenosu nábojov iónmi z elektródy na elektródu je vysoká, čo je možné pri malom odpore.
Súčasná sila je menšia - ióny neprenášajú náboj tak aktívne. To znamená, že vnútorný odpor bude veľký.
Veľkokapacitné batérie majú podstatne viac elektród, čo zase naznačuje, že proces interakcie elektród s elektrolytom je rozsiahlejší. To znamená, že do procesu prenosu náboja súčasne vstupuje podstatne väčšie množstvo iónov.
To zvyšuje prúdovú silu a znižuje vnútorný odpor.
Teraz si povieme niečo o ďalšom dôležitom faktore - teplote.
Niekoľko slov o teplotnom režime a nabití batérie
Každá batéria je navrhnutá pre konkrétny rozsah prevádzkových teplôt. Zároveň je u rôznych výrobcov odlišná teplota.
Ale zároveň funguje nasledujúca pravidelnosť: čím vyššia je teplota elektrolytu, tým vyššia je rýchlosť reakcie v ňom, a tým nižší vnútorný odpor.
Moderné batérie majú takmer lineárnu závislosť vnútorného odporu od teploty.
Ale zároveň nemôže teplota stúpať donekonečna a bez následkov. Ak reakcia prebieha príliš prudko, potom aktívny vývoj kyslíka v elektrolyte (v dôsledku rozpadu anódy) môže viesť k požiaru.
Z tohto dôvodu majú všetky moderné batérie ochranu proti prehriatiu.
V procese vydávania nabitia batérie sa jeho kapacita začína znižovať v dôsledku toho, že do reakcie prerozdelenia náboja zostáva zapojených čoraz menej nabitých iónov.
V dôsledku toho prúd klesá, zatiaľ čo vnútorný odpor naopak rastie. Platí preto toto: čím viac je batéria nabitá, tým nižší je jej vnútorný odpor.
To je všetko, čo som chcel povedať o vnútornom odpore batérií a faktoroch, ktoré ho ovplyvňujú.
Ak sa vám článok páčil, potom zdvihnite palce a prihláste sa na odber! Ďakujeme za prečítanie až do konca!