Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора

21.08.2024 Olga 0 Comments

если взять новый литий-ионный аккумулятор, скажем типоразмера 18650 номинальной емкостью 2500мАч, измерить его напряжение с точностью до 3,7 Вольта и подключить к активному источнику в виде резистора номиналом 10 Вт с нагрузкой R=1 Ом так какую же константу тока мы ожидаем измерить через этот резистор?

Что происходит в первый момент, прежде чем батарея действительно начнет разряжаться? По закону Ома кажется, что должно быть 3,7А, поскольку i=U/R=3,7/1 = 3,7[А]. На самом деле ток будет несколько меньше, т.е в районе I=3,6А. Почему это происходит?

Причина в том, что не только сопротивление, но и сама батарея имеет определенное внутреннее сопротивление, ведь химические процессы внутри батареи не могут происходить сразу. Если представить аккумулятор в виде реальной двухполюсной сети, то его электродвижущая сила будет равна 3,7В, а кроме того будет внутреннее сопротивление r, которое в нашем случае примерно равно 0,028 Ом.

Фактически, если вы измерите напряжение на резисторе R = 1 Ом, подключенном к аккумулятору, результат составит около 3,6 В, поэтому внутреннее сопротивление аккумулятора r упадет на 0,1 В. Это означает, что если сопротивление резистора равно 1 Ом, измеренное на резисторе напряжение равно 3,6 В, поэтому ток через резистор равен I = 3,6 А. Ну, если на батарею u = 0,1В, и наша цепь включена последовательно, то ток через батарею I = 3,6А, значит по закону Ома ее внутреннее сопротивление будет равно r = u/I = 0,1. /3,6 = 0,0277 Ом.

Что определяет внутреннее сопротивление аккумулятора

На самом деле внутреннее сопротивление разных типов аккумуляторов не всегда постоянно. Он динамичен и зависит от нескольких параметров: тока нагрузки, емкости аккумулятора, уровня заряда аккумулятора и температуры электролита внутри аккумулятора.

Читайте также статью: Как выглядит жук щелкун

Как правило, чем выше ток нагрузки, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, поскольку в этом случае процесс переноса заряда внутри электролита протекает интенсивнее, тем больше ионов участвует в этом процессе, и ионы активнее движутся в электролите. Электролит переходит от одного электрода к другому. Если нагрузка сравнительно небольшая, то химические процессы в электродах и электролите аккумулятора также будут менее интенсивными, а значит, внутреннее сопротивление окажется больше.

Чем больше емкость аккумулятора, тем больше площадь электрода, а значит, больше и площадь взаимодействия электрода с электролитом. Следовательно, в процессе переноса заряда участвует больше ионов, и больше ионов генерируют электрический ток. Похожий принцип демонстрируется при параллельном соединении конденсаторов – чем больше емкость, тем больше заряда можно использовать при данном напряжении. Следовательно, чем выше емкость аккумулятора, тем ниже его внутреннее сопротивление.

Теперь поговорим о температуре. Каждая батарея имеет свой собственный диапазон безопасных рабочих температур, в пределах которого действуют следующие правила. Чем выше температура аккумулятора, тем быстрее диффундируют ионы в электролите, поэтому внутреннее сопротивление аккумулятора будет ниже при более высоких рабочих температурах.

Видео: Внутреннее сопротивление АКБ

Первые литиевые батареи не имели защиты от перегрева и даже взрывались, потому что кислород, образующийся при быстром разложении анода (из-за быстрой анодной реакции), выделялся слишком активно. В любом случае для аккумуляторов характерна практически линейная зависимость внутреннего сопротивления от температуры в допустимом диапазоне рабочих температур.

По мере разряда батареи ее активная емкость уменьшается, поскольку количество активного материала в пластинах, которое еще может участвовать в генерации электрического тока, становится все меньше и меньше. Поэтому ток становится все меньше и меньше, а внутреннее сопротивление соответственно увеличивается. Чем больше заряжается аккумулятор, тем ниже становится его внутреннее сопротивление. Это означает, что по мере разряда аккумулятора его внутреннее сопротивление увеличивается.