البطارية المقاومة الداخلية

إذا أخذنا بطارية ليثيوم أيون جديدة تمامًا ، فلنفترض أن الحجم 18650 ، بسعة اسمية تبلغ 2500 مللي أمبير / ساعة ، سيصل جهده إلى 3.7 فولت بالضبط ، ثم نربطه بحمل نشط على شكل مقاوم 10 واط بقيمة R = 1 أوم ، ثم ما هو ثابت الحالي نتوقع أن نقيس من خلال هذا المقاوم؟

ماذا سيحدث هناك في اللحظة الأولى من الوقت ، حتى تبدأ البطارية في التفريغ تقريبًا؟ وفقًا لقانون أوم ، يبدو أنه ينبغي أن يكون هناك 3.7A ، بما أنني = U / R = 3.7 / 1 = 3.7 [A]. في الواقع ، سيكون التيار أقل قليلاً ، أي في منطقة I = 3.6A. لماذا يحدث هذا؟

والسبب هو أنه ليس فقط المقاوم ، ولكن أيضا البطارية نفسها لديها بعض المقاومة الداخلية، لأن العمليات الكيميائية بداخلها لا يمكن أن تحدث على الفور. إذا تخيلت بطارية في شكل محطتين حقيقيتين ، عندها 3.7 فولت - ستكون هذه هي EMF ، بالإضافة إلى أنه ستكون هناك أيضًا مقاومة داخلية تساوي ، على سبيل المثال ، حوالي 0.028 أوم.

في الواقع ، إذا قمت بقياس الجهد عند المقاوم المتصل بالبطارية بقيمة R = 1 أوم ، فإنه يتحول إلى 3.6 فولت تقريبًا ، وبالتالي فإن 0.1 فولت ستسقط على المقاومة الداخلية r للبطارية. لذلك ، إذا كان لدى المقاوم مقاومة 1 أوم ، فإن الجهد المقاس عليه كان 3.6 فولت ، وبالتالي فإن التيار من خلال المقاوم هو I = 3.6 A. ثم ، إذا سقطت u = 0.1 V على البطارية ، وكانت الدائرة التي لدينا مغلقة ، متسلسلة ، فهذا يعني أن التيار من خلال البطارية هو I = 3.6 A ، وبالتالي ، وفقًا لقانون أوم ، فإن مقاومتها الداخلية ستكون r = u / I = 0.1 / 3.6 = 0.0277 أوم.

ما الذي يحدد المقاومة الداخلية للبطارية

في الواقع ، المقاومة الداخلية لأنواع مختلفة من البطاريات ليست دائما ثابتة. إنه ديناميكي ، ويعتمد على العديد من المعلمات: على الحمل الحالي ، وعلى سعة البطارية ، ودرجة شحن البطارية ، وكذلك على درجة حرارة المنحل بالكهرباء داخل البطارية.

كلما زاد الحمل الحالي ، قلت المقاومة الداخلية للبطارية كقاعدة عامة ، نظرًا لأن عمليات نقل الشحنة داخل المنحل بالكهرباء تكون أكثر كثافة في هذه الحالة ، ويشارك المزيد من الأيونات في هذه العملية ، وتتحرك الأيونات بنشاط أكبر في الإلكتروليت من القطب إلى القطب. إذا كان الحمل صغيرًا نسبيًا ، فستكون شدة العمليات الكيميائية في الأقطاب الكهربائية والكهارل في البطارية أقل أيضًا ، وبالتالي ستبدو المقاومة الداخلية كبيرة.

بالنسبة للبطاريات ذات السعة الأكبر ، تكون مساحة الأقطاب الكهربائية أكبر ، مما يعني أن مساحة تفاعل الأقطاب الكهربائية مع المنحل بالكهرباء أكثر شمولاً. لذلك ، يتم إشراك المزيد من الأيونات في عملية نقل الرسوم ، والمزيد من الأيونات تنشئ تيارًا. وأظهر مبدأ مماثل. مع اتصال مواز للمكثفات - كلما زادت السعة ، يمكن استخدام مزيد من الشحن في محيط الجهد المعطى. لذلك ، كلما زادت سعة البطارية - انخفضت مقاومتها الداخلية.

الآن دعنا نتحدث عن درجة الحرارة. كل بطارية لها نطاق درجة حرارة التشغيل الآمن الخاص بها ، والذي يكون ضمنه صحيحًا. كلما ارتفعت درجة حرارة البطارية ، كلما زاد انتشار الأيونات داخل المنحل بالكهرباء ، وبالتالي ، عند درجة حرارة التشغيل العالية ، ستكون المقاومة الداخلية للبطارية أقل.

حتى أن بطاريات الليثيوم الأولى ، التي لا تتمتع بحماية ضد الانهاك الزائد ، قد انفجرت بسبب ذلك ، حيث أن الأكسجين المنتج بسرعة كبيرة للغاية تم تشكيله بسبب التحلل السريع في الأنود (نتيجة لتفاعل سريع عليه). تتميز البطاريات بشكل أو بآخر باعتماد خطي تقريبًا للمقاومة الداخلية على درجة الحرارة في نطاق درجات حرارة التشغيل المقبولة.

مع تفريغ البطارية ، تنخفض قدرتها النشطة ، لأن كمية المادة الفعالة للألواح ، التي ما زالت قادرة على المشاركة في إنشاء التيار ، تصبح أقل وأقل. لذلك ، أصبح التيار أقل وأقل ، على التوالي ، المقاومة الداخلية تنمو. كلما زادت شحن البطارية ، قلت مقاومتها الداخلية. لذلك ، مع تفريغ البطارية ، تصبح مقاومتها الداخلية أكبر.