Зависимость внутреннего сопротивления аккумулятора от емкости

Зависимость внутреннего сопротивления аккумулятора от емкости

Здравствуйте уважаемые гости и подписчики моего канала. Сегодня я хочу поговорить о таком явлении как внутреннее сопротивление аккумуляторов и о том, от чего зависит этот параметр. Итак, приступим.

Давайте возьмем литий-ионный аккумулятор, например, самого распространенного форм-фактора 18650 с номинальной емкостью 2500 mAh, и зарядим его до рабочего напряжения в 3,7 Вольт.

А теперь давайте подключим к нему нагрузку в форме резистора с сопротивлением в 1 Ом, рассчитанного на 10 Ватт. Как вы думаете, какой ток будет течь в такой системе в первое время?

Этот ток мы легко сможем вычислить по закону Ома

Но если мы подключим амперметр, то реальный ток будет отличаться от расчетного и будет равен I = 3.6 A. А причина заключена в следующем.

Внутреннее сопротивление

Итак, причина такого отклонения заключена в том, что внутри абсолютно любой аккумуляторной батареи присутствует свое внутреннее сопротивление. И в нашей мини-схеме кроме резистора, рассчитанного на 1 Ом, будет еще одно сопротивление.

Давайте представим наш аккумулятор в форме реального двухполюсника.

Так вот, согласно выше представленной схеме, напряжение 3,7 Вольт — это и будет ни что иное как ЭДС источника.

r — внутреннее сопротивление источника, которое в конкретно рассматриваемом примере будет примерно равно 0,028 Ом.

Если в реальности измерить напряжение на подключенном резисторе, то оно будет равно 3,6 Вольт, а это значит, что на внутреннем сопротивлении элемента питания падение напряжения составило 0,1 Вольта.

Получается, что согласно все тому же закону Ома, при напряжении 3,6 Вольта, и сопротивлении 1 Ом сила тока составит 3,6 Ампера.

А так как цепь у нас последовательная, то и через внутреннее сопротивление потечет аналогичный ток, а это значит, что путем несложных вычислений получаем, что внутреннее сопротивление равно:

Теперь давайте узнаем, от каких параметров зависит это внутреннее сопротивление и является ли его величина константой.

От каких параметров зависит внутреннее сопротивление источника

Так вот, в реальности внутреннее сопротивление у различных типов АКБ имеет совершенно разное значение. Оно активно изменяется, и эти изменения зависят от следующих параметров:

1. Величина тока.
2. Емкость аккумулятора.
3. От полноты заряда АКБ.
4. Температура электролита АКБ.

Так вот существует такая закономерность: чем больше ток нагрузки – тем ниже внутреннее сопротивление. Это связано с процессом перераспределения заряда внутри электролита.

Так как сила тока большая, значит скорость передачи зарядов ионами от электрода к электроду высокая, а это возможно при малом сопротивлении.

Сила тока меньше – ионы не так активно переносят заряд. Это значит, внутреннее сопротивление будет большим.

У АКБ большой емкости обкладки электродов существенно больше, а это в свою очередь говорит о том, что процесс взаимодействия электродов с электролитом – обширнее. А это означает, что существенно большее число ионов одновременно вступает в процессе переноса заряда.

Тем самым увеличивается сила тока и уменьшается внутреннее сопротивление.

Теперь давайте поговорим о следующем немаловажном факторе — температуре.

Несколько слов о температурном режиме и заряде АКБ

Каждый аккумулятор рассчитан на определенный диапазон рабочих температур. При этом у разных производителей температура отличается.

Но при этом работает следующая закономерность: чем больше температура электролита, тем выше скорость протекания реакции в нем, а значит тем меньше внутреннее сопротивление.

У современных АКБ присутствует практически линейная зависимость внутреннего сопротивления от температуры.

Но при этом температура не может расти бесконечно и без последствий. Если реакция будет протекать слишком бурно, то активное выделение кислорода в электролите (в результате распада анода) может привести к возгоранию.

По этой причине на всех современных АКБ присутствует защита от перегрева.

В процессе отдачи заряда аккумулятора его емкость начинает снижаться в результате того, что все меньше остается заряженных ионов участвующих в реакции перераспределения заряда.

Следовательно, ток снижается, а внутреннее сопротивление, напротив, возрастает. Поэтому верно следующее: чем больше заряжен аккумулятор, тем ниже его внутреннее сопротивление.

Это все, что я хотел сказать о внутреннем сопротивлении аккумуляторов и факторов, которые оказывают на него влияние.

Если вам понравилась статья, тогда ставим палец вверх и подписываемся! Спасибо, что прочитали до конца!

Источник



Об аккумуляторах .

Вопросы об аккумуляторах

Внутреннее сопротивление аккумулятора. Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора?

1. Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора?

В озьмем свинцовый кислотный аккумулятор с емкостью 1 А*час и с номинальным напряжением 12 В. В полностью заряженном состоянии аккумулятор имеет напряжение примерно U = 13 В. Какой ток I потечет через аккумулятор, если к нему подключить резистор с сопротивлением R=1 Ом? Нет, не 13 ампер, а несколько меньше — около 12.2 А. Почему? Если мы измерим напряжение на аккумуляторе, к которому подключен резистор, то увидим, что оно примерно равно 12.2 В — напряжение на аккумуляторе упало из-за того, что скорость диффузии ионов в электролите не бесконечно велика.

Э лектрики в своих расчетах привыкли составлять электрические цепи из элементов с несколькими полюсами. Условно, можно и аккумулятор представить в виде двухполюсника с ЭДС (электродвижущей силой — напряжением без нагрузки) E и внутренним сопротивлением r. При этом предполагается, что часть ЭДС аккумулятора падает на нагрузке, а другая часть — на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Иначе говоря, предполагается, что верна формула:

П очему внутреннее сопротивление аккумулятора — условная величина? Потому что свинцовый аккумулятор — принципиально нелинейное устройство и его внутреннее сопротивление не остается постоянным, а изменяется в зависимости от нагрузки, заряженности аккумулятора и многих других параметров, о которых мы поговорим чуть позднее. Поэтому точные расчеты работы аккумуляторов нужно проводить, пользуясь разрядными кривыми, предоставляемыми производителем аккумуляторов, а не внутренним сопротивлением аккумулятора. Но для расчетов работы цепей, связанных с аккумулятором, внутреннее сопротивление аккумулятора использовать можно, отдавая себе каждый раз отчет в том, о какой величине идет речь: о внутреннем сопротивлении аккумулятора при зарядке или разряде, о внутреннем сопротивлении аккумулятора на постоянном токе или переменном, а если переменном, то какой частоты и т.д.

Т еперь, вернувшись к нашему примеру, мы можем примерно определить внутреннее сопротивление аккумулятора 12 В, 1 А*час на постоянном токе.

r = ( E — U ) / I = (13В — 12.2В ) / 1А = 0.7 Ом.

2. Как связаны внутреннее сопротивление аккумулятора и проводимость аккумулятора?

П о определению, проводимость — есть величина обратная сопротивлению. Поэтому и проводимость аккумулятора S обратна внутреннему сопротивлению аккумулятора r.

Е диницей проводимости аккумулятора в системе СИ являются Сименсы (См).

3. От чего зависит внутреннее сопротивление аккумулятора?

П адение напряжения на свинцовом аккумуляторе не пропорционально разрядному току. При больших разрядных токах, диффузия ионов электролита происходит в свободном пространстве, а при маленьких токах разряда аккумулятора — сильно ограничивается порами активного вещества пластин аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумулятора при больших токах в несколько раз (для свинцового аккумулятора) меньше, чем внутреннее сопротивление того же аккумулятора при малых токах.

К ак известно, аккумуляторы большой емкости больше и массивнее аккумуляторов малой емкости. У них больше рабочая поверхность пластин и больше пространства для диффузии электролита внутри аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумуляторов большой емкости меньше, чем внутреннее сопротивление аккумуляторов меньшей емкости.

И змерения внутреннего сопротивления аккумуляторов на постоянном и переменном токе показывают, что внутреннее сопротивление аккумулятора сильно зависит от частоты. Ниже приводится график зависимости проводимости аккумуляторов от частоты, который взят из работы австралийских исследователей.

И з графика следует, что внутреннее сопротивление свинцового аккумулятора имеет минимум при частотах порядка сотен герц.

П ри высокой температуре скорость диффузии ионов электролита выше, чем при низкой. Эта зависимость имеет линейный характер. Она и определяет зависимость внутреннего сопротивления аккумулятора от температуры. При более высокой температуре, внутреннее сопротивление аккумулятора ниже, чем при низкой температуре.

В о время разряда аккумулятора, количество активной массы на пластинах аккумулятора уменьшается, что приводит к уменьшению активной поверхности пластин. Поэтому внутреннее сопротивление заряженного аккумулятора меньше, чем внутреннее сопротивление разряженного аккумулятора.

4. Можно ли использовать внутреннее сопротивление аккумулятора для проверки аккумулятора?

У же довольно давно известны приборы для проверки аккумуляторов, принцип действия которых базируется на связи между внутренним сопротивлением аккумулятора и емкостью аккумулятора. Некоторые приборы (нагрузочные вилки и подобные приборы) предлагают оценить состояние аккумулятора по напряжению аккумулятора под нагрузкой (что похоже на измерение внутреннего сопротивления аккумулятора на постоянном токе). Применение других (измерителей внутреннего сопротивления аккумулятора на переменном токе) основано на связи внутреннего сопротивления с состоянием аккумулятора. Третий тип приборов (измерители спектров) позволяет сравнивать спектры внутреннего сопротивления аккумуляторов на переменном токе различных частот и делать выводы о состоянии аккумулятора на их основе.

С амо по себе внутреннее сопротивление (или проводимость) аккумулятора позволяет только качественно оценить состояние аккумулятора. К тому же, производители подобных приборов не указывают, на какой частоте происходит измерение проводимости и каким током производится испытание. А, как мы уже знаем, внутреннее сопротивление аккумулятора зависит и от частоты и и от тока. Следовательно, измерение проводимости не дает количественной информации, которая позволила бы пользователю прибора определить, сколько времени проработает аккумулятор при следующем разряде на нагрузку. Этот недостаток связан с тем, между емкостью аккумулятора и внутренним сопротивлением аккумулятора нет однозначной зависимости.

С амые современные тестеры аккумуляторов основаны на анализе осциллограммы отклика аккумулятора на сигнал специальной формы. Они быстро оценивают емкость аккумулятора, что позволяет следить за износом и старением свинцового аккумулятора, рассчитать длительность разряда аккумулятора при данном его состоянии и составить прогноз оставшегося ресурса свинцового аккумулятора.

Источник

Аккумуляторы и батареи

Информационный сайт о накопителях энергии

Внутреннее сопротивление аккумулятора

Любой электрический приемник обладает внутренним сопротивлением. Понятие включает омическое сопротивление и сопротивление поляризации, зависит от материалов изготовления внутренних конструкций, свойств электролита, состояния токопроводов. Внутреннее сопротивление аккумулятора – величина переменная, зависит от температуры, степени сульфатации, состояния клемм и контактов внутри корпуса АКБ. Норма определяется экстраполированием разрядной кривой. Абстрактная величина внутреннего сопротивления в расчетах не используется.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора

Разберем, как измерить внутреннее сопротивление стартовых кислотных аккумуляторов. Используем галогеновую автомобильную лампу мощностью 60 Вт, силой тока 5 А в качестве сопротивления с известными параметрами. При условии, что потери на внутреннее сопротивление не должны превышать 1 %, проведем замеры.

Параллельно аккумулятору нужно подключить вольтметр и лампу. Записать напряжение. Отключить лампу, записать напряжение. Сопротивление лампы в 5А должно создать потерю напряжения 0,05 В при токе в 100 А. ( 1В*5А/100А)

Если при замерах сопротивление увеличилось до 0,05 В, аккумулятор исправен. Величина больше 0,2 В показывает, в аккумуляторе велико внутреннее сопротивление, нужно искать причину.

Измерение внутреннего измерения свинцового аккумулятора мало изменяется от конструктивных элементов , отрицательных электродов и губчатого свинца. А вот активная замазка и положительный электрод оказывают сопротивление прохождению тока в 10 тысяч раз большее. С повышением степени сульфатирования, усиливается сопротивление, при постоянном напряжении падает сила тока. При получении зарядного тока кристаллы разрушаются, сопротивление уменьшается.

Важно, что прямое воздействие на внутреннее сопротивление оказывает температура электролита. При замерзании электролита он работает, как изолятор. Идеально электролитическая реакция идет при 15 0 С и плотности электролита 1,25 г/см3. Повышение температуры также негативно сказывается на проходимости заряда-разряда в аккумуляторе автомобиля. Каким должно быть внутреннее сопротивление в рассматриваемый момент зависит от температуры и степени заряда аккумулятора.

Отдельно нужно рассмотреть сопротивление сепаратора – прокладки между положительной и отрицательной пластиной. Она не является препятствием для движения диссациированной массы электролита, но создает сопротивление поляризации. На поверхности создается двойной электрический слой, являющийся препятствием к прохождению заряда.

Свойство стартерных аккумуляторов накапливать и отдавать большой ток, обусловлено низким внутренним сопротивлением этого вида аккумуляторов. Показатель также зависит от частоты питающего тока.

Норма внутреннего сопротивления нового аккумулятора составляет 0,005 Ом при температуре 15-20 0 С, но с момента эксплуатации величина неуклонно растет. Какое состояние устройства в текущий момент можно определить с помощью нагрузочной вилки.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора – таблица

От внутреннего сопротивления каждого свинцового аккумулятора и батареи зависят технические характеристики импульсная сила тока и время отдачи энергии. Определить параметр приблизительно можно, используя инструмент – нагрузочную вилку.

Однако есть и другие способы – косвенные. Кривые зависимости температуры электролита и сопротивления, график повышения сопротивления в зависимости от степени заряда аккумулятора. Этот показатель можно определить по плотности электролита или напряжению. Поэтому нет таблиц, проверить внутреннее сопротивление можно как по графикам, так по косвенным характеристикам. При этом следует учитывать, что частота тока оказывает на сопротивление большое влияние. В бытовом анализе используют таблицы для тока в 50Гц.

Чаще всего, как измеритель внутреннего сопротивления аккумуляторов, используют нагрузочную вилку. Можно применить программу измерения в универсальном заряднике Аймакс Б6.

Внутреннее сопротивление аккумулятора 18650

Аккумулятор форм фактор 18650 представляет цилиндр, в котором спиралью свернуты банки, состоящие из пар лент с разными полюсами, разделенные сепараторами. Внутренняя начинка может быть никель-кадмиевой, металлогидридной или литий-ионной. В зависимости от активной пары аккумуляторы имеют разную емкость и разность потенциалов на клеммах.

Какое должно быть внутреннее сопротивление в аккумуляторах 18650 литий-ионного типа? Меняется ли сопротивление с потерей емкости. Все это можно определить, составив схему для измерения.

Ra – активное сопротивление 18650

Cдв – емкость двойного электрического слоя

R0 – сопротивление переноса заряда на границе электролит-электрон

Zw – диффузионный импеданс Варбурга

При этом измерение производится током в 1000 Гц, согласно международным стандартам. Связано это с устройством аккумулятора, который является одновременно конденсатором и резистором. Стандартное внутреннее сопротивление новых литиевых аккумуляторов 18650 около 100мОм. Это норма. Со временем аккумулятор неизбежно теряет емкость, внутреннее сопротивление возрастает.

Видео

Предлагаем посмотреть видео материал о том, как практически измеряют внутреннее сопротивление специальным прибором.

Источник

От чего зависит внутреннее сопротивление аккумуляторов

Здравствуйте уважаемые гости и подписчики моего канала. Сегодня я хочу поговорить о таком явлении как внутреннее сопротивление аккумуляторов и о том, от чего зависит этот параметр. Итак, приступим.

Давайте возьмем литий-ионный аккумулятор, например, самого распространенного форм-фактора 18650 с номинальной емкостью 2500 mAh, и зарядим его до рабочего напряжения в 3,7 Вольт.

А теперь давайте подключим к нему нагрузку в форме резистора с сопротивлением в 1 Ом, рассчитанного на 10 Ватт. Как вы думаете, какой ток будет течь в такой системе в первое время?

Этот ток мы легко сможем вычислить по закону Ома

Но если мы подключим амперметр, то реальный ток будет отличаться от расчетного и будет равен I = 3.6 A. А причина заключена в следующем.

Внутреннее сопротивление

Итак, причина такого отклонения заключена в том, что внутри абсолютно любой аккумуляторной батареи присутствует свое внутреннее сопротивление. И в нашей мини-схеме кроме резистора, рассчитанного на 1 Ом, будет еще одно сопротивление.

Давайте представим наш аккумулятор в форме реального двухполюсника.

Так вот, согласно выше представленной схеме, напряжение 3,7 Вольт — это и будет ни что иное как ЭДС источника.

r — внутреннее сопротивление источника, которое в конкретно рассматриваемом примере будет примерно равно 0,028 Ом.

Если в реальности измерить напряжение на подключенном резисторе, то оно будет равно 3,6 Вольт, а это значит, что на внутреннем сопротивлении элемента питания падение напряжения составило 0,1 Вольта.

Получается, что согласно все тому же закону Ома, при напряжении 3,6 Вольта, и сопротивлении 1 Ом сила тока составит 3,6 Ампера.

А так как цепь у нас последовательная, то и через внутреннее сопротивление потечет аналогичный ток, а это значит, что путем несложных вычислений получаем, что внутреннее сопротивление равно:

Теперь давайте узнаем, от каких параметров зависит это внутреннее сопротивление и является ли его величина константой.

От каких параметров зависит внутреннее сопротивление источника

Так вот, в реальности внутреннее сопротивление у различных типов АКБ имеет совершенно разное значение. Оно активно изменяется, и эти изменения зависят от следующих параметров:

1. Величина тока.
2. Емкость аккумулятора.
3. От полноты заряда АКБ.
4. Температура электролита АКБ.

Так вот существует такая закономерность: чем больше ток нагрузки – тем ниже внутреннее сопротивление. Это связано с процессом перераспределения заряда внутри электролита.

Так как сила тока большая, значит скорость передачи зарядов ионами от электрода к электроду высокая, а это возможно при малом сопротивлении.

Сила тока меньше – ионы не так активно переносят заряд. Это значит, внутреннее сопротивление будет большим.

У АКБ большой емкости обкладки электродов существенно больше, а это в свою очередь говорит о том, что процесс взаимодействия электродов с электролитом – обширнее. А это означает, что существенно большее число ионов одновременно вступает в процессе переноса заряда.

Тем самым увеличивается сила тока и уменьшается внутреннее сопротивление.

Теперь давайте поговорим о следующем немаловажном факторе — температуре.

Несколько слов о температурном режиме и заряде АКБ

Каждый аккумулятор рассчитан на определенный диапазон рабочих температур. При этом у разных производителей температура отличается.

Но при этом работает следующая закономерность: чем больше температура электролита, тем выше скорость протекания реакции в нем, а значит тем меньше внутреннее сопротивление.

У современных АКБ присутствует практически линейная зависимость внутреннего сопротивления от температуры.

Но при этом температура не может расти бесконечно и без последствий. Если реакция будет протекать слишком бурно, то активное выделение кислорода в электролите (в результате распада анода) может привести к возгоранию.

По этой причине на всех современных АКБ присутствует защита от перегрева.

В процессе отдачи заряда аккумулятора его емкость начинает снижаться в результате того, что все меньше остается заряженных ионов участвующих в реакции перераспределения заряда.

Следовательно, ток снижается, а внутреннее сопротивление, напротив, возрастает. Поэтому верно следующее: чем больше заряжен аккумулятор, тем ниже его внутреннее сопротивление.

Это все, что я хотел сказать о внутреннем сопротивлении аккумуляторов и факторов, которые оказывают на него влияние.

Если вам понравилась статья, тогда ставим палец вверх и подписываемся! Спасибо, что прочитали до конца!

Источник