התנגדות פנימית לסוללה

אם ניקח סוללת ליתיום-יון חדשה לגמרי, נניח שגודל 18650, עם הספק סמלי של 2500mAh, הביא את המתח שלו ל -3.7 וולט בדיוק ואז נחבר אותו לעומס פעיל בצורת נגן 10 וואט עם ערך R = 1 אוהם, אז מה הקבוע זרם אנו מצפים למדוד דרך הנגד הזה?

מה יקרה שם ברגע הראשון מאוד של הזמן, עד שהסוללה כמעט תתחיל לפרוק? בהתאם לחוקיו של אוהם, נראה כי צריך להיות 3.7A, שכן i = U / R = 3.7 / 1 = 3.7 [A]. למעשה, הזרם יהיה מעט פחות, כלומר באזור I = 3.6A. מדוע זה יקרה?

הסיבה היא שלא רק הנגד, אלא גם לסוללה עצמה יש מסוימת התנגדות פנימיתמכיוון שהתהליכים הכימיים בתוכה אינם יכולים להתרחש באופן מיידי. אם אתה מדמיין סוללה בצורת דו-מסוף אמיתית, אז 3.7 וולט - זה יהיה ה- EMF שלה, ובנוסף לכך תהיה גם התנגדות פנימית r השווה, למשל, לערך 0.028 אוהם.

אכן, אם מודדים את המתח בנגד המחובר לסוללה בערך R = 1 אוהם, אז יתברר שהוא כ -3.6 וולט, ולכן 0.1 וולט ייפול על ההתנגדות הפנימית r של הסוללה. אז אם הנגד הוא בעל התנגדות של 1 אוהם, המתח שנמדד עליו היה 3.6 וולט, ולכן הזרם דרך הנגד הוא I = 3.6 A. ואז, אם u = 0.1 V נפל על הסוללה, והמעגל שברשותנו סגור, סדרה, אז הזרם דרך הסוללה הוא I = 3.6 A, לפיכך, על פי חוק אוהם, ההתנגדות הפנימית שלו תהיה שווה ל- r = u / I = 0.1 / 3.6 = 0.0277 אוהם.

מה קובע את ההתנגדות הפנימית של הסוללה

במציאות, ההתנגדות הפנימית של סוגים שונים של סוללות אינה תמיד קבועה. זה דינאמי, ותלוי בכמה פרמטרים: בזרם העומס, בקיבולת הסוללה, במידת הטעינה של הסוללה, כמו גם בטמפרטורת האלקטרוליט שבתוך הסוללה.

ככל שזרם העומס גבוה יותר, כך, ככלל, ההתנגדות הפנימית של הסוללה, מכיוון שתהליכי העברת המטען בתוך האלקטרוליט עזים יותר במקרה זה, יותר יונים מעורבים בתהליך, יונים עוברים בצורה פעילה יותר באלקטרוליט מהאלקטרודה לאלקטרודה. אם העומס קטן יחסית, אז גם עוצמת התהליכים הכימיים באלקטרודות ובאלקטרוליט הסוללה תהיה פחות, ולכן ההתנגדות הפנימית תיראה גדולה.

עבור סוללות בעלות קיבולת גדולה יותר, שטח האלקטרודות גדול יותר, מה שאומר שאזור האינטראקציה של האלקטרודות עם האלקטרוליט נרחב יותר. לכן, יותר יונים מעורבים בתהליך העברת המטען, יותר יונים יוצרים זרם. מודגם עקרון דומה. עם חיבור מקביל של קבלים - ככל שהקיבולת גדולה יותר, ניתן להשתמש במטען רב יותר בסביבת מתח נתון. כך, ככל שקיבולת הסוללה גבוהה יותר - ההתנגדות הפנימית שלה נמוכה יותר.

עכשיו בואו נדבר על טמפרטורה. לכל סוללה טווח טמפרטורת הפעלה הבטוח שלה, שבתוכן הדברים הבאים נכונים. ככל שטמפרטורת הסוללה גבוהה יותר כך התפשטות היונים בתוך האלקטרוליט מהירה יותר, ולכן בטמפרטורת הפעלה גבוהה יותר, ההתנגדות הפנימית של הסוללה תהיה נמוכה יותר.

סוללות הליתיום הראשונות, שלא היו להן הגנה מפני התחממות יתר, אפילו התפוצצו בגלל זה, מכיוון שהחמצן שנוצר באופן פעיל מדי נוצר בגלל ריקבון מהיר של האנודה (כתוצאה מתגובה מהירה עליו). כך או אחרת, הסוללות מאופיינות בתלות כמעט ליניארית של התנגדות פנימית לטמפרטורה בטמפרטורות ההפעלה המקובלות.

עם פריקת הסוללה, הקיבולת הפעילה שלה פוחתת מכיוון שכמות החומר הפעיל של הצלחות, שעדיין מסוגלת להשתתף ביצירת זרם, הופכת פחות ופחות. לכן הזרם הופך פחות ופחות בהתאמה, ההתנגדות הפנימית הולכת וגוברת. ככל שהסוללה טעונה יותר, כך ההתנגדות הפנימית שלה פחות. כך שככל שהסוללה פורקת, ההתנגדות הפנימית שלה הולכת וגדלה.

Comments

[#1 אנופים]

תודה, מאמר שימושי

[#2 al]

מאמר מעניין באמת, תודה. הכל מוסבר בצורה נכונה וברורה מבפנים. אגב, תגיד לי, אם יש לי סוללה 3x3 - 18650 המורכבת מ- 3P על 3S, יש לה גדות של התנגדות = כל 50 מ"ל ואחד 120 מ"ל, איך זה ישפיע על הטמפרטורה של כל תא זה ואום 120 מ"ל? נניח בזרם של 5A. האם זה יתחמם יותר מאחרים או להפך, האם הוא יספוג את החום של אחרים?

נראה שזה מבין. כאשר הוא מחובר בסדרה, אלמנט בעל התנגדות גבוהה יגביל את הזרם לעצמו, ובהתאם הוא יתחמם יותר מאחרים. אז בייצור הסוללה אתה צריך לשים אותה על הקצה, במקום קר יותר ..
נכון, אני חושב?

[#3 מקסים]

סוף סוף מצאתי את המידע הנכון, תודה על העבודה!