Was bestimmt den Innenwiderstand von Batterien?

Hallo liebe Gäste und Abonnenten meines Kanals. Heute möchte ich über ein Phänomen wie den Innenwiderstand von Batterien sprechen und wovon dieser Parameter abhängt. Also lasst uns anfangen.

Nehmen wir zum Beispiel einen Lithium-Ionen-Akku, den gängigsten Formfaktor 18650 mit einer Nennkapazität von 2500 mAh, und laden ihn auf eine Betriebsspannung von 3,7 Volt auf.

Schließen wir nun eine Last in Form eines 1-Ohm-Widerstands an, der für 10 Watt ausgelegt ist. Was wird Ihrer Meinung nach der Strom zunächst in einem solchen System fließen?

Wir können diesen Strom leicht nach dem Ohmschen Gesetz berechnen

Wenn wir jedoch ein Amperemeter anschließen, unterscheidet sich der tatsächliche Strom von dem berechneten und ist gleich I = 3,6 A. Und der Grund ist wie folgt.

Innenwiderstand

Der Grund für diese Abweichung liegt also in der Tatsache, dass in absolut jeder Speicherbatterie ein eigener Innenwiderstand vorhanden ist. Und in unserer Mini-Schaltung gibt es zusätzlich zu einem Widerstand, der für 1 Ohm ausgelegt ist, einen weiteren Widerstand.

Stellen wir uns unsere Batterie in Form eines echten Zweipols vor.

Gemäß dem obigen Schema beträgt die Spannung also 3,7 Volt - dies ist nichts weiter als die EMF der Quelle.

r ist der Innenwiderstand der Quelle, der in diesem speziellen Beispiel ungefähr 0,028 Ohm beträgt.

Wenn Sie in der Realität die Spannung am angeschlossenen Widerstand messen, beträgt sie 3,6 Volt, was bedeutet, dass der Spannungsabfall am Innenwiderstand der Batterie 0,1 Volt betrug.

Es stellt sich heraus, dass nach dem gleichen Ohmschen Gesetz bei einer Spannung von 3,6 Volt und einem Widerstand von 1 Ohm der Strom 3,6 Ampere beträgt.

Und da unsere Schaltung sequentiell ist, fließt ein ähnlicher Strom durch den Innenwiderstand, was bedeutet, dass wir durch einfache Berechnungen erhalten, dass der Innenwiderstand gleich ist:

Lassen Sie uns nun herausfinden, von welchen Parametern dieser Innenwiderstand abhängt und ob sein Wert eine Konstante ist.

Welche Parameter bestimmen den Innenwiderstand der Quelle?

In der Realität hat der Innenwiderstand verschiedener Batterietypen also völlig unterschiedliche Bedeutungen. Es ändert sich aktiv und diese Änderungen hängen von den folgenden Parametern ab:

1. Strommenge.
2. Batteriekapazität.
3. Aus der vollen Ladung des Akkus.
4. Batterieelektrolyttemperatur.

Es gibt also ein solches Muster: Je größer der Laststrom ist, desto geringer ist der Innenwiderstand. Dies ist auf den Prozess der Ladungsumverteilung innerhalb des Elektrolyten zurückzuführen.

Da die Stromstärke groß ist, bedeutet dies, dass die Übertragungsrate von Ladungen durch Ionen von Elektrode zu Elektrode hoch ist, und dies ist mit geringem Widerstand möglich.

Die Stromstärke ist geringer - Ionen übertragen die Ladung nicht so aktiv. Dies bedeutet, dass der Innenwiderstand groß ist.

Batterien mit großer Kapazität haben deutlich mehr Elektroden, was wiederum darauf hinweist, dass der Prozess der Wechselwirkung von Elektroden mit Elektrolyt umfangreicher ist. Dies bedeutet, dass eine wesentlich größere Anzahl von Ionen gleichzeitig in den Ladungsübertragungsprozess eintritt.

Dies erhöht die Stromstärke und verringert den Innenwiderstand.

Lassen Sie uns nun über den nächsten wichtigen Faktor sprechen - die Temperatur.

Ein paar Worte zum Temperaturregime und zur Batterieladung

Jede Batterie ist für einen bestimmten Betriebstemperaturbereich ausgelegt. Gleichzeitig ist die Temperatur für verschiedene Hersteller unterschiedlich.

Gleichzeitig funktioniert jedoch die folgende Regelmäßigkeit: Je höher die Temperatur des Elektrolyten ist, desto höher ist die Reaktionsgeschwindigkeit und damit der Innenwiderstand.

Moderne Batterien haben eine nahezu lineare Abhängigkeit des Innenwiderstands von der Temperatur.

Gleichzeitig kann die Temperatur nicht unbegrenzt und ohne Folgen ansteigen. Wenn die Reaktion zu heftig abläuft, kann die aktive Sauerstoffentwicklung im Elektrolyten (infolge des Zerfalls der Anode) zu einem Brand führen.

Aus diesem Grund haben alle modernen Batterien einen Überhitzungsschutz.

Während des Abgebens der Batterieladung beginnt ihre Kapazität abzunehmen, da immer weniger geladene Ionen an der Reaktion der Ladungsumverteilung beteiligt bleiben.

Folglich nimmt der Strom ab, während der Innenwiderstand im Gegensatz dazu zunimmt. Daher gilt Folgendes: Je stärker der Akku aufgeladen ist, desto geringer ist sein Innenwiderstand.

Das ist alles, was ich über den Innenwiderstand von Batterien und die Faktoren, die ihn beeinflussen, sagen wollte.

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