Resistencia interna de la batería

Si tomamos una batería de iones de litio completamente nueva, digamos que el tamaño 18650, con una capacidad nominal de 2500 mAh, lleva su voltaje a exactamente 3,7 voltios y luego lo conecta a una carga activa en forma de una resistencia de 10 vatios con un valor de R = 1 Ohm, entonces cuál es la constante Qué corriente esperamos medir a través de esta resistencia?

¿Qué sucederá allí en el primer momento, hasta que la batería casi comience a descargarse? De acuerdo con la ley de Ohm, parecería que debería haber 3.7A, ya que i = U / R = 3.7 / 1 = 3.7 [A]. De hecho, la corriente será ligeramente menor, es decir, en la región de I = 3.6A. ¿Por qué va a pasar esto?

La razón es que no solo la resistencia, sino también la batería en sí tiene un cierto resistencia interna, porque los procesos químicos en su interior no pueden ocurrir instantáneamente. Si imagina una batería en forma de dos terminales reales, entonces 3.7V: este será su EMF, además del cual también habrá una resistencia interna r igual a, por ejemplo, aproximadamente 0.028 Ohm.

De hecho, si mide el voltaje en una resistencia conectada a la batería con un valor de R = 1 Ohm, entonces resulta ser aproximadamente 3.6 V y, por lo tanto, 0.1 V caerá en la resistencia interna r de la batería. Entonces, si la resistencia tiene una resistencia de 1 ohmio, el voltaje medido fue de 3.6 V, por lo tanto, la corriente a través de la resistencia es I = 3.6 A. Entonces, si u = 0.1 V cayó sobre la batería, y el circuito que tenemos está cerrado, en serie, significa que la corriente a través de la batería es I = 3.6 A, por lo tanto, de acuerdo con la ley de Ohm, su resistencia interna será r = u / I = 0.1 / 3.6 = 0.0277 ohmios.

Qué determina la resistencia interna de la batería.

En realidad, la resistencia interna de los diferentes tipos de baterías no siempre es constante. Es dinámico y depende de varios parámetros: en la corriente de carga, en la capacidad de la batería, en el grado de carga de la batería, así como en la temperatura del electrolito dentro de la batería.

Cuanto mayor sea la corriente de carga, menor será, por regla general, la resistencia interna de la batería, ya que los procesos de transferencia de carga dentro del electrolito son más intensos en este caso, hay más iones involucrados en el proceso, los iones se mueven más activamente en el electrolito desde el electrodo al electrodo. Si la carga es relativamente pequeña, la intensidad de los procesos químicos en los electrodos y en el electrolito de la batería también será menor y, por lo tanto, la resistencia interna parecerá grande.

Para baterías con una capacidad mayor, el área de los electrodos es más grande, lo que significa que el área de interacción de los electrodos con el electrolito es más extensa. Por lo tanto, más iones están involucrados en el proceso de transferencia de carga, más iones crean una corriente. Se demuestra un principio similar. con conexión en paralelo de condensadores - cuanto mayor es la capacidad, más carga se puede usar cerca de un voltaje dado. Por lo tanto, cuanto mayor sea la capacidad de la batería, menor será su resistencia interna.

Ahora hablemos de la temperatura. Cada batería tiene su propio rango de temperatura de funcionamiento seguro, dentro del cual se cumple lo siguiente. Cuanto mayor sea la temperatura de la batería, más rápida será la difusión de iones dentro del electrolito, por lo tanto, a una temperatura de funcionamiento más alta, la resistencia interna de la batería será menor.

Las primeras baterías de litio, que no tenían protección contra el sobrecalentamiento, incluso explotaron debido a esto, ya que el oxígeno producido demasiado rápido se formó debido a la rápida descomposición del ánodo (como resultado de una reacción rápida). De una forma u otra, las baterías se caracterizan por una dependencia casi lineal de la resistencia interna a la temperatura en el rango de temperaturas de funcionamiento aceptables.

Con la descarga de la batería, su capacidad activa disminuye, ya que la cantidad de sustancia activa de las placas, aún capaz de participar en la creación de corriente, se vuelve cada vez menor. Por lo tanto, la corriente es cada vez menor, respectivamente, la resistencia interna está creciendo. Cuanto más cargada está la batería, menor es su resistencia interna. Entonces, a medida que la batería se descarga, su resistencia interna aumenta.