Wat is de interne weerstand van een lithiumbatterij?
Wanneer er stroom door de binnenkant van een batterij vloeit, ondervindt deze weerstand, waardoor de bedrijfsspanning van de batterij afneemt. Deze weerstand wordt de interne weerstand van de batterij genoemd. Vanwege de interne weerstand van de batterij is de klemspanning tijdens het ontladen lager dan de elektromotorische kracht en de nullastspanning. Tijdens het opladen is de klemspanning hoger dan de elektromotorische kracht en de nullastspanning. De interne weerstand van de batterij is een uiterst belangrijke parameter van een chemische krachtbron. Het heeft rechtstreeks invloed op de bedrijfsspanning, de bedrijfsstroom, de uitgangsenergie en het vermogen van de batterij. Voor een praktische chemische krachtbron geldt: hoe lager de interne weerstand, hoe beter.
De interne weerstand van de batterij is niet constant; deze varieert tijdens het ontladen, afhankelijk van de samenstelling van het actieve materiaal, de elektrolytconcentratie, de batterijtemperatuur en de ontladingstijd. De interne weerstand van de batterij omvat de ohmse interne weerstand (R₀) en de interne polarisatieweerstand (Rf) die de elektroden vertonen tijdens elektrochemische reacties. De som van deze twee wordt de totale interne weerstand van de batterij (Rw) genoemd.
Ohmse interne weerstand bestaat voornamelijk uit de interne weerstand van elektrodematerialen, elektrolyt, separator en de contactweerstand van verschillende componenten. Het heeft te maken met de grootte, structuur, vormingsmethode van de batterij (bijv. pasta-type en buisvormige elektroden in lood-zuurbatterijen, en doos-type en gesinterde elektroden in alkalische batterijen) en de dichtheid van de montage. Ohmse interne weerstand voldoet aan de wet van Ohm.
Interne polarisatieweerstand verwijst naar de interne weerstand veroorzaakt door polarisatie tussen de positieve en negatieve elektroden van een chemische krachtbron tijdens de elektrochemische reactie. Het is de som van de weerstanden veroorzaakt door elektrochemische polarisatie en concentratie
polarisatie.
De interne weerstand van de polarisatie houdt verband met de aard van het actieve materiaal, de elektrodestructuur en het productieproces van de batterij, vooral nauw gerelateerd aan de bedrijfsomstandigheden van de batterij; ontlaadstroom en temperatuur hebben een aanzienlijke impact. Tijdens ontlading met hoge stroomdichtheid nemen zowel de elektrochemische polarisatie als de concentratiepolarisatie toe, waardoor mogelijk zelfs passivatie van de negatieve elektrode wordt veroorzaakt, waardoor de interne polarisatieweerstand toeneemt. Lage temperaturen hebben een negatieve invloed op de elektrochemische polarisatie en ionendiffusie; daarom neemt de interne polarisatieweerstand van de batterij ook toe onder lage- temperatuuromstandigheden. Daarom is de polarisatieweerstand niet constant, maar verandert deze met de ontladingssnelheid, temperatuur en andere omstandigheden.
De analytische uitdrukking voor de interne weerstand van een batterij is als volgt:
In de formule, bE (iₐ,τ,C) Iₐ⁻¹-Interne weerstand van batterijpolarisatie;
b-De variatiecoëfficiënt van de accupoolspanning ten opzichte van de accupoolspanning E onder nominale capaciteitsomstandigheden wanneer de accu wordt opgeladen en ontladen met stroom Iₐ;
Rₑₗ(τ,C)-Weerstand van de elektrolyt;
Rₑ(C)-Electrodeweerstand. De elektrolytweerstand Rₑₗ en de elektrodeweerstand Rₑ zijn omgekeerd evenredig met de momentane capaciteit van de batterij;
iₐ, τ, C-Accu-laad- en ontlaadstroom, temperatuur en capaciteitsstatus op dat moment.
De interne weerstand van de batterij is relatief klein en vaak verwaarloosbaar onder veel bedrijfsomstandigheden. Vermogensbatterijen voor elektrische voertuigen werken echter vaak onder omstandigheden met hoge stroomsterkte en diepe ontlading, wat resulteert in een aanzienlijke spanningsval veroorzaakt door interne weerstand. In dit geval kan de impact van interne weerstand op het hele circuit niet worden genegeerd.
