Внутреннее сопротивление аккумулятора

Если взять новенький литий-ионный аккумулятор, допустим типоразмера 18650, обладающий номинальной емкостью в 2500mAh, довести его напряжение ровно до 3,7 вольт, а затем подключить к активной нагрузке в виде 10-ваттного резистора номиналом R=1 Ом, то какой величины постоянный ток мы ожидаем измерить через этот резистор?

Что там будет в самый первый момент времени, пока аккумулятор практически не начал разряжаться? В соответствии с законом Ома, казалось бы, должно быть 3,7А, так как i=U/R=3,7/1 = 3,7[А]. На самом же деле ток окажется чуть-чуть меньше, а именно — в районе I=3,6А. Почему так произойдет?

Причина в том, что не только резистор, но и сам аккумулятор обладает неким внутренним сопротивлением, поскольку химические процессы внутри него не могут протекать мгновенно. Если представить себе аккумулятор в виде реального двухполюсника, то 3,7В — это будет его ЭДС, кроме которой здесь будет присутствовать еще и внутренне сопротивление r, равное, для нашего примера, приблизительно 0,028Ом.

Действительно, если измерить напряжение на присоединенном к аккумулятору резисторе величиной в R=1Ом, то оно окажется равным примерно 3,6В, а 0,1В стало быть упадет на внутреннем сопротивлении r аккумулятора. Значит, если резистор имеет сопротивление в 1 Ом, напряжение, измеренное на нем, составило 3,6 В, следовательно ток через резистор равен I=3,6А. Тогда, если u=0,1В пришлось на аккумулятор, а цепь у нас замкнутая, последовательная, — значит и через аккумулятор ток составляет I=3,6А, следовательно, согласно закону Ома, его внутреннее сопротивление будет равным r=u/I=0,1/3,6 = 0,0277 Ом.

От чего зависит внутреннее сопротивление аккумулятора

В реальности внутренне сопротивление у аккумуляторов разного типа не является все время постоянной величиной. Оно динамично, и зависит от нескольких параметров: от тока нагрузки, от емкости аккумулятора, от степени заряженности данного аккумулятора, а также от температуры электролита внутри аккумулятора.

Чем больше ток нагрузки — тем меньше, как правило, внутреннее сопротивление аккумулятора, поскольку процессы переноса заряда внутри электролита идут в этом случае более интенсивно, ионов в процессе участвует больше, ионы активнее движутся в электролите от электрода — к электроду. Если же нагрузка сравнительно мала, то и интенсивность химических процессов на электродах и в электролите аккумулятора — тоже будет меньше, и значит внутреннее сопротивление покажется большим.

У аккумуляторов большей емкости — площадь электродов больше, а значит и площадь взаимодействия электродов с электролитом — обширнее. Следовательно большее количество ионов участвуют в процессе переноса заряда, больше ионов создают ток. Похожий принцип демонстрируется при параллельном соединении конденсаторов — чем больше емкость — тем больше заряда можно использовать в окрестности данного напряжения. Итак, чем выше емкость аккумулятора — тем меньше его внутреннее сопротивление.

Теперь поговорим о температуре. У каждого аккумулятора есть свой безопасный рабочий диапазон температур, внутри которого справедливо следующее. Чем выше температура аккумулятора — тем с большей скоростью происходит диффузия ионов внутри электролита, следовательно при более высокой рабочей температуре внутренне сопротивление аккумулятора будет ниже.

Первые литиевые аккумуляторы, не имевшие защиты от перегрева, даже взрывались из-за этого, так как образовывавшийся из-за быстрого распада анода (в результате быстрой реакции на нем) кислород выделялся чересчур активно. Так или иначе, для аккумуляторов характерна почти линейная зависимость внутреннего сопротивления от температуры в диапазоне приемлемых рабочих температур.

С разрядом аккумулятора, его активная емкость уменьшается, так как количество активного вещества пластин, еще могущих поучаствовать в создании тока, становится все меньше и меньше. Поэтому и ток становится все меньше и меньше, соответственно внутреннее сопротивление растет. Чем более заряжен аккумулятор — тем меньше его внутреннее сопротивление. Значит, по мере разряда аккумулятора, его внутреннее сопротивление становится больше.

Источник

Литий-полимерный аккумулятор – плюсы и минусы

Статья обновлена: 2020-12-17

Статья обновлена: 26.11.2020

Литий-полимерные аккумуляторы – это современные элементы питания с отличными эксплуатационными характеристиками. Они стали новой ступенью развития литий-ионной технологии. Аккумуляторы типа Li-Polymer применяются в смартфонах, планшетах, электронных книгах, квадрокоптерах, моделях на радиоуправлении, портативных электроинструментах и другой технике.

Использование полимерного электролита повышает безопасность использования аккумуляторов, предоставляет свободу форм и размеров, в т. ч. позволяет получать сверхтонкие модели.

Изначально Li-Pol элементы питания уступали Li-ion аналогам по ионной проводимости и диапазону допустимых температур. Но модели обоих типов, используемые в современной технике и электронике, по рабочим характеристикам практически идентичны.

Особенности Li-Pol технологии

Главное отличие Li-Pol моделей от Li-ion аналогов состоит в типе применяемого электролита. При производстве накопителей энергии категории Li-ion катод и анод разделяют пористым сепаратором. В его порах содержится жидкий электролит. У элементов питания категории Li-Pol роль электролита выполняет полимер с токопроводящими добавками.

Основой для производства Li-Polymer аккумуляторов стали полимеры, которые при внедрении в их структуру ионов электролита переходят в полупроводниковое состояние с многократным возрастанием проводимости.

Ученым удалось создать несколько групп Li-Po аккумуляторов с разным составом электролита:

1. С сухим полимером – такие модели производятся с применением полиэтиленоксида и солей лития.
2. С мелкопористой полимерной матрицей – в нее внедряются неводные растворы солей лития.
3. С гомогенным электролитом в форме геля – создаются путем встраивания в полимерную структуру солей лития.

Характерным отличием Li-Polymer батарей является гибкая форма и мягкая оболочка вместо жесткого корпуса. Эта особенность обеспечивает элементам питания более легкий вес – на 20% по сравнению с Li-ion аналогами.

Принцип работы

По принципу работы Li-Po и Li-ion аккумуляторы идентичны. Заряд переносят ионы лития, которые перемещаются от катода к аноду и обратно, внедряясь в молекулярную структуру материалов. При зарядке элементов питания ионы Li + переходят от катода к аноду, а при разрядке – в обратном направлении. Проводящей средой для ионов Li+ служит полимер с включенными в его состав добавками из солей лития. Напряжение Li-Po ячеек в разряженном состоянии составляет от 2,7 до 3 В, а в заряженном – достигает 4,2 В.

Плюсы и минусы литий-полимерных батарей

Экспериментируя с используемыми материалами катода, анода и электролита, ученые добились повышения плотности тока и увеличения температурного диапазона Li-Po ячеек. У разных брендов технологии изготовления Li-Pol аккумуляторов. Поэтому и характеристики элементов питания отличаются. Но в целом плюсами литий-полимерных аккумуляторов являются:

• стойкость к токовым перегрузкам, сжатию, вибрациям и другим воздействиям;
• компактность;
• легкий удельный вес;
• низкое внутреннее сопротивление;
• разнообразие форм и толщин – вплоть до 1 мм;
• высокая удельная энергоемкость;
• малый саморазряд;
• невыраженный эффект памяти;
• стабильность напряжения в процессе разряда;
• напряжение 3,7 В на ячейку;
• высокий уровень безопасности;
• диапазон рабочих температур от -20 до +40 °С;
• ресурс от 500 циклов и выше.

Минусами литиево-полимерных аккумуляторов считается их относительно высокая цена, временное снижение емкости на морозе и подверженность естественной деградации – старению. Как и все элементы питания на основе лития, Li-Polymer модели постепенно теряют свою емкость – около 20% за 2 года активной работы.

Типы Li-Po батарей

В зависимости от допустимых разрядных токов Li-Po батареи делятся на 2 группы:

1. Обычные – с разрядными токами до 3–5С. Такие устройства применяются в смартфонах, планшетах, других видах электроники и бытовой технике.
2. Быстроразрядные или силовые (обозначение Hi discharge, HC или HD в маркировке) – устройства с допустимым током разряда до 8–10С. Они применяются в радиоуправляемых моделях, портативном электроинструменте, электромобилях и других устройствах, которым нужны большие разрядные токи.

Правила эксплуатации

Чтобы продлить срок службы Li-Poly батареи, нужно четко соблюдать рекомендации по ее эксплуатации. Прежде всего, необходимо использовать надежное зарядное устройство с подходящими параметрами. На универсальном ЗУ важно корректно выставлять настройки – напряжение 4,2 В на элемент и ток до 1С. Для силовых моделей допустим зарядный ток до 5С. Также для сохранения работоспособности Li-Po батареи важно:

• не допускать перезаряда – выше 4,2 В на элемент;
• избегать короткого замыкания;
• не допускать перегрева выше 60 °С, в т. ч. при заряде или разряде высокими токами;
• не оставлять элементы питания под воздействием прямых солнечных лучей, возле отопительных приборов или открытых источников огня;
• не нарушать герметичность оболочки;
• не разряжать ниже 3 В на элемент;
• не подвергать ударам, прокалыванию и другим механическим воздействиям;
• не хранить в разряженном состоянии;
• заряжать, не дожидаясь полной разрядки;
• после использования на морозе – выдерживать пару часов при комнатной температуре, а затем заряжать;
• хранить в полузаряженном состоянии в прохладном сухом месте, в стороне от тепловых приборов.

При нарушении правил эксплуатации элементы питания быстро теряют емкость. При перегреве до 70 °С происходит самопроизвольная реакция, преобразующая энергию в тепло. В результате аккумулятор может воспламениться. Но при соблюдении правил использования Lo-Po элементы они абсолютно безопасны, эффективно справляются со своими задачами и радуют долгим сроком службы.

Какую батарею выбрать: Li-Pol или Li-ion?

Из-за отсутствия жидкого электролита Li-Po батареи считаются более безопасными в использовании. В отличие от Li-ion элементов, они не привязаны к стандартным типоразмерам, бывают очень тонкими – от 1–2 мм, выполняются в мягкой оболочке и имеют более легкий вес. В остальном Li-Pol и Li-ion батареи практически идентичны.

Поэтому выбор зависит преимущественно от требований к весу и толщине аккумулятора. Если нужен сверхтонкий и легкий источник питания, преимущество отдается полимерным моделям. В остальных случаях обычно используются Li-ion батареи.

Источник

О внутреннем сопротивлении аккумуляторных элементов или на что обратить внимание при выборе элементов для аккумуляторной батареи

К нам часто обращаются за услугами контактной сварки, чтобы мы сварили из аккумуляторных элементов сборку той или иной конфигурации.

Частыми гостями нашей мастерской становятся аккумуляторные элементы форм-фактора 18650: LG, Samsung, Sony с наклейками «Liitokala» и «VariCore» — их нам приносят клиенты, которые в свою очередь покупают их на Алиэкспресс или в своем городе. И просят сварить из них батарею для шуруповертов, мощных фонарей и т.п.

Почему элементы LG, Samsung и Sony с наклейками «Liitokala» и «VariCore» стоят в два раза дешевле, чем такие же элементы, но без наклеек?

Все просто: это перепаковки, подделки под оригинальные элементы известных производителей.

— Как же так? Ведь люди везде скидывают замеры емкости — она совпадает с оригиналами!

Да, емкость у этих подделок такая же, как и у оригинальных элементов. Но внутреннее сопротивление значительно выше. Это очень хитрый способ продать подделку, так как чтобы измерить внутреннее сопротивление аккумуляторов — требуется специальный прибор, которого у обычного покупателя нет, естественно. Но иногда Liitokala продает и очень грубые подделки, которые без труда можно отличить от оригинала просто визуально.

Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора? Простыми словами — это способность аккумулятора отдавать токи. То есть, внутреннее сопротивление = токоотдача аккумулятора. Чем выше внутреннее сопротивление, тем хуже токоотдача аккумулятора. Таким образом, мы не можем использовать низкотоковые элементы (как в батареях ноутбуков, например) для изготовления батарей шуруповертов.

Если мы решим поставить аккумуляторы с высоким внутренним сопротивлением в батарею шуруповерта — они будут греться, на них будет проседать напряжение из-за чего элементы не смогут отдавать большую часть своей емкости, быстро деградируют и выходят из строя. Там, где требуется большая мощность — используют высокотоковые элементы. Или делают сборку, соединяя много низкотоковых элементов параллельно — для снижения и распределения нагрузки между ними.

Токоотдача элементов в их характеристикам указывается, как «А», что значит «Ампер». Например: Samsung 30Q 3000mAh 15A

Это значит, что такой элемент продолжительно может отдавать ток силой 15 ампер. Внутреннее сопротивление Samsung 30Q по заявлениям производителя должно составлять 12-13мОм.

Замеряем наши оригинальные Samsung 30Q специальным прибором для измерения внутреннего сопротивления = 12.32мОм. Теперь замеряем на элементе с наклейкой «Liitokala» = 38.2мОм. Внутреннее сопротивление выше более, чем в 3 раза! Для сравнения, у оригинальных элементов LG MH1 с токоотдачей 10А внутреннее сопротивление составляет 31.4мОм.

Источник

Внутреннее сопротивление 18650 аккумулятора. Нюансы

Сопротивление батарей 18650 – определяющий параметр, от которого зависит применимость аккумулятора.

Почему внутреннее сопротивление 18650 так важно учитывать?

Если сопротивление высокое, значит ток проходит с трудом. Это вызывает нагрев, который ещё больше ухудшает токоотдачу. Это обязательно портит батарею, приводя к деградации ёмкости. В худшем случае взрыв или возгорание.

По этой причине, важно соизмерять сопротивление батареи и мощность оборудования. Так например, в вейпах, шуруповёртах, элементы с высоким сопротивлением будут опасны.

В чём отличие высокотоковых от обычных 18650, примеры в цифрах
У Самсунгов с током отдачи 15 ампер, сопротивление составляет 12-15 мОм (милли Ом), это довольно низкое сопротивление, что хорошо. А у Литокала 35-42 мОм, средний показатель. Вторая батарея не может быть высокотоковой, те же 15 ампер хотя и сможет выдать, да вот быстро перегреется и испортится. Нельзя считать 15А для Литокала рабочим током. В этом и отличие высокотоковых от обычных.

Аккумуляторы 18650 с малым сопротивлением дороже?

Да, безусловно. Высоким сопротивление никто не будет делать специально, это обусловлено удорожанием производства. Например: высокотоковые стоят 800-1000 руб, тогда как обычные 200-300 руб. Поэтому, не следует считать злом те же китайские Литокала, а Самсунги идеалом. Всё в цене учтено. По качеству элементы с Алиэкспресс очень и очень толковые. Тут важно не поскупиться и купить высокотоковые, если это действительно нужно. А там где фонарик запитать на 1100 люмен, вполне и обычные, за 180-300 руб подойдут.

Сам подобрал для себя данные модели, как оптимальные по цене, продают сами производители батарей:

• 

18650 литиевый аккумулятор. LiitoKala 3400мАч – купить от 160 руб

Литиевый аккумулятор 18650. LiitoKala, 3400мАч

Литиевый аккумулятор 18650. LiitoKala 3500мАч

Есть на Алиэкспресс и высокотоковые, однако, их тестировали и они всё равно перегреваются, отдав примерно треть ёмкости. Использовать можно, цена хорошая, в пределах 400 руб, однако для непостоянной высокотоковой нагрузки, это надо учитывать. Такой вариант тоже может кому-то подойти и сберечь средства:

• 

Высокотоковый литиевый аккумулятор 18650, 20-35А, 3000мАч. LiitoKala

Высокотоковый li-ion аккумулятор 18650, 20-35А, 3000мАч. VariCore

Итак, что в итоге?
Если устройство маломощное, тогда проблем нет, можно купить обычный не высокотоковый. Все указанные 3000-3500 миллиампер вы спокойно получите. Как только эта энерго-ячейка начнёт применятья в шуруповёрте, электровелосипеде, вейпе – начинается жуткий перегрев, возможность детонации и возгорания. Ладно если не так, однако такой аккумулятор сильно деградирует в ёмкости. Поэтому выгоды от такой покупки не будет, один расход и разочарование. И всё равно придётся потом купить высокотоковые аккумуляторы.

• Показатели эффективности батареи:
  • Токи разряда и заряда – разряд 30А, заряд 5А
  • Ёмкость – 3600 мАч (примерно максимальная ёмкость для 18650 в текущее время)
  • Сопротивление – 10 мОм это очень хороший показатель
  • Отсутствие токов утечки – не разряжается при длительном хранении ниже допустимого

Лучшие показатели по этим параметрам, будут говорить об эффективности

• Нюансы
  • Сопротивление возрастает с разрядом батареи приблизительно на 40-70%, допустим с 15 до 22 мОм
  • Выше сопротивление при понижении температуры. Поэтому на холоде акб разряжается быстро.

Чем измерить внутреннее сопротивление 18650?

Как показывает опыт тех кто пробовал разные устройства, правильные значения даёт только более профессиональное оборудование, которое под рукой вряд ли окажется. Можно понять относительное равенство сопротивлений, измерив их на одном приборе.

Источник