Внутрішній опір та його вплив на продуктивність акумуляторів

Ємність сама по собі має обмежене застосування, якщо акумулятор не може ефективно віддавати накопичену енергію; акумулятор також потребує низького внутрішнього опору. Опір, що вимірюється в міліомах (мОм), є ключовим для акумулятора; чим нижчий опір, тим менше обмежень відчуває акумулятор. Це особливо важливо для важких навантажень, таких як електроінструменти та електричні силові агрегати. Високий опір призводить до нагрівання акумулятора та падіння напруги під навантаженням, що спричиняє передчасне вимкнення.

Низький опір, забезпечує високий струм за потреби, акумулятор залишається холодним.

Високий опір, струм обмежений, напруга падає під навантаженням; акумулятор нагрівається.

Рисунок 1: Вплив внутрішнього опору батареї.

Акумулятор з низьким внутрішнім опором забезпечує високий струм за потреби. Високий опір призводить до нагрівання акумулятора та падіння напруги. Обладнання вимикається, залишаючи енергію.

Особливості свинцево-кислотних акумуляторів

Свинцево-кислотні акумулятори мають дуже низький внутрішній опір, і акумулятор добре реагує на високі струмові сплески, які тривають кілька секунд. Однак через притаманну їм повільність, свинцево-кислотні акумулятори погано справляються з тривалим розрядом високим струмом; акумулятор швидко втомлюється і потребує відпочинку для відновлення. Деяка повільність спостерігається у всіх акумуляторах різної міри, але вона особливо виражена у свинцево-кислотних. Це натякає на те, що подача енергії базується не лише на внутрішньому опорі, а й на чутливості хімічного складу, а також температури. У цьому відношенні технології на основі нікелю та літію є більш чутливими, ніж свинцево-кислотні.

Свинцево-кислотні акумулятори AGM/GEL

Надійні свинцево-кислотні акумулятори для максимальної ефективності роботи

Акумулятор Victron 12V/110Ah GEL Deep Cycle

 Є ідеальним вибором для застосувань, що вимагають надійного, довговічного і глибоко розрядного джерела живлення

Купити

Акумулятор Victron AGM Super Cycle 12V 125Ah (M8)

Завдяки технологіям електрохімії, цей акумулятор витримує до 300 циклів розряду до 100%, що робить його відмінним для автономних електричних систем

Купити

AGM акумулятор BB Battery MPL55-12 (12В 55Аг)

 AGM VRLA батарея з високим струмом розряду, спеціально розроблена для критичних навантажень у системах ДБЖ, телекомунікаціях та енергетиці.

Купити

Подивитися більше

Фактори впливу на внутрішній опір

Сульфатація та корозія сітки є основними факторами, що сприяють підвищенню внутрішнього опору свинцево-кислотних акумуляторів. Температура також впливає на опір; тепло знижує його, а холод підвищує. Нагрівання акумулятора тимчасово знизить внутрішній опір, забезпечуючи додатковий час роботи. Однак це не відновлює акумулятор і додасть тимчасове навантаження.

Кристалічне утворення, також відоме як «пам'ять», сприяє внутрішньому опору в нікелевих акумуляторах. Це часто можна усунути за допомогою глибокого циклу розрядки/розрядки. Внутрішній опір літій-іонних акумуляторів також збільшується з використанням та старінням, але були внесені покращення за допомогою добавок до електроліту, щоб контролювати накопичення плівок на електродах. У всіх акумуляторах система на кристалі (SoC) впливає на внутрішній опір. Літій-іонні акумулятори мають вищий опір при повному заряді та в кінці розряду з великою плоскою областю низького опору посередині.

Внутрішній опір первинних батарейок

Лужні, вуглецево-цинкові та більшість первинних батарейок мають відносно високий внутрішній опір, що обмежує їх використання лише низькострумовими пристроями, такими як ліхтарики, пульти дистанційного керування, портативні розважальні пристрої та кухонні годинники. У міру розряду цих батарейок опір ще більше зростає. Це пояснює відносно короткий час роботи звичайних лужних елементів у цифрових камерах.

Методи вимірювання внутрішнього опору

Для вимірювання внутрішнього опору батареї використовуються два методи: постійний струм (DC) шляхом вимірювання падіння напруги при заданому струмі, та змінний струм (AC), який враховує реактивний опір. Під час вимірювання реактивного пристрою, такого як батарея, значення опору значно відрізняються між методами випробування постійним та змінним струмом, але жоден з них не є правильним чи неправильним. Показник постійного струму враховує чистий опір (R) і надає достовірні результати для навантаження постійного струму, такого як нагрівальний елемент. Показник змінного струму включає реактивні складові та надає імпеданс (Z). Імпеданс надає реалістичні результати для цифрового навантаження, такого як мобільний телефон або індуктивний двигун.

Внутрішній опір літій-іонних елементів

На рисунку 2 показано внутрішній опір літій-іонного елемента 18650 після 1000 повних циклів розрядки-розрядки за температури 40ºC (104ºF). Показники змінного струму в зеленій рамці не відображають справжнього резистивного стану акумулятора; метод постійного струму забезпечує більш надійні дані про продуктивність з навантаженням.

Рисунок 2: Зростання внутрішнього опору літій-іонного елемента 18650, виміряне методами змінного та постійного струму при циклічному розрядженні
Показники опору змінного струму в зеленій рамці залишаються низькими; метод постійного струму показує справжній стан.

Акумулятори LiFePO4

Надійні літій-залізо-фосфатні акумулятори для сонячних та резервних систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Аг)

Компактний акумулятор із вбудованим BMS для безпечної роботи у сонячних та резервних системах.

Купити

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Сучасна літій-залізо-фосфатна батарея (LiFePO4) з вбудованим BMS і захистом від перевантаження

Купити

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

 Високоякісне джерело енергії з довгим терміном служби, високою безпекою та сумісністю з екосистемою Victron Energy

Купити

Подивитися більше

Опір упаковки та з’єднань

Внутрішній опір акумулятора складається не лише з елементів, а й з'єднання, запобіжники, захисні кола та проводку. У більшості випадків ці периферійні пристрої більш ніж удвічі перевищують внутрішній опір і можуть спотворити результати швидких методів тестування. Типові показники блоку елементів з одним елементом для мобільного телефону та багатоелементного акумулятора для електроінструменту наведено нижче.

Приклади внутрішнього опору та вплив на час роботи

На рисунках 3, 4 та 5 показано час роботи трьох акумуляторів з подібною ємністю в А·год та різним внутрішнім опором при розряді 1 C, 2 C та 3 C. Графіки демонструють важливість підтримки низького внутрішнього опору, особливо при вищих струмах розряду. Тестовий NiCd акумулятор має опір 155 мОм, NiMH – 778 мОм, а Li-ion – 320 мОм. Це типові показники опору для старих, але все ще функціональних акумуляторів, що демонструє взаємозв'язок між ємністю, внутрішнім опором та саморозрядом.)

Рисунок 3: Імпульси розряду GSM при 1, 2 та 3C з результуючим часом розмови
Ємність NiCd акумулятора становить 113%; внутрішній опір — 155 мОм. Напруга акумулятора 7,2 В.

Рисунок 4: Імпульси розряду GSM при 1, 2 та 3C з результуючим часом розмови
Ємність NiMH акумулятора становить 94%, внутрішній опір — 778 мОм. Акумулятор на 7,2 В.

Рисунок 5: Імпульси розряду GSM при 1, 2 та 3C з результуючим часом розмови
Ємність літій-іонного акумулятора становить 107%; внутрішній опір — 320 мОм. Акумулятор на 3,6 В.

Примітки: Випробування проводилися, коли ранні мобільні телефони живилися від NiCd, NiMH та Li-ion акумуляторів. З того часу Li-ion та NiMH акумулятори вдосконалилися.

Максимальне споживання GSM становить 2,5 А, що відповідає 3 C від акумулятора ємністю 800 мАг, або втричі більше номінального струму.