سایناکو | تولید کننده و وارد کننده باتری و یوپیاس
S-2017 :افزایش مقاومت داخلی باتری، چگونه در عملکرد باتری تاثیر دارد؟
How does rising internal resistance affect performance
در مقاله اندازه‌گیری مقاومت داخلی باتری، 4 روش عمده محاسبه اندازه مقاومت داخلی باتری را شرح دادیم. در این مقاله قصد داریم راه‌های متفاوت برای افزایش مقاومت داخلی باتری را به شما آموزش دهیم.
پس در این آموزش با ما همراه باشید.
اهمیت هدایت
باتری‌ها هر چقدر ظرفیت بیشتری داشته باشند، به همان اندازه خواهان بیشتری دارند.
اگر باتری به گونه‌ای طراحی شده باشد که نتواند انرژی ذخیره شده را به طور موثر تحویل دهد، در حق باتری اجحاف شده و نمی‌تواند توان و ظرفیت خود را به طور کامل به نمایش بگذارد و خاطرخواه بیشتری داشته باشد. اما گاهی اوقات، به یک باتری با مقاومت داخلی کم نیاز داریم.
در کل باید حواسمان به کم و کیف ظرفیت باتری باشد.
برای اندازه‌گیری مقاومت باتری، از واحد میلی اهم (mΩ) استفاده می‌شود. هرچه میزان مقاومت کمتر باشد، باتری با محدودیت کمتری روبرو می‌شود. این امر به ویژه در بارهای الکترونیکی سنگین مانند ابزارهای برقی بسیار مهم است. مقاومت بالا، باعث گرم شدن باتری و افت ولتاژ تحت بار و همچنین باعث خاموش شدن زودرس تجهیزات نیز می‌شود.
شکل زیر تأثیرات مقاومت باتری داخلی را نشان می‌دهد. در این شکل، باتری را با مقاومت داخلی کم به شکل یک شیر جریان آزاد در برابر باتری با مقاومت بالا می‌بینید.
مقاومت کم : جریان بالا را در صورت نیاز ارائه می‌دهد. باتری خنک می‌ماند.
مقاومت بالا : جریان محدود است، ولتاژ بار کاهش می‌یابد. باتری گرم می‌شود.
تاثیر افزایش مقاومت داخلی باتری‌های مختلف
در ادامه، به بررسی تاثیر میزان افزایش مقاومت داخلی روی مواد و ترکیبات مختلف موجود در باتری‌های گوناگون می‌پردازیم.
سرب اسید
سرب اسید مقاومت درونی بسیار کمی دارد و به همین دلیل، این نوع باتری می‌تواند در برابر انفجار ناشی از جریان زیاد که تنها چند ثانیه طول می‌کشد، مقاومت کند. با این حال، به دلیل کندی ذاتی این ماده، سرب اسید در تخلیه جریان بالا و پایدار، عملکرد خوبی ندارد. باتری خیلی زود خسته شده و برای بازیابی توان، نیاز به استراحت دارد.
در تمامی باتری‌ها، تا حدودی میزانی از کندی دیده می‌شود؛ اما این میزان کندی در باتری سرب اسید، به وضوح بروز پیدا می‌کند. این نکته حاکی از آن است که تحویل نیرو صرفا بر اساس مقاومت داخلی نیست بلکه بر اساس واکنش شیمیایی و همچنین دما نیز می‌باشد. از این لحاظ، فناوری‌های مبتنی بر نیکل و لیتیوم بیشتر از اسید سرب پاسخگو این شرایط هستند.
سولفاتاسیون و خوردگی شبکه، عامل اصلی افزایش مقاومت داخلی باتری با کمک سرب اسید هستند. در این باتری‌ها، دما نیز بر مقاومت تأثیر می‌گذارد؛ به طوری که گرما مقاومت را کاهش داده و سرما باعث افزایش مقاومت داخلی باتری می‌شود.
همچنین گرم شدن باتری به طور لحظه‌ای مقاومت داخلی را کاهش می‌دهد.
با این حال، این باتری قابل بازیابی مجدد نیست و برای احیای مجدد آن، صرفا باید شوک لحظه‌ای ایجاد کرد.
نیکل
ساختار کریستالی، که به آن “حافظه” نیز گفته می‌شود، به مقاومت داخلی باتری‌های مبتنی بر نیکل کمک می‌کند. این مسئله اغلب با گذشت یک سیکل طولانی قابل برگشت است.
لیتیوم یون
مقاومت داخلی لیتیوم یون نیز با استفاده بیشتر از باتری و گذر عمر آن افزایش می‌یابد؛ اما با افزودنی‌های الکترولیتی، بهبود بیشتری ایجاد شده تا تجمع بلاک‌های ایجاد شده بر روی الکترودها، تحت کنترل باشد.
پارامتر SoC در همه باتری‌ها، مقاومت داخلی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
لیتیوم یون، مقاومت بالاتری در شارژ کامل دارد و در حجم باتری بزرگ‌تر، مقاومت کمتری را در مرحله دشارژ نشان می‌دهد.
فلز‌های قلیایی
مقاومت باتری قلیایی، کربن روی و اکثر باتری‌های داخلی، نسبتاً بالاست و این کاربرد آن‌ها در وسایل کم جریان مانند چراغ قوه، کنترل از راه دور، اسباب بازی‌های کوچک و ساعت آشپزخانه محدود می‌شود.
با استفاده بیشتر از این باتری‌ها، مقاومت بیشتر می‌شود. این زمان کوتاه نسبی هنگام استفاده از سلولهای قلیایی معمولی در دوربین‌های دیجیتال نیز کاربرد دارد.
اندازه‌گیری مقاومت داخلی باتری
برای اندازه‌گیری مقاومت داخلی باتری از دو روش استفاده می شود:
۱- جریان مستقیم (DC) با اندازه‌گیری افت ولتاژ در یک جریان معین.
۲- جریان متناوب (AC) که راکتانس را در نظر می‌گیرد.
هنگام اندازه‌گیری یک وسیله واکنشی مانند باتری، مقادیر مقاومت بین روش آزمایش DC و AC بسیار متفاوت است، اما هیچ یک از روش‌ها درست یا غلط نیست.
روش DC مقاومت خالص (R) را نشان می‌دهد و نتایج واقعی را برای یک بار DC مانند یک المنت فراهم می‌کند. در صورتیکه روش AC شامل اجزای واکنشی بوده و امپدانس (Z) را فراهم می‌کند. امپدانس نتایج واقعی را در مورد بار دیجیتالی مانند تلفن همراه یا موتور القایی فراهم می‌کند.
شکل زیر مقاومت داخلی سلول لیتیوم یون 18650 را در معرض 1000 چرخه کامل در 40 درجه سانتیگراد (104 درجه فارنهایت) نشان می‌دهد.
روش‌های متناوب در قاب سبز، نشان‌دهنده وضعیت مقاومت واقعی باتری نیست.
روش DC داده‌های عملکرد قابل اطمینان‌تری را فراهم می‌کند.
همانطور که در ابتدای مقاله هم اشاره کردیم، برای اطلاعات بیشتر در این باره مقاله اندازه‌گیری مقاومت داخلی باتری را مطالعه فرمایید.
پک کامل مقاومت
مقاومت داخلی باتری تنها از سلول‌ها تشکیل نمی‌شود بلکه شامل اتصال، فیوزها، مدارهای حفاظتی و سیم کشی نیز می‌شود. در بیشتر موارد، این وسایل جانبی بیش از دو برابر دیگر وسایل، مقاومت داخلی داشته و می‌توانند از روش‌های تست سریع استفاده کنند. روش‌های معمولی یک پک تک سلولی برای تلفن همراه و یک باتری چند سلولی برای یک ابزار برقی قدرتمند در زیر نشان داده شده است.
مقاومت داخلی تلفن همراه
| سلول ، منفرد ، با ظرفیت بالا منشوری | 50mΩ | با گذر عمر باتری ممکن است افزایش یابد |
| اتصال ، جوش داده شده | 1mΩ | |
| PTC ، جوش داده شده به کابل ، سلول | 25mΩ | بر اساس مشخصات 18-30 mΩ |
| مدار حفاظتی ، PCB | 50mΩ | |
| کل مقاومت داخلی | ca. 130mΩ |
مقاومت داخلی یم پک پاور برای ابزارهای برقی
| سلولهای 2P4S در 2Ah/cell ، | 18mΩ | با گذر عمر باتری ممکن است افزایش یابد |
| اتصال ، جوش داده شده ، هر کدام | 0.1mΩ | |
| مدار حفاظتی ، PCB | 10mΩ | |
| کل مقاومت داخلی | ca. 80mΩ |
نمودار‌های افزایش مقاومت داخلی باتری در سه نوع باتری متفاوت
شکل‌های زیر، زمان کارکرد سه باتری با Ah و ظرفیت‌های مشابه اما مقاومت داخلی متفاوت را هنگام تخلیه در 1C،2C و 3C منعکس می‌کند.
نمودارها اهمیت حفظ مقاومت داخلی پایین، به ویژه در جریان‌های تخلیه بالاتر را نشان می‌دهد.
در باتری تست نیکل کادمیوم mΩ155، نیکل– هیدرید فلز mΩ 778 و لیتیوم یون به میزان mΩ 320 افزایش مقاومت داخلی وجود دارد. این نمودارها روش‌های مقاومتی معمولی روی باتری‌های قدیمی هستند؛ اما هنوز کاربرد دارند و رابطه ظرفیت، مقاومت داخلی و تخلیه خودبه‌خودی را نشان می‌دهد.
پالس‌های تخلیه GSM در 1C، C2 و 3C بوده که طی زمان مکالمه به وجود می‌آید.
ظرفیت باتری نیکل کادمیوم 113، افزایش مقاومت داخلی باتریmΩ 155 و پک مربوطه 7.2 ولت می‌باشد.
ظرفیت باتری نیکل– هیدرید فلز 94٪ ، افزایش مقاومت داخلی باتریmΩ 778 و پک مربوطه 7.2 ولت می‌باشد.
ظرفیت باتری لیتیوم یون 107، افزایش مقاومت داخلی باتریmΩ 320 و پک مربوطه 3.6 ولت می‌باشد.
راهنمای نمودارها
۱ – این آزمایش‌ها زمانی انجام شد که تلفن‌های همراه اولیه ازNiCd ،NiMH و Li-ion استفاده می کردند. Li-ion و NiMH از آن زمان بهبود یافته‌اند.
۲- حداکثر کشش GSM 2.5A است که نشان‌دهنده 3C از یک پک mAh 800 یا سه برابر جریان متداول است.
کلام آخر
در این مقاله سعی کردیم با آمار و ارقام جمع آوری شده از تحقیقات مختلف، میزان افزایش مقاومت داخلی باتری‌های متنوع را شرح دهیم.
چنانچه در هر یک از بخش‌ها به پرسش و ابهامی برخورد کردید، آن را در قسمت دیدگاه‌ها با ما در میان بگذارید. تیم سایناکو در اولین فرصت پاسخگوی شما خواهد بود.
ممنونیم از شما که ما را انتخاب کردید.
سلام. خسته نباشید. من میخواستم بدونم رابطه ریاضی مقاومت داخلی باتری لیتیوم یون 18650 بر حسب زمان چیه و چجوری به دست میاد؟
لطفا مقاله ای معرفی کنین که با مطالعه آن متوجه این رابطه شوم
ممنون
سلام وقت بخیر
می توانید به مقاله چگونه مقاومت داخلی باتری را اندازه‌گیری کنیم؟ مراجعه کنید.