افزایش مقاومت داخلی باتری، چگونه در عملکرد باتری تاثیر دارد؟

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

مثل تمام اجناس دیگر، باتری‌ها هم هر چقدر ظرفیت بیشتری داشته باشند، به همان اندازه خواهان بیشتری دارد.

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 یک باتری نیز به مقاومت داخلی کمی نیاز دارد.

در کل باید حواسمان به کم و کیف ظرفیت باتری باشد.

مقاومت در کنار میلی متر (mΩ) برای اندازه‌گیری به کار برده می‌شود. هرچه میزان مقاومت کمتر باشد، باتری با محدودیت کمتری روبرو می‌شود. این امر به ویژه در بار الکترونیکی سنگین مانند ابزارهای برقی و نیروگاه‌های الکتریکی بسیار مهم است. مقاومت بالا باعث گرم شدن باتری و افت ولتاژ تحت بار و همچنین باعث خاموش شدن زودرس 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 که شیر در آن محدود شده است.

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.

اسید سرب

اسید سرب 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، اسید سرب در تخلیه جریان بالا و پایدار عملکرد خوبی ندارد. باتری خیلی زود خسته شده و برای بازیابی توان به استراحت نیاز دارد.

در تمامی باتری‌ها تا حدودی میزانی از کندی دیده می‌شود اما این میزان کندی در عنصر اسید سرب 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 اسید سرب هستند. در این عنصر دما نیز بر مقاومت تأثیر می‌گذارد به طوری که گرما آن 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 صرفا باید فشاری لحظه‌ای را برای عملکرد دوباره آن 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:

1- جریان مستقیم (DC) با اندازه‌گیری افت ولتاژ در یک جریان معین.
2- 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 عنصر گرم‌کننده 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

مقاومت داخلی یم پک پاور برای ابزار های برقی

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 155mΩ، نیکل– هیدرید فلز 778mΩ و لیتیوم یون به میزان 320mΩ 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 خود را نشان می‌دهد.

راهنمای نمودار‌ها :

1-این آزمایش‌ها زمانی انجام شد که تلفن‌های همراه اولیه از NiCd ،NiMH و Li-ion استفاده می کردند. Li-ion و NiMH از آن زمان بهبود یافته‌اند.

2- حداکثر کشش GSM 2.5A است که نشان‌دهنده 3C از یک پک 800mAh 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.

منبع

باتری یونیورسیتی