В электротехнике практический источник электроэнергии , представляющий собой линейную цепь , может, согласно теореме Тевенена , быть представлен как идеальный источник напряжения, включенный последовательно с импедансом . Это сопротивление называется внутренним сопротивлением источника. Когда источник питания подает ток , измеренное выходное напряжение ниже напряжения холостого хода ; разница заключается в падении напряжения ( произведении тока и сопротивления ), вызванном внутренним сопротивлением. Концепция внутреннего сопротивления применима ко всем видам электрических источников и полезна для анализа многих типов цепей.
Батарею можно смоделировать как источник напряжения , включенный последовательно с сопротивлением. Эти типы моделей известны как модели эквивалентных схем. Другой распространенной моделью являются физико-химические модели физического характера, включающие концентрации и скорости реакций. На практике внутреннее сопротивление батареи зависит от ее размера, состояния заряда, химических свойств, возраста, температуры и тока разряда. Он имеет электронный компонент из-за удельного сопротивления материалов компонентов и ионный компонент из-за электрохимических факторов, таких как проводимость электролита , подвижность ионов, скорость электрохимической реакции и площадь поверхности электрода. Измерение внутреннего сопротивления батареи является показателем ее состояния, но может применяться только в условиях испытаний. Измерение переменного тока , обычно с частотой1 кГц , может привести к занижению сопротивления, так как частота может быть слишком высокой, чтобы учитывать более медленные электрохимические процессы. Внутреннее сопротивление зависит от температуры; например, сопротивление новой щелочной первичной батареи Energizer E91 AA падает примерно с 0,9 Ом при -40 °C, когда низкая температура снижает подвижность ионов, до примерно 0,15 Ом при комнатной температуре и примерно 0,1 Ом при 40 °C. [1] Большая часть этого падения обусловлена увеличением величины коэффициента диффузии электролита.
Внутреннее сопротивление батареи можно рассчитать по напряжению холостого хода V NL , напряжению нагрузки V FL и сопротивлению нагрузки R L :
Это также можно выразить через перенапряжение η и ток I:
Многие измерители эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) , в основном миллиомметры переменного тока, обычно используемые для измерения ESR конденсаторов, могут использоваться для оценки внутреннего сопротивления батареи, в частности, для проверки состояния разряда батареи, а не для получения точного значения постоянного тока. [2] На некоторых зарядных устройствах для аккумуляторов указывается ESR.
При использовании напряжение на клеммах одноразовой батареи, питающей нагрузку, уменьшается до тех пор, пока не упадет настолько низко, что станет непригодным для использования; во многом это связано с увеличением внутреннего сопротивления, а не с падением напряжения эквивалентного источника.
В перезаряжаемых литий-полимерных батареях внутреннее сопротивление в значительной степени не зависит от состояния заряда, но увеличивается по мере старения батареи из-за образования пассивирующего слоя на электродах, называемого межфазной фазой твердого электролита ; [3] таким образом, это хороший индикатор ожидаемого срока службы. [4] [5]
