22 年間のバッテリーのカスタマイズ

バッテリーの内部抵抗-充電と実験

Jun 06, 2022   ページビュー:468

内部抵抗は、バッテリーの負の端子から正の端子への電子の流れに対する「抵抗」を引き起こすすべてのバッテリーのセルラー特性です。基本的に、それは電流がバッテリーを通過するのがどれほど難しいかを示す尺度です。

たとえば、内部抵抗が0.2オームの単3電池を使用している場合、1アンペアが電池に流れると0.2ボルトが低下します。内部抵抗が0.1オームの100アンペア時のバッテリーを使用している場合、100アンペアがバッテリーを流れると、10ボルトが低下します。

「内部インピーダンス」としても知られる内部抵抗は、バッテリーが端子に電流を流しているときにバッテリーが受ける反対の尺度です。内部抵抗が高いバッテリーは、熱としてより多くのエネルギーを消費するため、効率が低下します。たとえば、同じ電圧の2つのバッテリーを負荷に接続してから負荷から切り離すと、内部抵抗が高いバッテリーが完全に充電された状態に戻るまでにはるかに長い時間がかかります。内部抵抗は、バッテリーの再充電速度だけでなく、再充電が必要になる前に実行できる作業量にも影響します。

バッテリーの内部抵抗は、バッテリーがどれだけ強く作動するように求められているかによって決まります。それが働くように求められるのが難しいほど、その内部抵抗は高くなります—それは理にかなっていますよね?あなたがあなたの車のエンジンをどんどん速くするように頼んでいるなら、あなたは最終的にあなたができる限りそれを押して、あなたはどこにも行かないでしょう。あなたはあなたがあなたのエンジンを焼き尽くすほど強く押すことになります。バッテリーの場合も同様です。1ボルト(1A×1V)で1アンペアを生成するように要求する場合、それはそれほど難しいことではありませんが、100ボルトで100アンペアを生成するように要求する場合、それはそれには難しすぎる。

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充電中のバッテリーの内部抵抗

バッテリーの内部抵抗は、充電プロセス中に重要です。バッテリーの抵抗を考慮しないと、過充電により温度が上昇し、ガスが発生します。

すでに述べたように、バッテリーの内部抵抗は、充電時間と充電コストを決定する主な要因の1つです。この抵抗により、バッテリー内で使用できる電力量が減少します。

バッテリーの内部抵抗を直列抵抗と混同しないでください。直列抵抗も充電時間と充電コストに影響を与える可能性があります。直列抵抗は、バッテリー内の2つの金属板間の非理想的な接触によって引き起こされます。一方、内部抵抗は、バッテリー自体の固有の特性に由来します。

内部抵抗は、バッテリーの最も重要な電気的特性の1つです。これは、バッテリーが電流の流れにどれだけ抵抗するかの尺度です。一部のバッテリーは内部抵抗が非常に低く、非常に効率的ですが、他のバッテリーは他のバッテリーと比較して内部抵抗が高くなっています。

内部抵抗とそれがバッテリーに与える影響は、バッテリーのサイズや温度などの他の要因にも依存します。温度が高いほど、内部抵抗は低くなります。

内部抵抗は、バッテリーが負荷をどれだけうまく放電できるかに影響します。内部抵抗が大きいほど、負荷を放電するときに発生する熱が多くなります。これは、外部電圧源から負荷を充電および放電する際に、内部抵抗がゼロの理想的な電圧源に置き換える場合に比べて、電力損失が大きくなるためです。

バッテリーが充電および放電されると、電子がバッテリー内を流れ、化学反応を引き起こして電圧を上昇させます。電圧が上がると、バッテリーの内部抵抗も上がります。バッテリーの内部抵抗は、充電と放電のサイクル中に変化します。充電および放電中の内部抵抗の変化に影響を与える主な要因は、電解液、温度、および時間です。

内部抵抗の変化は、電解質、温度、時間などのいくつかの要因に依存します。リチウムイオン電池では、充電時間と放電時間が経過するにつれて、グラファイト粒子内のリチウムイオンの濃度が低下します。これは「シャトル効果」として知られています。このプロセスでは、シャトル効果は2つの部分に分けることができます。最初は低速シャトルで、しばらくすると高速シャトルになります。

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バッテリー計算機の内部抵抗

内部抵抗は、電力出力を計算するために一般的に使用されるバッテリーのパラメーターです。バッテリーの内部抵抗は手動で計算できますが、バッテリー計算機を使用する方がはるかに簡単です。バッテリー計算機(R-CALC)は、I2R値を使用してバッテリーの内部抵抗を決定します。正しい値を取得するために使用できるバッテリー計算機の内部抵抗はいくつかあります。計算機はオンラインで入手できます。

内部抵抗は、バッテリー内部の化学反応によって引き起こされ、抵抗性の電圧降下を引き起こします。次の式を使用して計算できます。

内部抵抗=バッテリー電圧/バッテリー電流ここで、「バッテリー電圧」はバッテリーの開回路電圧であり、「バッテリー電流」は測定または計算された電流です。

一般的な自動車用バッテリーの内部抵抗値は、0.0015オームから0.05オームの間です。

電卓のウェブサイトは非常に使いやすく、希望する計算に対する正しい答えを提供します。

電池実験の内部抵抗

内部抵抗は、バッテリーから電流が流れるときにバッテリーの電圧が低下する現象です。これは電気回路の一般的な問題であるため、プロジェクトを台無しにすることを防ぐために、内部抵抗を理解することが重要です。

一度バッテリーを使用した後は、バッテリーをストレージに戻して、永久に使用できると期待することはできません。切れたバッテリーを新しいものに交換する場合でも、残りの電力は古いバッテリーの内部抵抗によって吸収されます。プロジェクトのサイズによっては、最初から必要な電力よりも多い、または少ない電力が必要になる場合があるため、これは、バッテリーを使用して電気回路を作成するときに考慮する必要があります。

簡単な実験として、サイズと年齢の異なる3つの電池をテストできます。今日新しく購入した9vアルカリ電池、昨年の冬のガレージセールで見つかったときに半分しか使用されていなかったDuracell 9vアルカリ電池、Eveready9vアルカリ電池です。 1979年頃。ワニ口クリップを使用してそれらを並列に接続し、約1アンペアの電流を使用するテスト回路を実行します。テストごとに、マルチメータがバッテリーから0を読み取るのにかかる時間を測定します。

結果は次のようになります。

真新しいアルカリ電池は1.5Vで始まり、1時間あたり0.2ボルトを失うはずです。これは、直列の2つの新しいAA電池の電圧降下についてオンラインで見つけることができる情報と一致しています:1日あたり約0.2 V、または毎日の総電圧。このバッテリーと、6か月間使用されていた2番目のバッテリーとの間には顕著な違いがあります。これは新鮮でしたが、古いものはすでにほとんどの電荷を失っていました。 2つの9ボルト電池は、他の2つの電池よりもはるかに古いため、放電にほぼ同じ時間がかかる場合があります。ただし、年齢の違いにもかかわらず、互いにかなり類似したパフォーマンスを示す必要があります。古いバッテリーは1.1Vで起動し、1時間後に新しいバッテリーより0.3 V少なくなります。これは、オンラインでいつでも入手できる情報と一致しています。9ボルトのアルカリ電池は毎月約0.1Vを失います。一度使用した後。

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