Wie hoch ist der Innenwiderstand einer Lithiumbatterie?
Wenn Strom durch das Innere einer Batterie fließt, stößt er auf einen Widerstand, was zu einem Abfall der Betriebsspannung der Batterie führt. Dieser Widerstand wird als Innenwiderstand der Batterie bezeichnet. Aufgrund des Innenwiderstands der Batterie ist die Klemmenspannung während der Entladung niedriger als die elektromotorische Kraft und die Leerlaufspannung. Beim Laden ist die Klemmenspannung höher als die elektromotorische Kraft und die Leerlaufspannung. Der Innenwiderstand der Batterie ist ein äußerst wichtiger Parameter einer chemischen Energiequelle. Es wirkt sich direkt auf die Betriebsspannung, den Betriebsstrom, die Ausgangsenergie und die Leistung der Batterie aus. Für eine praktische chemische Energiequelle gilt: Je niedriger der Innenwiderstand, desto besser.
Der Innenwiderstand der Batterie ist nicht konstant; Sie variiert während der Entladung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Aktivmaterials, der Elektrolytkonzentration, der Batterietemperatur und der Entladezeit. Der Innenwiderstand der Batterie umfasst den ohmschen Innenwiderstand (R₀) und den Polarisationsinnenwiderstand (Rf), den die Elektroden während elektrochemischer Reaktionen aufweisen. Die Summe dieser beiden wird als Gesamtinnenwiderstand (Rw) der Batterie bezeichnet.
Der ohmsche Innenwiderstand setzt sich hauptsächlich aus dem Innenwiderstand von Elektrodenmaterialien, Elektrolyt, Separator und dem Kontaktwiderstand verschiedener Komponenten zusammen. Dies hängt mit der Größe, der Struktur, der Elektrodenformungsmethode der Batterie (z. B. Pasten- und Rohrelektroden bei Blei-Säurebatterien und kastenförmigen und gesinterten Elektroden bei Alkalibatterien) und der Dichtheit der Montage zusammen. Der ohmsche Innenwiderstand folgt dem Ohmschen Gesetz.
Unter Polarisationsinnenwiderstand versteht man den Innenwiderstand, der durch die Polarisation zwischen den positiven und negativen Elektroden einer chemischen Stromquelle während der elektrochemischen Reaktion entsteht. Es ist die Summe der Widerstände, die durch elektrochemische Polarisation und Konzentration verursacht werden
Polarisation.
Der Innenwiderstand der Polarisation hängt mit der Art des aktiven Materials, der Elektrodenstruktur und dem Herstellungsprozess der Batterie zusammen, insbesondere eng mit den Betriebsbedingungen der Batterie. Entladestrom und Temperatur haben einen erheblichen Einfluss. Während einer Entladung mit hoher Stromdichte nehmen sowohl die elektrochemische Polarisation als auch die Konzentrationspolarisation zu, was möglicherweise sogar zu einer Passivierung der negativen Elektrode führt und somit den Innenwiderstand der Polarisation erhöht. Niedrige Temperaturen wirken sich negativ auf die elektrochemische Polarisation und Ionendiffusion aus; Daher erhöht sich auch der Polarisationsinnenwiderstand der Batterie bei niedrigen Temperaturen. Daher ist der Polarisationswiderstand keine Konstante, sondern ändert sich mit der Entladungsrate, der Temperatur und anderen Bedingungen.
Der analytische Ausdruck für den Innenwiderstand einer Batterie lautet wie folgt:
In der Formel ist bE (iₐ,τ,C) Iₐ⁻¹-Innenwiderstand der Batteriepolarisation;
b-Der Variationskoeffizient der Batterieklemmenspannung relativ zur Batterieklemmenspannung E unter Nennkapazitätsbedingungen, wenn die Batterie mit dem Strom Iₐ geladen und entladen wird;
Rₑₗ(τ,C)-Widerstand des Elektrolyten;
Rₑ(C)-Elektrodenwiderstand. Der Elektrolytwiderstand Rₑₗ und der Elektrodenwiderstand Rₑ sind umgekehrt proportional zur momentanen Kapazität der Batterie;
iₐ, τ, C-Lade- und Entladestrom, Temperatur und Kapazitätszustand der Batterie zu diesem Zeitpunkt.
Der Innenwiderstand der Batterie ist relativ gering und unter vielen Betriebsbedingungen oft vernachlässigbar. Leistungsbatterien für Elektrofahrzeuge arbeiten jedoch häufig unter Hochstrom- und Tiefentladungsbedingungen, was aufgrund des Innenwiderstands zu einem erheblichen Spannungsabfall führt. In diesem Fall kann der Einfluss des Innenwiderstands auf den gesamten Stromkreis nicht ignoriert werden.
