Сопротивление аккумуляторов
Как правило, при выборе аккумулятора мы обращаем особое внимание на его ёмкость.
Конечно, этот параметр очень важен, однако следует понимать - чтобы аккумулятор эффективно передавал всю накопленную энергию, он должен обладать достаточно низким сопротивлением.
Это особенно важно для сильных нагрузок: в первую очередь, электроинструментов и силовых установок (двигатели и необходимое им оборудование).
Высокое сопротивление вызывает нагрев аккумулятора и падение напряжения под нагрузкой, что приводит к преждевременному отключению устройства.
Возьмём свинцово-кислотные аккумуляторы. Они имеют очень низкое внутреннее сопротивление (которое может повышаться из-за сульфатации и коррозии решёток) и хорошо реагируют на сильный импульсный ток.
Однако из-за присущей им медлительности, такие аккумуляторы плохо работают при длительном сильноточном разряде; они быстро “устают” и нуждаются в отдыхе для восстановления.
Это явление проявляется у всех аккумуляторов в разной степени, но у свинцово-кислотных выражено сильнее. Это говорит о том, что энергоэффективность зависит не только от внутреннего сопротивления, но также от химического состава.
Ещё одним фактором является температура. Тепло понижает внутреннее сопротивление, а холод, наоборот, повышает. Конечно, ради дополнительного времени работы, можно нагреть аккумулятор, но такие меры несут свои риски (особенно с литий-ионными элементами) и добавляют определённую нагрузку.
У никелевых аккумуляторов повышение сопротивления может возникнуть из-за эффекта памяти. Но в этом случае поможет несколько циклов глубокого заряда-разряда.
У литий-ионных источников тока сопротивление увеличивается по мере их старения. Также более высокое сопротивление наблюдается при полной зарядке и разрядке.
Большинство неперезаряжаемых батареек имеют относительно высокое внутреннее сопротивление, что ограничивает их использование слаботочными устройствами: фонариками, пультами дистанционного управления, игрушками, часами и т.д.. По мере того, как они разряжаются, сопротивление увеличивается еще больше. Это объясняет относительно короткое время работы при использовании обычных щелочных элементов в цифровых камерах.
Для определения внутреннего сопротивления используются два метода: постоянный ток (когда измеряется падение напряжения при заданном токе) и переменный ток (когда измеряется т.н. реактивное сопротивление - возникающее при изменении тока или напряжения).
Значения измерений сильно зависят от выбранного метода, но ни одно из показаний не является правильным или неправильным. Показания постоянного тока учитывают чистое сопротивление (R) и дают верные результаты для нагрузки постоянным током. Показания переменного тока будут актуальны, к примеру, для мобильной электроники или индукционного двигателя.
На рис.1 показано внутреннее сопротивление литий-ионного элемента 18650 после 1000 полных циклов при температуре 40ºC. Показания переменного тока в зеленой рамке не отражают настоящее сопротивление аккумулятора; метод постоянного тока обеспечивает более надежные данные о производительности при нагрузке.
Рисунки 2, 3 и 4 отражают время работы трёх аккумуляторов с одинаковыми Ач и ёмкостью, но с разным внутренним сопротивлением при разряде при 1C, 2C и 3C. Графики демонстрируют важность поддержания низкого внутреннего сопротивления, особенно при более высоких разрядных токах.
Тестовый NiCd аккумулятор имеет сопротивление 155 мОм, NiMH — 778 мОм, а Li-Ion — 320 мОм. Это типичные резистивные показания старых, но всё ещё функциональных аккумуляторов, которые демонстрируют взаимосвязь ёмкости, внутреннего сопротивления и саморазряда.
Примечание: тесты проводились, когда первые мобильные телефоны питались от NiCd, NiMH и Li-ion аккумуляторов. Li-ion и NiMH аккумуляторы с тех пор улучшились.
Какие выводы можно сделать? Чем ниже сопротивление, тем эффективнее будет работать аккумулятор. Однако здесь необходимо учитывать не только параметры, заложенные “с завода”, но также тип химии аккумулятора, его состояние и температуру. Чем более мощное устройство вы хотите использовать, тем ниже должно быть сопротивление аккумулятора, иначе он не сможет работать в полную силу и будет сильно перегреваться.