内阻
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内阻,又称内电阻(internal resistance),是指电源内部存在对电流的阻碍作用。
在理想状态中,电压源的串联内电阻等于零,即是没有电压下降。但在实际电源中,均存在内阻。实际电源可视为一个内阻为0的理想电源与一个电阻串联。在使用电源时,内阻会消耗一部分电能,同时也是使电源发热的原因之一。
事实上,不仅电源,其他电学设备,例如电流表、电压表以及电磁感应中的线圈等均存在内阻。
有的时候,例如冶炼金属,需要利用内阻产生的热能;而有的时候则需要尽量降低内阻的热效应,如在远距离电力传输的过程中采用提高电压的方式来减少电能损耗。
电池内阻
[编辑]电池可以用电压源和数个RC电路串联的模型来模拟,这类模型称为等效电路模型(equivalent circuit models)。其他的常见的模型则是物理化学模型(physiochemical model),会和浓度和反应速率有关。电池的内组和其大小、电量状庇、化学性质、寿命、温度以及放电电流有关。其中有和材料成分的电阻率有关的电子成分,以及和电解质电导率、离子迁移率、电化学反应速率、电极表面积等电化学因素有关的离子成分。电池内阻的量测有其指南,其中有规范量测条件,但结果可能无法适用于不同条件下的应用。利用交流电的量测(一般会使用的频率),因为其频率远高于其中较慢的电化学反应,可能会低估其阻值。内阻和温度有关;例如新的 1 kHz劲量AA碱性电池在-40 °C时其内阻较高,为0.9 Ω,原因是低温会降低了离子迁移率,在室温下则是0.15 Ω,在40 °C时更降到约0.1 Ω [1]。内阻的下降,主要是因为电解质扩散系数的上升所导致。
电池的内阻可以用开路电压VNL、负载电压VFL和负载电阻RL来计算:
也可以用过电位η和电流I来表示:
计多等效串联电阻(ESR)表(在本质上是量测电容器等效串联电阻的交流微欧姆表)可以用来估测电池内阻,特别是用来检查电量状态,而不是要取得准确的直流值[2]。有些充电电池的充电器也可以量测ESR。
在使用时,原电池端子上的电压会持续下降,降到无法驱动电路为止。主要不是因为等效电压源的电压下降,而是因为内阻的上升。
对于可充电的锂离子聚合物电池,内阻主要是和电量状态有关,内阻也会随着电池使用而增加,原因是在电极上建立了不导电的固态电解质相间层(solid electrolyte interphase)[3],这是很好用来预测电池寿命的指标[4][5]。
相关条目
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ Battery Internal Resistance (PDF). Energizer Technical Bulletin. Energizer Battery. December 2005 [2010-01-07]. (原始内容 (PDF)存档于2012-01-11).
- ^ Testing batteries with ESR meter
- ^ Wang, A., Kadam, S., Li, H. et al., "Review on modeling of the anode solid electrolyte interphase (SEI) for lithium-ion batteries". npj Computational Material. 4, 15 (2018). doi:10.1038/s41524-018-0064-0
- ^ Understanding RC LiPo Batteries
- ^ ESR Meter For 2 – 6 Cell Lipo Packs - instructions
- Student Reference Manual for Electronic Instrumentation Laboratories (2nd Edition) - Stanley Wolf & Richard F.M. Smith
- Fundamentals of Electric Circuits (4th Edition) - Charles Alexander & Matthew Sadiku