Я уже знаю, что зарядка или разрядка батареи вызывает ее нагрев, и что увеличение тепла пропорционально силе тока. Но какой физический процесс стоит за этим?
Мое объяснение на обратной стороне конверта будет заключаться в том, что батарея имеет внутреннее сопротивление, и ток должен преодолеть это сопротивление. При этом электрическая энергия преобразуется в тепловую. Другими словами, электроны врезаются в плохо проводящие части электродов, нагревая материал.
Но так ли это на самом деле?
Металл пластин и проводки, активные материалы пластин и электролит имеют сопротивление. Тепло, выделяемое этим сопротивлением, пропорционально квадрату тока .
В металлах сопротивление вызвано тем, что электроны «врезаются» в атомы, когда они движутся по проводнику, но в электролитах движутся целые молекулы. На проводимость электролита сильно влияет концентрация ионов, поэтому его сопротивление будет увеличиваться по мере того, как батарея разряжается и в растворе остается меньше ионов (это меньшее количество ионов должно двигаться быстрее, чтобы создать тот же ток, и, таким образом, иметь больше столкновений, что рассматривается как более высокое сопротивление). ).
Также вовлеченные химические реакции могут быть эндотермическими или экзотермическими . Это происходит потому, что различные связи между атомами до и после реакции могут потребовать больше или меньше энергии.
В никель-кадмиевой батарее реакция заряда эндотермическая, а реакция разряда экзотермическая. Таким образом, при зарядке он фактически высасывает тепло из окружающей среды и остается холодным (до тех пор, пока он не заполнится и реакция не завершится), а во время разрядки он выделяет тепло и нагревается сильнее, чем можно было бы ожидать. Аккумуляторы NiMH делают наоборот — они нагреваются во время зарядки, но остывают во время разряда.
Еще один фактор, который необходимо учитывать, — это температура. Повышение температуры на 10°C может удвоить активность ионов в электролите, что приведет к резкому падению его сопротивления. По мере прогрева батареи тепло, выделяемое сопротивлением электролита, будет уменьшаться, что замедляет рост внутренней температуры. Однако уменьшенное падение напряжения также приводит к более высокому напряжению на клеммах, поэтому нагрузка может потреблять больший ток (или такой же, или меньше, в зависимости от того, какой тип цепи питает батарея).
Учитывая влияние всех этих факторов, точно рассчитать повышение температуры батареи во время работы непросто. Вы можете получить измерение сопротивления, просто подав ступенчатый ток и измерив мгновенное падение напряжения, но это значение будет варьироваться в зависимости от температуры, состояния заряда и тока.
пользователь_1818839
Саймон Рихтер
Стивен Бош
Дэйв Твид
пользователь_1818839