Lithium-Knopfzellenbatterie mit zufälliger Spannung

Gute Frage. Dies ist eine Art, in der sich primäre (nicht wiederaufladbare) Lithium-Zellen dramatisch von sekundären (wiederaufladbaren) Li-Ionen-Zellen unterscheiden können, was oft zu Verwirrung führt. Die Entladungs- und Kapazitätskurven von Li-Ionen (außer LiFePO4) verjüngen sich nämlich typischerweise allmählich von der anfänglichen Kapazitätsspannung von 100 % bis zur Abschlussspannung. Die Kurve für Lithium-Knopfzellen ist jedoch normalerweise viel weniger steil, dh niedrigere Steigung oder flacher, sodass die Leerlauf-Ruhespannung nahe leer viel näher an der anfänglichen 100%-Kapazitätsspannung bleibt als im Fall von Lithium-Ionen.

Betrachten wir zum Beispiel eine typische Entlade- und Ruhespannungskurve für eine 3-V-LiMnO2-CR2032-Knopfzelle (von hier ). Das Diagramm zeigt wiederholte Entladezyklen, wobei jeder Zyklus aus Folgendem besteht: zuerst eine 11-stündige konstante Last von 1 mA, dann 8,5 Stunden Pause, dann 10 Sekunden lang ein 22-mA-Impuls, dann eine 30-minütige Pause. Beachten Sie, dass selbst wenn die Knopfzelle fast leer ist (ca. 360 h), die durch die Sägezahnspitzen angezeigte Leerlauf-Ruhespannung (2,7-2,8 V) immer noch sehr nahe an den anfänglichen 3,0 V bei 100 % Kapazität bleibt.

Vergleichen Sie dies mit einer analogen typischen Li-Ionen- Entladungskurve unten. Beachten Sie, wie die Spitzen in Richtung der Klemmenspannung viel stärker abfallen als oben. Tatsächlich ist die oben von den Ruhespannungsspitzen gebildete Kurve während des größten Teils der Entladung fast flach, während die gleiche Kurve unten eine viel stärkere Abwärtsneigung aufweist.

Die Spannung prallt zurück, nachdem die Last entfernt wurde, da die Zelle einen nicht trivialen Innenwiderstand hat$R$. Dies führt zu einem Spannungseinbruch von$I\cdot R$bei Strom$I$, die verschwindet, wenn der Strom auf 0 zurückfällt. Ein solcher Spannungsrückschlag erfolgt nicht sofort aufgrund von Zeitkonstanten und exponentiellem Abfall verschiedener interner elektrochemischer Prozesse (z. B. Diffusion), die Komponenten des Innenwiderstands sind. Dies ist im ersten Diagramm besser zu erkennen, wo die Sägezahnform der Rückprallspannung deutlicher ist. Symmetrisch wird es auch geben$I\cdot R$Spannungsabfälle, wenn der Strom erhöht wird, was sich in den nach unten gerichteten Sägezähnen im ersten Diagramm zeigt, wenn die 1-mA-Last gestartet wird, und auch in den viel größeren Abwärtsspitzen bei 22 mA (aber sie dauern nicht lange genug, um die Sägezahnform leicht zu beobachten ).

Da primäre Lithium-Knopfzellen eine flachere Entladekurve als Li-Ionen-Zellen haben, ist es also zusammenfassend schwieriger, ihre Leerlauf-Ruhespannung zu verwenden, um die verbleibende Kapazität abzuschätzen. Testen Sie sie unter Last, um bessere Schätzungen zu erhalten, insbesondere. wenn die Last nicht trivial ist (beachten Sie z. B., wie die Kurve, die durch die tiefsten Punkte der Hochstrom-Abwärtsspitzen im ersten Diagramm gebildet wird, viel steiler abfällt).

Die Batteriechemie wird immer versuchen, die Spannung auf einem bestimmten Punkt zu halten, sagen wir 3,3 V.

Wenn es eine Last gibt, die die Spannung nach unten zieht, muss die Batterie chemische Energie aufwenden, um dem entgegenzuwirken und die Spannung aufrechtzuerhalten.

Wenn der Akku nicht belastet wird, ist es einfach, und selbst ein fast leerer Akku kann mit der Zeit etwas Spannung aufbauen.

Aus diesem Grund müssen Sie jede Batterie mäßig belasten, um einen zuverlässigen Spannungswert zu erhalten, um ihre verbleibende Kapazität abzuschätzen.