Tại sao ắc quy có nội trở trong?
Nguyên nhân gây ra điện trở trong? Nội trở trong có hại hay có lợi?
Điện trở trong ảnh hưởng đến khả năng vận hành ắc quy như thế nào?
Tại sao điện trở trong tăng dần theo thời gian?
Sử dụng ắc quy điện trở trong cao hay ắc quy có điện trở trong thấp?
Đo điện trở trong ắc quy bằng cách nào?
Cùng Ắc Quy Cao Cấp tìm hiểu thông tin kỹ thuật, đặc điểm, nguyên nhân gây ra, tác hại, lợi ích, vai trò nội trở ắc quy. Khám phá các phương pháp đo nội trở, giải pháp duy trì nội trở trong ắc quy.

1. Nội Trở là gì?

1.1. Khái niệm

Nội trở còn gọi là nội trở trong, điện trở trong, trở kháng nội bộ, tên tiếng anh là Internal Resistance.

Nội trở là sự đối lập của các thành phần bên trong đối với dòng điện bên trong pin - ắc quy. Nó là nguyên nhân cản trở khả năng cung cấp dòng điện, ảnh hưởng đến độ dẫn điện & độ phóng điện.

Điện trở bên trong ắc quy được tính toán dựa trên các thông số khác nhau như công nghệ, kích thước, trạng thái sạc, tuổi thọ, nhiệt độ vận hành, cấu trúc bên trong, độ xả sâu, tốc độ xả của ắc quy. Mỗi ắc quy sẽ có điện trở trong khác nhau.

Điện trở trong sẽ giúp bạn biết được tình trạng sức khỏe, hiệu suất và khả năng cung cấp năng lượng của ắc quy.

Nội trở ắc quy càng thấp thì khả năng phóng điện càng mạnh, điều này giúp xe khởi động dễ dàng nhưng làm tiêu hao năng lượng nhiều hơn. Những loại ắc quy này được dùng để khởi động động cơ ô tô, xe máy, motor.

Nội trở ắc quy càng cao thì khả năng phóng điện kém, giúp lưu trữ năng lượng trong thời gian lâu hơn. Những loại ắc quy này thường là ắc quy công nghiệp sử dụng cho hệ thống năng lượng mặt trời, hệ thống lưu điện, thang máy, cửa cuốn, UPS, nguồn dự phòng, xe đạp điện, xe máy điện,...

Đơn vị nội trở: mΩ (mOhms), đọc là milliohms

Ký hiệu nội trở: r

So sánh điện trở các loại ắc quy:

- Ắc quy Niken: Điện trở bên trong ắc quy Niken giảm trong suốt quá trình phóng điện cho đến khoảng nửa chu kỳ phóng điện, sau đó tăng dần trở lại. 

- Ắc quy Axit Chì: Điện trở bên trong tăng lên trong suốt quá trình phóng điện.

- Pin/Ắc quy Lithium-ion: Điện trở trong Lithium-ion gần như không thay đổi từ lúc sạc đầy đến lúc phóng điện, điều này giúp ắc quy duy trì hiệu suất ổn định. Ắc quy Lithium-ion là một trong những ắc quy có điện trở trong thấp nhất hiện hiện nay. 

1.2. Nội Trở Ắc Quy Ô Tô

Nội trở ắc quy ô tô là thước đo sự đối nghịch với dòng điện trong ắc quy. Nó được gây ra bởi các phản ứng hóa học diễn ra trong ắc quy khi phóng điện. Nội trở càng cao thì sự đối nghịch với dòng điện càng lớn và tốc độ phóng điện càng thấp.

Xem thêm Ắc Quy Ô Tô đang bán tại Acquycaocap.vn:

Điện trở trong ắc quy ô tô 12V (12 Volt) khoảng 0,02 ohms, nó sẽ tăng dần theo thời gian sử dụng. Điện trở trong tăng lên làm giảm tốc độ phóng điện, điều này làm xe khó khởi động hơn.

Nội trở trong mỗi ắc quy ô tô sẽ khác nhau, nó phụ thuộc vào quy trình sản xuất, loại ắc quy, công nghệ, cấu trúc bên trong, tuổi thọ, nhiệt độ vận hành, hệ thống nạp - sạc và điện áp ắc quy ô tô.

Bảng xếp hạng nội trở ắc quy ô tô acid chì như sau:

AGM < EFB < MF, CMF, SMF < Hybrid < Nước Truyền Thống

Như vậy, ắc quy AGM và EFB có nội trở thấp nhất, điều này tạo ra CCA cao nhất, giúp ắc quy phóng điện tốt hơn và dễ dàng khởi động xe, thiết bị.

1.3. Nội Trở Ắc Quy Công Nghiệp, UPS

Điện trở trong ắc quy công nghiệp, ắc quy UPS, ắc quy viễn thông, ắc quy xe nâng cần duy trì điện áp cao nhưng ổn định và duy trì trong thời gian dài nên thường cao hơn điện trở trong ắc quy ô tô. Điều này giúp ắc quy duy trì hiệu suất làm việc liên tục trong thời gian lâu hơn.

1.4. Nội Trở PIN

Pin thường có điện trở trong tương đối nhưng duy trì sức mạnh và hiệu suất hoạt động liên tục trong thời gian dài.

2. Nội trở có phải là thông số kỹ thuật quan trọng?

Nội trở ắc quy là chỉ số quan trọng nhưng không phải là chỉ số quyết định đến chất lượng ắc quy. Mỗi loại ắc quy có giá trị nội trở khác nhau để phù hợp cho từng mục đích, nhu cầu sử dụng thực tế.

Ví dụ: Ắc quy ô tô có nội trở thấp để tạo ra dòng phóng điện cao hơn giúp khởi động xe dễ dàng. Nội trở ắc quy xe đạp điện thường ở mức trung bình vì cần khả năng phóng điện vừa phải nhưng duy trì trong thời gian dài. Đối với các ắc quy công nghiệp dùng để lưu trữ năng lượng như năng lượng mặt trời, điện gió thường có chỉ số nội trở cao hơn.

Như vậy, Bạn cần căn cứ vào các yêu cầu kỹ thuật, mục đích sử dụng, nhu cầu thực tế, khả năng tài chính để chọn mua ắc quy phù hợp.

3. Nguyên nhân gây ra, các yếu tố ảnh hưởng đến nội trở

Cấu tạo & các phản ứng hóa học bên trong ắc quy, quá trình sản xuất - vận hành, môi trường sử dụng, tuổi thọ ắc quy là các nguyên nhân chính tạo ra nội trở:

- Công nghệ & cấu tạo ắc quy: Mỗi loại ắc quy thiết kế từ các công nghệ, các thành phần hóa học, phụ gia khác nhau sẽ có điện trở trong khác nhau.

- Phản ứng hóa học bên trong: Các phản ứng hóa học xảy ra tại các cell (ngăn, hộc ắc quy, ắc quy ô tô 12V có 6 cell) tạo ra các hợp chất mới làm thay đổi điện trở. Đồng thời, nó cũng tạo ra các bong bóng khí (thường là hydro, SO4) có xu hướng cách ly các điện cực cell khỏi chất điện phân. Khi ắc quy tải càng cao lượng khí sinh ra càng cao. Điều này làm tăng điện trở trong ắc quy.

- Bản chất của chất điện phân: Mỗi loại chất điện phân khác nhau sẽ có nội trở khác nhau. Đối với ắc quy acid chì sử dụng acid Sulfuric làm chất điện phân, nội trở tăng lên khi nồng độ chất điện phân H₂SO₄ tăng lên.

Tìm hiểu thêm: Chất điện phân

- Điện áp ắc quy: Điện áp cao hơn sẽ tạo ra điện trở trong lớn hơn.

- Tốc độ xả: Tốc tự xả (tự phóng điện) bên trong ắc quy các nhanh tạo ra điện trở càng cao.

- Diện tích bề mặt điện cực tiếp xúc: Đối với ắc quy ô tô thường có số lượng các tấm thẻ cực thấp hơn ắc quy công nghiệp. Việc có ít tấm thẻ cực hơn dẫn đến tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao hơn. Tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao hơn này cho phép dòng điện hoạt động tốt hơn giữa các tấm bản cực và chất điện phân, do đó làm giảm điện trở bên trong của ắc quy. 

- Các tấm sườn cực (tấm lưới cực, tấm thẻ cực, tấm bản cực, Grid battery) bị ăn mòn, hư hỏng.

- Sulfat hóa bên trong ắc quy làm gia tăng nội trở, tốc độ sunfate càng nhanh thì nội trở tạo ra càng lớn. Điều này cũng là nguyên nhân làm ắc quy khó sạc điện hơn, sinh ra nhiệt cao, giảm khả năng phóng điện hơn.

Tìm hiểu thêm: Ắc quy bị Sulfat hóa

- Nhiệt độ ảnh hưởng đến nội trở: Khi nhiệt độ tăng làm giảm nội trở, nhiệt độ giảm làm tăng nội trở. Các phân tử ion trong chất điện phân sẽ di chuyển kém hơn ở nhiệt độ thấp, làm giảm độ dẫn điện của chất điện phân. Tuy nhiên, khi ắc quy vận hành ở môi trường nhiệt độ cao chỉ tăng hiệu suất tức thời nhưng sẽ gây ra nguy hiểm, đẩy nhanh tốc độ ăn mòn, hư hỏng các cấu trúc bên trong, tuổi thọ ắc quy giảm.

Ví dụ: Điện trở bên trong của một Cell Li-ion, đo được 50mΩ ở 25°C (77° ). Nếu nhiệt độ tăng, nội trở giảm. Ở 40°C (104°F), điện trở bên trong giảm xuống khoảng 43mΩ và ở 60°C (140°F) xuống 40mΩ.

- Môi trường vận hành, mức độ sử dụng.

- Tuổi thọ ắc quy: Nội trở sẽ tăng dần theo thời gian sử dụng, ắc quy tuổi thọ càng cao thì nội trở càng lớn vì qua một thời gian vận hành nhất định thì các cấu trúc bên trong ắc quy như tấm sườn lưới bị ăn mòn, các bộ phận khác bị hao mòn, phá vỡ - hư hỏng cấu trúc, tinh thể muối Chì Sunfat PbSO4 xuất hiện nhiều hơn tạo ra điện trở lớn hơn.

4. Nội trở ảnh hưởng đến khả năng vận hành, tuổi thọ ắc quy như thế nào?

- Trở kháng nội bộ ắc quy tăng làm ắc quy nóng lên nhanh chóng, điều này đẩy nhanh tốc độ phá hủy, ăn mòn, hư hại các cấu trúc bên trong ắc quy.

- Đối với ắc quy khởi động: khi điện trở trong tăng lên sẽ làm giảm khả năng phóng điện để khởi động động cơ.

- Đối với ắc quy công nghiệp: Điện trở trong tăng làm giảm khả năng lưu trữ, cung cấp năng lượng, ắc quy dễ bị phù phồng hơn.

- Điện trở trong tăng làm giảm tốc độ & khả năng sạc của ắc quy, thậm chí làm cho ắc quy không thể nạp bổ sung năng lượng.

- Hiệu suất vận hành ắc quy giảm đi khi nội trở tăng.

5. Mối liên hệ giữa Nội Trở và Dòng Khởi Động CCA Ắc Quy

Nội trở ắc quy (r) tỷ lệ nghịch với Dòng khởi động lạnh CCA, nội trở càng cao thì khả năng phóng điện càng thấp.
Tìm hiểu thêm: Dòng khởi động lạnh CCA

6. Công Thức Tính Nội Trở

Nội trở, điện trở trong được tính như sau:

r = (e - U)/I

Ta có:

e = ℰ = EMF = I (R + r) = IR + Ir = U + Ir

Trong đó: 

- r : Nội trở, điện trở trong (Ω)

- R: Điện trở tải (Ω)

- EMF (ElectroMotive Force): Sức điện động, lực điện động (ký hiệu ℰ, đơn vị Volt)

- U: Hiệu điện thế đầu cuối (ký hiệu U, đơn vị Volt)

- I: Cường độ dòng điện (Ký hiệu A, đơn vị Ampe)

Ví dụ: Hiệu điện thế trong 1 cell ắc quy khi không có dòng điện chạy qua mạch là 2,1V. Khi cho cường độ dòng điện I = 0,32 Ampe chạy qua, hiệu điện thế đầu cuối giảm xuống 1,8V. Tính nội trở (r) của cell?

r = (e - U)/I = (2,1 - 1,8)/0,32 = 0,9375Ω

7. Phương Pháp & Cách Đo Nội Trở

7.1. Phương pháp đo điện trở trong

Để đo điện trở trong có 3 phương pháp sử dụng phổ biến nhất:

- Phương pháp thử tải Dòng điện một chiều DC (DC Load Method): Đây phương pháp kiểm tra điện trở trong lâu đời nhất và đáng tin cậy nhất. Pin sẽ xả nhanh trong một giây hoặc lâu hơn. Dòng tải cho pin nhỏ là 1A hoặc nhỏ hơn. Đối với ắc quy khởi động, dòng tải từ 40A - 1000A hoặc lớn hơn. Vôn kế đo điện áp mạch hở (OCV) khi không tải, tiếp theo là đo điện áp khi có tải. Định luật Ohm tính giá trị điện trở (hiệu điện thế chia cho dòng điện bằng điện trở).

R = U/I

- Phương pháp đo độ dẫn điện xoay chiều AC (AC Conductance): Phương pháp đo độ dẫn điện để đánh giá ắc quy khởi động được Keith Champlin báo cáo lần đầu tiên vào năm 1975 bằng cách chứng minh mối tương quan tuyến tính giữa thử nghiệm tải và độ dẫn điện.

- Phương pháp Phổ tổng trở điện hóa, quang phổ trở điện hóa (Electrochemical Impedance Spectroscopy, viết tắt là EIS): EIS được sử dụng phổ biến để nghiên cứu động học các quá trình điện hóa, nó thích hợp để theo dõi sự biến đổi của các quá trình chuyển điện tích xảy ra trong Phân tích nhiệt quét vi sai (Differential scanning calorimetry, viết tắt là DSC) dưới tác động lâu dài của yếu tố nhiệt.

7.2. Cách đo điện trở trong

Để đo nội trở dễ dàng, tiện lợi, thời gian nhanh, độ chính xác cao Chúng ta dùng một số thiết bị điện tử như: 

- Thiết bị kiểm tra nội trở Pin & Ắc Quy Hioki BT3554, BT3554-10, BT3554-50,...

- Máy đo nội trở ắc quy Tenmars TM-6002.

- Máy kiểm tra pin Itech IT5100

- Máy đo điện trở trong Uni-t UT3560 (UT3562 và UT3563).

8. So sánh ắc quy axit chì 12V tốt và xấu bằng giá trị điện trở bên trong?

Trong ắc quy axít chì, điện trở bên trong ắc quy càng thấp thì ắc quy đang ở tình trạng tốt. Đối với ắc quy axít chì 12V chỉ số nội trở (IR) như sau:

- Nếu IR > 30mΩ: Ắc quy đang ở trong tình trạng rất xấu. Có thể không còn sử dụng được và buộc phải thay mới. Đối với ắc quy ô tô có nội trở lớn hơn 30mΩ thì cần thay mới ngay.

- Nếu IR từ 10mΩ - 30mΩ: Tình trạng ắc quy vẫn kém nhưng có thể sử dụng được hoặc có thể phục hồi.

- Nếu IR từ 5mΩ - 10mΩ: Ắc quy ở trạng thái tình trạng hoạt động tốt.

- Nếu IR < 5mΩ: Ắc quy đang ở trong tình trạng rất tốt.

Tuy nhiên, tất cả các tiêu chí chỉ mang tính chất tham khảo, không đảm bảo tình tình trạng ắc quy chính xác hoàn toàn. Bạn cần kiểm tra điện thế, dung lượng, khả năng sạc - xả, tình trạng thực tế ắc quy mới đánh giá được ắc quy đang ở trạng thái tốt hay xấu.

9. Giải Pháp Tăng Giảm, Duy Trì Nội Trở Ắc Quy

Bạn không thể thay đổi điện trở bên trong ắc quy, nó được quyết định bởi bản chất mỗi loại ắc quy, các thành phần cấu tạo, phương pháp sản xuất. Bạn chỉ có thể chọn mua sản phẩm phù hợp và tối ưu hóa hệ thống để ắc quy luôn hoạt động trong trạng thái tốt nhất.

- Sử dụng đúng loại bình, công nghệ, và các khuyến cáo kỹ thuật khi lắp đặt, vận hành để điện trở trong luôn duy trì ở mức cho phép.

- Kiểm soát nhiệt độ hoạt động, tối ưu hóa hệ thống sạc giúp ắc quy vận hành bền bỉ, kéo dài tuổi thọ hơn.

- Kiểm tra thông số nội trở thường xuyên để có phương án khắc phục và tối ưu hóa hệ thống để duy trì tuổi thọ, khả năng vận hành. Tốt nhất là nên kiểm tra mỗi quý một lần để kiểm soát kịp thời các rủi ro có thể gây quá tải cho hệ thống ắc quy - pin.

- Bảo dưỡng, vệ sinh định kỳ ắc quy thường xuyên, kỹ lưỡng.

Copyright by acquycaocap.vn - Premium Battery Company Limited.