¿Las baterías pierden voltaje a medida que se agotan?

V = IR

La resistencia se mantiene igual, y sé como un hecho que yo (o la corriente) disminuye (mis cosas funcionan más lentamente con baterías viejas).

Entonces, ¿podría una batería de 9 voltios convertirse en una de 1.5 voltios?

Ambos efectos ocurren cuando se agota la batería. El voltaje de circuito abierto disminuye y la resistencia interna aumenta. Tenga en cuenta que el voltaje de circuito abierto mide específicamente el voltaje que la batería produce con la resistencia interna eliminada de la ecuación. Esto se debe a que no hay corriente a través de esa resistencia, por lo tanto, no hay caída de voltaje a través de ella. Cualquier voltímetro decente tendrá una resistencia de entrada de al menos 10 MΩ, que es mucho más que incluso una batería agotada para no importar.

Dicho todo esto, las diferentes químicas de la batería tienen diferentes características con respecto a estos dos parámetros a medida que se agotan. NiCd y NiMH tienen curvas de descarga bastante planas después de un corto período inicial. Eso significa que el voltaje de circuito abierto no baja mucho durante la mayor parte del ciclo de descarga, incluso cuando la energía almacenada está disminuyendo constantemente. Estas baterías muestran una caída de voltaje bastante pronunciada a medida que se agota el último 10% de energía. Por lo tanto, para un NiMH o NiCd, es difícil determinar un estado de carga solo a partir del voltaje.

Otras químicas tienen una curva de descarga más lineal (voltaje en función de los Coulombs acumulados drenados a una corriente fija). Las células anticuadas de carbono-zinc son más como esta. Por lo general, también existe una dependencia significativa de la temperatura, tanto en términos de voltaje como de capacidad.

Sí, las baterías pueden complicarse.

De hecho, su batería de 9V dará una lectura de voltaje más baja cuando se agote y eso no se debe solo a una mayor resistencia interna; Puede leer 6 o 7V incluso con un DMM de muy alta impedancia. No estoy seguro de que pueda bajar hasta 1.5V; El aumento de la resistencia interna hace que al final ya casi no se pueda extraer energía, por lo que espero que el voltaje se asintóticamente a un voltaje algo más alto. Aun así, un 9V agotado hasta 1.5V nunca podrá suministrar la corriente que puede suministrar una batería de 1.5V.

En realidad, la resistencia cambia drásticamente a medida que la batería se agota. El voltaje disminuirá con el uso, pero en muchas aplicaciones la mayor resistencia interna hará que la batería quede inutilizable mucho antes que el voltaje reducido.

A medida que una batería se agota, su voltaje de circuito abierto disminuirá y su resistencia interna aumentará. A menos que la batería esté casi totalmente agotada, aunque el voltaje de circuito abierto permanecerá razonablemente plano en comparación con la resistencia interna que parece caer bastante linealmente (aunque imagino que las diferentes químicas variarán).
Una batería de 9V puede comenzar con, digamos, 5 ohmios de resistencia interna, alcanzando más de 100 ohmios cuando se descarga (las cifras son una guía aproximada, no se investigó exactamente). Si tomamos una batería de 9V moderadamente descargada (resistencia interna aumentada a 50 ohmios) y leemos con un multímetro (una carga de, digamos, 1 megaohmio), podríamos leer alrededor de 9V todavía, ya que el multímetro casi no tiene carga en el circuito (por ejemplo, 9 * 1000000/1000050 = 8.99V).
Bajo una carga de 500 ohmios, aunque caería a 9 * 500 / (500 + 50) = 8.18V.
Tal vez el voltaje de circuito abierto termine en digamos 7.5V y la resistencia de 200 ohmios (nuevamente estas cifras son solo un ejemplo aproximado, Google sin duda lo sabrá mejor)

Entonces sí, el voltaje cae a medida que las baterías se agotan, y también aumenta la resistencia interna. Por lo general, es mejor verificar una batería debajo de una carga para tener una buena idea de qué tan descargada está.

El voltaje de estado estable de Voc o circuito abierto es muy lineal en declive con SOC ya que la batería es una capacitancia bastante constante con un voltaje de carga. Sin embargo, la ESR aumenta bruscamente más allá del 90% de SOC y sube lentamente por debajo del 50% de SOC y luego rápidamente por debajo del 10%, algo así como una curva de bañera. Por lo tanto, la ESR y la corriente reciente con capacidad de carga secundaria de memoria con una ESR más alta afecta en gran medida el voltaje de la batería cargada con SOC. El ESR aumenta la pendiente con una corriente de carga de V vs SOC en cada extremo.

Como sabemos, los circuitos de CC están clasificados en VA, producto del voltaje y la corriente, es decir; si el voltaje de la batería baja durante el proceso de descarga, la batería ha suministrado corriente alta para que coincida con la carga VA requerida, pero el voltaje disminuye la resistencia interna de la batería aumenta de modo que la batería no puede dar a la cantidad requerida de currnet la carga real requerida, por lo que se descubre que la batería está descargada.

¿No sería seguro utilizar la analogía de que la batería es como dos ciclistas unidos en la parte inferior con un tubo, uno lleno de agua y el otro vacío? A medida que abre el circuito, el cilindro lleno intenta correr hacia el vacío. Durante un tiempo, el desequilibrio electrónico mantiene el cilindro lleno volcando al vacío. Después de que los lados comienzan a ecualizarse, la presión de la corriente de agua disminuye y es como si el tubo (o resistencia interna) permitiera que cruzara muy poca agua, bajando el voltaje. Queda algo de presión (voltaje). Pero la resistencia del circuito o componentes es demasiado grande para que el voltaje sea efectivo

¡Es abusivo usar V = IR de la forma en que lo ha usado! Esto es estrictamente aplicable a una corriente eléctrica que fluye a través de una carga resistiva bajo el efecto de un potencial (voltaje). Ahora defina la carga resistiva, el voltaje y la corriente en la que aplica la ley de Ohm:

• Es: V es el voltaje de la batería, R es la resistencia o carga externa, e I es la corriente que pasa. entonces esto no tiene nada que ver con que el voltaje de la batería sea menor a medida que se consume.
• ¿Es: V es el voltaje de la batería, R como la resistencia interna de la batería e I como la corriente suministrada por la batería a la carga externa? La aplicación de la ley de Ohm aquí puede decirnos que el voltaje leído en los terminales de la batería disminuye si la corriente suministrada por la batería aumenta.

En cuanto a que el voltaje de la batería se reduce a medida que el estado de carga se reduce (cuanto más consumimos la batería), esto está relacionado con el cambio en los materiales químicos que realmente producen el voltaje, es decir, electrodos sumergidos en electrolitos. Es decir, la pérdida de electrodos de electrones libres adicionales.

La velocidad y el comportamiento de cómo cambia el voltaje con respecto al estado de carga depende de la química de la batería y no de ninguna ley eléctrica. Como ejemplo, aquí hay una comparación entre la forma de la caída de voltaje de las baterías alcalinas en comparación con las baterías de NiMh a medida que las baterías se consumen ( fuente ):

tenga en cuenta que cuando menciono "voltaje de la batería", me refiero al voltaje de circuito abierto, que no es corriente que fluye a través de la batería. La resistencia interna no tiene ningún efecto sobre este voltaje.