Тестването на съпротивлението на литиево-йонните батерии обикновено включва три метода: DCIR, ACIR и EIS. Всеки метод има различни принципи на тестване и физическо значение, предлагайки уникална информация за производителността на батерията. За да разберем разликите между тези методи, първо трябва да изясним различните термини, които описват съпротивлението на протичане на ток.
01. Какво е съпротивление?
Съпротивлението не се отнася непременно до резисторен компонент; по-скоро то описва противодействието, което дадено устройство или материал оказва на потока на ток, като по същество преобразува електрическата енергия в други форми на енергия необратимо. Съпротивлението е специфичен случай на импеданс, когато реактивната част е нула.
02. Термини, описващи съпротивлението на тока
Вътрешното съпротивление на литиево-йонната батерия включва омично съпротивление, интерфейсен импеданс, импеданс за пренос на заряд, дифузионен импеданс, омично поляризационно съпротивление, електрохимично поляризационно съпротивление и концентрационно поляризационно съпротивление.
- Омично съпротивление: Състои се предимно от съпротивлението на електродните материали, електролитите, сепараторите и контактното съпротивление на различни части. Свързано е с размера, структурата и сглобяването на батерията.
- Поляризационно съпротивление: Отнася се до отклонението на електродния потенциал от равновесния потенциал, когато токът преминава през електрода. То се причинява от електрохимични реакции и не е постоянно; променя се по време на зареждане и разреждане поради вариации в състава на активните материали, концентрацията на електролита и температурата. Омичното съпротивление следва закона на Ом, докато поляризационното съпротивление се увеличава с плътността на тока, но не линейно, често се увеличава линейно с логаритъма на плътността на тока.
Различните видове батерии имат различно вътрешно съпротивление. Дори в рамките на един и същи тип, вътрешното съпротивление може да варира поради несъответствия в химичните характеристики. Вътрешното съпротивление се измерва в милиоми и е ключов технически показател за производителността на батерията. Обикновено по-ниското вътрешно съпротивление показва по-силна способност за разреждане с висок ток, докато по-високото вътрешно съпротивление предполага по-слаба способност за разреждане.
03. Какво е DCIR?
DCIR (вътрешно съпротивление на постоянен ток) измерва общото съпротивление в батерията, включително омично съпротивление, импеданс на интерфейса, импеданс на пренос на заряд, дифузионен импеданс, омично поляризационно съпротивление, електрохимично поляризационно съпротивление и концентрационно поляризационно съпротивление. Тъй като литиевите йони претърпяват значителни пространствени промени по време на тестване, това се нарича динамично съпротивление.
DCIR се тества чрез зареждане и разреждане на батерията със специфична скорост на тока (I) за определен период от време (t) и записване на напрежението преди (U1) и след (U2) процеса:
R = (U2 – U1)/I
Целта на тестването на DCIR е да се получи импедансът на батерията такъв, какъвто би бил в реални работни условия.
04. Какво е ACIR?
ACIR (Вътрешно съпротивление на променлив ток) измерва съпротивлението на батерията, използвайки променлив ток, за да елиминира ефектите от поляризацията и директно да измери съпротивлението на материала на ток. При достатъчно висока честота (f = 1/T), цикълът на тока е достатъчно кратък, така че литиевите йони да не се изместват значително от първоначалните си позиции, а просто да осцилират напред-назад.
При високи честоти се правят следните предположения:
1. Не се наблюдава движение на заряда, следователно няма натрупване на заряд и не се наблюдава поляризация.
2. Капацитетът остава непроменен, тъй като разпределението на заряда не се променя.
3. Няма дифузионен импеданс, тъй като позицията на литиевите йони не се променя.
Обикновено се използва честота от 1000Hz, като в този момент стойността на ACIR се счита за еквивалентна на омичното съпротивление, приемайки, че батерията се държи като чист резистор.
05. Какво е EIC?
Електрохимична импедансна спектроскопия (EIS): Това е неразрушителен метод за определяне на параметри и ефективен метод за определяне на кинетичното поведение на батерията. Към батерията се прилага синусоидален напреженов сигнал с малка амплитуда и честота w1, който генерира синусоидален токов отклик с честота w2. Промяната в съотношението на възбуждащото напрежение към тока на отклик е импедансният спектър на електрохимичната система.
Тук може да се види, че методите за изпитване ACIR и EIS са едни и същи, като и двата използват променлив ток за изпитване. ACIR обаче е тест само при определена честота, докато EIS е тест в рамките на честотен диапазон и целите на двата са различни.
EIS използва променлив ток в определен честотен диапазон за тестване. Различните компоненти реагират различно на токове с различна честота, за да разделят веригата на различни части, а след това изкуствено се определя, че всяка част съответства на определен компонент. Всъщност, в EIS теста, цялата верига участва на всяка честота и всеки компонент допринася.
Следователно, целта на EIS е да усили производителността на специфични компоненти чрез различни честоти, така че грубо да ги раздели и да направи специфичен анализ на определен компонент.
Време на публикуване: 12 юли 2024 г.
