Testování odporu lithium-iontových baterií obvykle zahrnuje tři metody: DCIR, ACIR a EIS. Každá metoda má odlišné testovací principy a fyzikální význam a nabízí jedinečný vhled do výkonu baterie. Abychom pochopili rozdíly mezi těmito metodami, musíme si nejprve vyjasnit různé pojmy, které popisují odpor vůči průtoku proudu.
01. Co je to odpor?
Odpor se nemusí nutně vztahovat na rezistorovou složku; spíše popisuje odpor, který zařízení nebo materiál klade toku proudu, čímž v podstatě nevratně přeměňuje elektrickou energii na jiné formy energie. Odpor je specifickým případem impedance, kdy je reaktanční složka nulová.
02. Pojmy popisující proudový odpor
Vnitřní odpor lithium-iontové baterie zahrnuje ohmický odpor, impedanci rozhraní, impedanci přenosu náboje, difuzní impedanci, ohmický polarizační odpor, elektrochemický polarizační odpor a koncentrační polarizační odpor.
- Ohmický odpor: Skládá se primárně z odporu materiálů elektrod, elektrolytů, separátorů a kontaktního odporu různých součástí. Souvisí s velikostí, strukturou a montáží baterie.
- Polarizační odpor: Vztahuje se k odchylce elektrodového potenciálu od rovnovážného potenciálu při průchodu proudu elektrodou. Je způsoben elektrochemickými reakcemi a není konstantní; mění se během nabíjení a vybíjení v důsledku změn ve složení aktivních materiálů, koncentrace elektrolytu a teploty. Ohmický odpor se řídí Ohmovým zákonem, zatímco polarizační odpor se zvyšuje s hustotou proudu, ale ne lineárně, často roste lineárně s logaritmem hustoty proudu.
Různé typy baterií mají různý vnitřní odpor. I v rámci stejného typu se vnitřní odpor může lišit v důsledku rozdílných chemických vlastností. Vnitřní odpor se měří v miliohmech a je klíčovým technickým ukazatelem výkonu baterie. Nižší vnitřní odpor obvykle naznačuje silnější schopnost vybíjení vysokým proudem, zatímco vyšší vnitřní odpor naznačuje slabší vybíjecí schopnosti.
03. Co je DCIR?
DCIR (Direct Current Internal Resistance) měří celkový odpor uvnitř baterie, včetně ohmického odporu, impedance rozhraní, impedance přenosu náboje, difuzní impedance, ohmického polarizačního odporu, elektrochemického polarizačního odporu a koncentračního polarizačního odporu. Protože ionty Li během testování procházejí významnými prostorovými změnami, označuje se tento odpor jako dynamický.
DCIR se testuje nabíjením a vybíjením baterie specifickým proudem (I) po určitou dobu (t) a zaznamenáním napětí před (U1) a po (U2) procesu:
R = (U2 – U1)/I
Účelem testování DCIR je získat impedanci baterie tak, jak by byla za skutečných provozních podmínek.
04. Co je ACIR?
ACIR (Alternating Current Internal Resistance) měří odpor baterie pomocí střídavého proudu, aby se eliminovaly účinky polarizace a přímo se měří odpor materiálu vůči proudu. Při dostatečně vysoké frekvenci (f = 1/T) je proudový cyklus dostatečně krátký, aby se ionty Li významně nepohnuly ze svých původních poloh a pouze kmitaly tam a zpět.
Při vysokých frekvencích se předpokládá:
1. Nedochází k žádnému pohybu náboje, takže nedochází k jeho akumulaci a k polarizaci.
2. Kapacita zůstává nezměněna, protože se nemění rozložení náboje.
3. Neexistuje žádná difuzní impedance, protože se poloha iontů Li nemění.
Obvykle se používá frekvence 1000 Hz, v tomto bodě se hodnota ACIR považuje za ekvivalentní ohmickému odporu, za předpokladu, že se baterie chová jako čistý rezistor.
05. Co je to EIC?
Elektrochemická impedanční spektroskopie (EIS): Jedná se o nedestruktivní stanovení parametrů a účinnou metodu pro určení kinetického chování baterie. Na bateriový systém je přiveden sinusový napěťový signál s malou amplitudou a frekvencí w1 a systém generuje sinusovou proudovou odezvu s frekvencí w2. Změna poměru budicího napětí k odezvovému proudu je impedanční spektrum elektrochemického systému.
Zde lze zjistit, že testovací metody ACIR a EIS jsou stejné, obě používají k testování střídavý proud. ACIR je však test pouze na určité frekvenci, zatímco EIS je test v rámci frekvenčního rozsahu a účely těchto dvou metod se liší.
EIS používá k testování střídavý proud v určitém frekvenčním rozsahu. Různé součástky reagují odlišně na proudy různých frekvencí, čímž se obvod rozdělí na různé části a poté se uměle stanoví, že každá část odpovídá určité součástce. Ve skutečnosti se v testu EIS účastní celý obvod na každé frekvenci a každá součástka přispívá.
Účelem EIS je tedy zesílit výkon specifických komponent prostřednictvím různých frekvencí, aby je bylo možné zhruba rozdělit a provést specifickou analýzu určité komponenty.
Čas zveřejnění: 12. července 2024
