Для испытания сопротивления литий-ионных аккумуляторов обычно используются три метода: DCIR, ACIR и EIS. Каждый метод имеет свои принципы и физическое значение, предоставляя уникальную информацию о характеристиках аккумулятора. Чтобы понять различия между этими методами, необходимо сначала разъяснить термины, описывающие сопротивление току.
01. Что такое Сопротивление?
Сопротивление не обязательно относится к резистивному компоненту; оно скорее описывает противодействие, которое устройство или материал оказывает электрическому току, по сути, необратимо преобразуя электрическую энергию в другие формы энергии. Сопротивление — это частный случай импеданса, когда реактивная составляющая равна нулю.
02. Термины, описывающие сопротивление тока
Внутреннее сопротивление литий-ионного аккумулятора включает омическое сопротивление, интерфейсное сопротивление, сопротивление переносу заряда, диффузионное сопротивление, омическое поляризационное сопротивление, электрохимическое поляризационное сопротивление и концентрационное поляризационное сопротивление.
- Омическое сопротивление: в основном складывается из сопротивления материалов электродов, электролитов, сепараторов и контактного сопротивления различных деталей. Оно зависит от размера, конструкции и сборки аккумулятора.
- Поляризационное сопротивление: относится к отклонению потенциала электрода от равновесного при прохождении тока через электрод. Оно вызвано электрохимическими реакциями и не является постоянным; оно изменяется в процессе зарядки и разрядки из-за изменений состава активных материалов, концентрации электролита и температуры. Омическое сопротивление подчиняется закону Ома, в то время как поляризационное сопротивление увеличивается с плотностью тока, но не линейно, а линейно с логарифмом плотности тока.
Разные типы аккумуляторов имеют разное внутреннее сопротивление. Даже в пределах одного типа внутреннее сопротивление может варьироваться из-за различий в химических характеристиках. Внутреннее сопротивление измеряется в миллиомах и является важнейшим техническим показателем производительности аккумулятора. Как правило, более низкое внутреннее сопротивление указывает на более высокую способность к разряду высоким током, тогда как более высокое внутреннее сопротивление указывает на более низкую способность к разряду.
03. Что такое DCIR?
Внутреннее сопротивление постоянному току (DCIR) измеряет общее сопротивление аккумулятора, включая омическое сопротивление, импеданс интерфейса, импеданс переноса заряда, диффузионное сопротивление, омическое поляризационное сопротивление, электрохимическое поляризационное сопротивление и концентрационное поляризационное сопротивление. Поскольку ионы лития претерпевают значительные пространственные изменения во время испытания, это сопротивление называется динамическим.
DCIR тестируется путем зарядки и разрядки аккумулятора при определенной силе тока (I) в течение определенного времени (t) и регистрации напряжения до (U1) и после (U2) процесса:
R = (U2 – U1)/I
Целью тестирования DCIR является получение значения сопротивления аккумулятора, которое будет соответствовать реальным условиям эксплуатации.
04. Что такое ACIR?
Внутреннее сопротивление переменного тока (ACIR) измеряет сопротивление аккумулятора с помощью переменного тока, чтобы исключить влияние поляризации и напрямую измерить сопротивление материала. При достаточно высокой частоте (f = 1/T) цикл тока достаточно короткий, чтобы ионы Li не смещались значительно со своих исходных позиций, а лишь совершали колебания вперёд и назад.
На высоких частотах делаются следующие предположения:
1. Перемещения заряда не происходит, поэтому не происходит накопления заряда и не возникает поляризация.
2. Емкость остается неизменной, поскольку распределение заряда не меняется.
3. Диффузионное сопротивление отсутствует, поскольку положение ионов Li не меняется.
Обычно используется частота 1000 Гц, при которой значение ACIR считается эквивалентным омическому сопротивлению, предполагая, что батарея ведет себя как чистый резистор.
05. Что такое EIC?
Электрохимическая импедансная спектроскопия (ЭИС): это эффективный метод неразрушающего определения параметров и анализа кинетических характеристик аккумуляторов. К аккумуляторной системе прикладывается синусоидальный сигнал напряжения малой амплитуды с частотой w1, и система генерирует синусоидальный ток с частотой w2. Изменение отношения напряжения возбуждения к току отклика представляет собой спектр импеданса электрохимической системы.
Здесь можно увидеть, что методы испытаний ACIR и EIS одинаковы, поскольку оба используют переменный ток. Однако ACIR — это испытание только на определённой частоте, тогда как EIS — испытание в определённом диапазоне частот, и цели этих двух методов различны.
В методе EIS для испытаний используется переменный ток определённого диапазона частот. Различные компоненты по-разному реагируют на токи разных частот, что позволяет разделить цепь на отдельные части, а затем искусственно определить, что каждая часть соответствует определённому компоненту. Фактически, в тесте EIS участвует вся цепь на каждой частоте, и каждый компонент вносит свой вклад.
Таким образом, целью EIS является усиление характеристик определенных компонентов посредством различных частот, чтобы иметь возможность приблизительно разделить их и провести конкретный анализ определенного компонента.
Время публикации: 12 июля 2024 г.
