Testování odolnosti lithium-iontových baterií běžně zahrnuje tři metody: DCIR, ACIR a EIS.Každá metoda má odlišné principy testování a fyzikální význam a nabízí jedinečný pohled na výkon baterie.Abychom porozuměli rozdílům mezi těmito metodami, musíme nejprve objasnit různé pojmy, které popisují odpor vůči toku proudu.
01. Co je to odpor?
Odpor nemusí nutně odkazovat na součást rezistoru;spíše popisuje opozici, kterou zařízení nebo materiál představuje vůči toku proudu, přičemž zásadně nevratně přeměňuje elektrickou energii na jiné formy energie.Odpor je specifický případ impedance, kdy je reaktanční část nulová.
02. Termíny popisující aktuální odpor
Vnitřní odpor lithium-iontové baterie zahrnuje ohmický odpor, impedanci rozhraní, impedanci přenosu náboje, difúzní impedanci, ohmický polarizační odpor, elektrochemický polarizační odpor a koncentrační polarizační odpor.
- Ohmický odpor: Primárně se skládá z odporu materiálů elektrod, elektrolytů, separátorů a přechodového odporu různých částí.Souvisí to s velikostí, strukturou a montáží baterie.
- Polarizační odpor: Týká se odchylky potenciálu elektrody od rovnovážného potenciálu při průchodu proudu elektrodou.Je způsobena 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 proudovou hustotou, ale ne lineárně, často se zvyšuje lineárně s logaritmem proudové hustoty.
Různé typy baterií mají různé vnitřní odpory.I u stejného typu se může vnitřní odpor lišit v důsledku nejednotnosti chemických vlastností.Vnitřní odpor se měří v miliohmech a je zásadním technickým ukazatelem výkonu baterie.Obvykle nižší vnitřní odpor naznačuje silnější schopnost vysokoproudého vybíjení, zatímco vyšší vnitřní odpor naznačuje slabší vybíjecí schopnosti.
03. Co je DCIR?
DCIR (Direct Current Internal Resistance) měří celkový odpor v baterii, včetně ohmického odporu, impedance rozhraní, impedance přenosu náboje, difúzní impedance, ohmického polarizačního odporu, elektrochemického polarizačního odporu a koncentračního polarizačního odporu.Vzhledem k tomu, že ionty Li procházejí během testování významnými prostorovými změnami, označuje se to jako dynamický odpor.
DCIR se testuje nabíjením a vybíjením baterie specifickou proudovou rychlostí (I) po určitou dobu (t) a zaznamenáváním napětí před (U1) a po (U2) procesu:
R = (U2 – U1)/I
Účelem testování DCIR je získat impedanci baterie, jaká by byla ve skutečných provozních podmínkách.
04. Co je ACIR?
ACIR (Alternating Current Internal Resistance) měří odpor baterie pomocí střídavého proudu pro eliminaci účinků polarizace a přímo měří odpor materiálu vůči proudu.Při dostatečně vysoké frekvenci (f = 1/T) je proudový cyklus dostatečně krátký na to, aby se Li ionty výrazně nepohybovaly ze svých původních poloh, pouze oscilovaly tam a zpět.
Při vysokých frekvencích platí následující předpoklady:
1. Nedochází k žádnému pohybu náboje, takže nedochází k akumulaci náboje a nedochází k polarizaci.
2. Kapacita zůstává nezměněna, protože rozložení náboje se nemění.
3. Neexistuje žádná difúzní impedance, protože poloha Li iontů se nemění.
Obvykle se používá frekvence 1000 Hz, v tomto okamžiku je hodnota ACIR považována za ekvivalentní ohmickému odporu, za předpokladu, že se baterie chová jako čistý odpor.
05. Co je EIC?
Elektrochemická impedanční spektroskopie (EIS): Jedná se o nedestruktivní stanovení parametrů a efektivní metodu pro stanovení kinetického chování baterie.Na bateriový systém je přiveden sinusový napěťový signál s malou amplitudou s frekvencí w1 a systém generuje sinusovou proudovou odezvu s frekvencí w2.Změna poměru budícího napětí k proudu odezvy je impedanční spektrum elektrochemického systému.
Zde lze zjistit, že testovací metody ACIR a EIS jsou stejné, obě používají ke zkoušení střídavý proud.ACIR je však pouze test na určité frekvenci, zatímco EIS je test v rámci frekvenčního rozsahu a účely obou jsou odlišné.
EIS používá k testování střídavý proud v určitém frekvenčním rozsahu.Různé součástky reagují různě na proudy různých frekvencí, aby se obvod rozdělil na různé části a pak uměle stanovili, že každá část odpovídá určité součástce.Ve skutečnosti se v testu EIS účastní na každé frekvenci celý obvod a každá součást přispívá.
Účelem EIS je proto zesílit výkon konkrétních komponent prostřednictvím různých frekvencí tak, aby je zhruba rozdělil a provedl specifickou analýzu určité komponenty.
Čas odeslání: 12. července 2024
