Tester la résistance des batteries lithium-ion implique généralement trois méthodes : DCIR, ACIR et EIS.Chaque méthode a des principes de test et une signification physique distincts, offrant des informations uniques sur les performances de la batterie.Pour comprendre les différences entre ces méthodes, nous devons d’abord clarifier divers termes décrivant la résistance au flux de courant.
01. Qu'est-ce que la Résistance ?
La résistance ne fait pas nécessairement référence à un composant de résistance ;il décrit plutôt l'opposition qu'un dispositif ou un matériau présente au flux de courant, convertissant fondamentalement l'énergie électrique en d'autres formes d'énergie de manière irréversible.La résistance est un cas spécifique d'impédance lorsque la partie de réactance est nulle.
02. Termes décrivant la résistance actuelle
La résistance interne d'une batterie lithium-ion comprend la résistance ohmique, l'impédance d'interface, l'impédance de transfert de charge, l'impédance de diffusion, la résistance de polarisation ohmique, la résistance de polarisation électrochimique et la résistance de polarisation de concentration.
- Résistance ohmique : principalement composée de la résistance des matériaux d'électrode, des électrolytes, des séparateurs et de la résistance de contact de diverses pièces.Cela dépend de la taille, de la structure et de l’assemblage de la batterie.
- Résistance de polarisation : fait référence à la déviation du potentiel de l'électrode par rapport au potentiel d'équilibre lorsque le courant traverse l'électrode.Elle est provoquée par des réactions électrochimiques et n’est pas constante ;il change pendant la charge et la décharge en raison des variations de la composition des matériaux actifs, de la concentration de l'électrolyte et de la température.La résistance ohmique suit la loi d'Ohm, tandis que la résistance de polarisation augmente avec la densité de courant mais pas de manière linéaire, augmentant souvent de manière linéaire avec le logarithme de la densité de courant.
Différents types de batteries ont des résistances internes différentes.Même au sein d’un même type, la résistance interne peut varier en raison d’incohérences dans les caractéristiques chimiques.La résistance interne est mesurée en milliohms et constitue un indicateur technique crucial des performances de la batterie.En règle générale, une résistance interne plus faible indique une capacité de décharge plus forte, tandis qu'une résistance interne plus élevée suggère des capacités de décharge plus faibles.
03. Qu'est-ce que le DCIR ?
DCIR (Direct Current Internal Resistance) mesure la résistance totale à l'intérieur de la batterie, y compris la résistance ohmique, l'impédance d'interface, l'impédance de transfert de charge, l'impédance de diffusion, la résistance de polarisation ohmique, la résistance de polarisation électrochimique et la résistance de polarisation de concentration.Étant donné que les ions Li subissent des changements spatiaux importants au cours des tests, on parle de résistance dynamique.
Le DCIR est testé en chargeant et en déchargeant la batterie avec un taux de courant spécifique (I) pendant une certaine durée (t), et en enregistrant la tension avant (U1) et après (U2) le processus :
R = (U2 – U1)/I
Le but du test DCIR est d'obtenir l'impédance de la batterie telle qu'elle serait dans des conditions de fonctionnement réelles.
04. Qu'est-ce que l'ACIR ?
L'ACIR (Alternating Current Internal Resistance) mesure la résistance de la batterie en utilisant le courant alternatif pour éliminer les effets de polarisation et mesurer directement la résistance du matériau au courant.Avec une fréquence suffisamment élevée (f = 1/T), le cycle de courant est suffisamment court pour que les ions Li ne se déplacent pas de manière significative par rapport à leurs positions d'origine, oscillant simplement d'avant en arrière.
Aux hautes fréquences, les hypothèses suivantes sont faites :
1. Aucun mouvement de charge ne se produit, il n’y a donc pas d’accumulation de charge et aucune polarisation ne se produit.
2. La capacité reste inchangée puisque la répartition des charges ne change pas.
3. Il n’y a pas d’impédance de diffusion car la position des ions Li ne change pas.
Généralement, une fréquence de 1 000 Hz est utilisée, auquel cas la valeur ACIR est considérée comme équivalente à la résistance ohmique, en supposant que la batterie se comporte comme une pure résistance.
05. Qu'est-ce que l'EIC ?
Spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) : Il s'agit d'une détermination non destructive des paramètres et d'une méthode efficace pour déterminer le comportement cinétique de la batterie.Un signal de tension sinusoïdale de petite amplitude avec une fréquence de w1 est appliqué au système de batterie, et le système génère une réponse en courant sinusoïdal avec une fréquence de w2.La modification du rapport entre la tension d'excitation et le courant de réponse constitue le spectre d'impédance du système électrochimique.
On peut constater ici que les méthodes de test ACIR et EIS sont les mêmes, toutes deux utilisant du courant alternatif pour les tests.Cependant, l'ACIR n'est qu'un test sur une certaine fréquence, tandis que l'EIS est un test dans une plage de fréquences, et les objectifs des deux sont différents.
EIS utilise un courant alternatif dans une certaine plage de fréquences pour tester.Différents composants réagissent différemment aux courants de différentes fréquences pour diviser le circuit en différentes parties, puis stipuler artificiellement que chaque partie correspond à un certain composant.En fait, dans le test EIS, l'ensemble du circuit participe à chaque fréquence, et chaque composant y contribue.
Par conséquent, le but de l'EIS est d'amplifier les performances de composants spécifiques à travers différentes fréquences, de manière à les diviser grossièrement et à effectuer une analyse spécifique d'un composant donné.
Heure de publication : 12 juillet 2024
