Le test de résistance des batteries lithium-ion fait généralement appel à trois méthodes : DCIR, ACIR et EIS. Chaque méthode possède des principes de test et une signification physique spécifiques, offrant ainsi des informations uniques sur les performances de la batterie. Pour comprendre les différences entre ces méthodes, il convient d'abord de clarifier les différents termes décrivant la résistance au courant.
01. Qu'est-ce que la résistance ?
La résistance ne désigne pas nécessairement un composant résistif ; elle décrit plutôt l'opposition qu'un dispositif ou un matériau oppose au flux de courant, convertissant ainsi irréversiblement l'énergie électrique en d'autres formes d'énergie. La résistance est un cas particulier d'impédance lorsque la 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 : Elle se compose principalement de la résistance des matériaux des électrodes, des électrolytes, des séparateurs et de la résistance de contact des différents composants. Elle est liée à la taille, à la structure et à l'assemblage de la batterie.
- Résistance de polarisation : désigne l’écart entre le potentiel de l’électrode et son potentiel d’équilibre lorsque le courant la traverse. Elle est due à des réactions électrochimiques et n’est pas constante ; elle varie pendant la charge et la décharge en raison des variations de composition des matériaux actifs, de concentration de l’électrolyte et de température. La résistance ohmique suit la loi d’Ohm, tandis que la résistance de polarisation augmente avec la densité de courant, mais pas de façon linéaire, augmentant souvent linéairement avec le logarithme de la densité de courant.
Les différents types de batteries présentent des résistances internes différentes. Même au sein d'un même type, la résistance interne peut varier en raison de caractéristiques chimiques différentes. La résistance interne, mesurée en milliohms, est un indicateur technique crucial des performances d'une batterie. Généralement, une résistance interne faible indique une meilleure capacité de décharge à courant élevé, tandis qu'une résistance interne élevée suggère une capacité de décharge plus faible.
03. Qu'est-ce que DCIR ?
La résistance interne en courant continu (DCIR) mesure la résistance totale de la batterie, incluant 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. Les ions lithium subissant d'importantes variations spatiales lors 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 ?
La résistance interne en courant alternatif (ACIR) 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 lithium ne se déplacent pas significativement de leur position initiale, 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 distribution de charge ne change pas.
3. Il n’y a pas d’impédance de diffusion car la position des ions Li ne change pas.
En règle générale, une fréquence de 1 000 Hz est utilisée, à laquelle la valeur ACIR est considérée comme équivalente à la résistance ohmique, en supposant que la batterie se comporte comme une résistance pure.
05. Qu'est-ce que l'EIC ?
Spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) : Il s'agit d'une méthode non destructive de détermination des paramètres et d'analyse du comportement cinétique d'une batterie. Un signal de tension sinusoïdal de faible amplitude, de fréquence w1, est appliqué au système de batterie, qui génère une réponse en courant sinusoïdal de fréquence w2. La variation du rapport entre la tension d'excitation et le courant de réponse constitue le spectre d'impédance du système électrochimique.
On constate ici que les méthodes de test ACIR et EIS sont identiques, utilisant toutes deux le courant alternatif. Cependant, l'ACIR ne teste qu'à une certaine fréquence, tandis que l'EIS se limite à une plage de fréquences donnée. Leurs objectifs sont donc différents.
Le test EIS utilise un courant alternatif dans une plage de fréquences donnée. Les composants réagissent différemment aux courants de fréquences différentes, ce qui divise le circuit en plusieurs parties, puis stipule artificiellement que chaque partie correspond à un composant spécifique. En fait, lors du 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, afin de les diviser grossièrement et de faire une analyse spécifique d'un certain composant.
Date de publication : 12 juillet 2024
