A lítium-ion akkumulátorok ellenállásának tesztelése általában három módszert foglal magában: DCIR, ACIR és EIS.Mindegyik módszer eltérő vizsgálati elvekkel és fizikai jelentőséggel bír, így egyedülálló betekintést nyújt az akkumulátor teljesítményébe.Ahhoz, hogy megértsük a módszerek közötti különbségeket, először tisztáznunk kell az áramáramlással szembeni ellenállást leíró különféle kifejezéseket.
01. Mi az ellenállás?
Az ellenállás nem feltétlenül az ellenállás komponensre vonatkozik;hanem azt az ellenállást írja le, amelyet egy eszköz vagy anyag az áram áramlásával szemben mutat, alapvetően átalakítva az elektromos energiát visszafordíthatatlanul más energiaformákká.Az ellenállás az impedancia sajátos esete, amikor a reaktancia rész nulla.
02. Az áramellenállást leíró kifejezések
A lítium-ion akkumulátor belső ellenállása magában foglalja az ohmos ellenállást, az interfész impedanciát, a töltésátviteli impedanciát, a diffúziós impedanciát, az ohmos polarizációs ellenállást, az elektrokémiai polarizációs ellenállást és a koncentrációs polarizációs ellenállást.
- Ohmikus ellenállás: Elsősorban az elektróda anyagok, elektrolitok, szeparátorok ellenállásából és a különböző alkatrészek érintkezési ellenállásából áll.Ez az akkumulátor méretével, szerkezetével és összeszerelésével függ össze.
- Polarizációs ellenállás: Az elektróda potenciáljának az egyensúlyi potenciáltól való eltérésére utal, amikor az áram áthalad az elektródán.Elektrokémiai reakciók okozzák, és nem állandó;a töltés és kisütés során az aktív anyagok összetételének, az elektrolitkoncentrációnak és a hőmérsékletnek a változása miatt változik.Az ohmos ellenállás követi az Ohm törvényét, míg a polarizációs ellenállás az áramsűrűséggel növekszik, de nem lineárisan, hanem gyakran lineárisan nő az áramsűrűség logaritmusával.
A különböző típusú akkumulátorok eltérő belső ellenállással rendelkeznek.Még ugyanazon a típuson belül is változhat a belső ellenállás a kémiai jellemzők inkonzisztenciája miatt.A belső ellenállást milliohmban mérik, és ez az akkumulátor teljesítményének döntő műszaki mutatója.Általában az alacsonyabb belső ellenállás erősebb nagyáramú kisülési képességet, míg a nagyobb belső ellenállás gyengébb kisülési képességet jelez.
03. Mi az a DCIR?
A DCIR (Direct Current Internal Resistance) az akkumulátoron belüli teljes ellenállást méri, beleértve az ohmos ellenállást, interfész impedanciát, töltésátviteli impedanciát, diffúziós impedanciát, ohmos polarizációs ellenállást, elektrokémiai polarizációs ellenállást és koncentrációs polarizációs ellenállást.Mivel a Li-ionok jelentős térbeli változásokon mennek keresztül a tesztelés során, ezt dinamikus ellenállásnak nevezik.
A DCIR tesztelése során az akkumulátort meghatározott áramerősséggel (I) egy bizonyos ideig (t) töltik és kisütik, és rögzítik a feszültséget a folyamat előtt (U1) és után (U2):
R = (U2 – U1)/I
A DCIR tesztelésének célja az akkumulátor impedanciájának meghatározása, amely a tényleges működési körülmények között lenne.
04. Mi az ACIR?
Az ACIR (váltakozó áramú belső ellenállás) az akkumulátor ellenállását váltóáram segítségével méri, hogy kiküszöbölje a polarizáció hatását, és közvetlenül mérje az anyag áramellenállását.Megfelelően magas frekvenciánál (f = 1/T) az áramciklus elég rövid ahhoz, hogy a Li-ionok ne mozduljanak el jelentősen eredeti helyzetükről, csak ide-oda oszcillálnak.
Magas frekvenciákon a következő feltételezéseket teszik:
1. Nem történik töltésmozgás, így nem történik töltésfelhalmozódás és polarizáció sem.
2. A kapacitás változatlan marad, mivel a töltéseloszlás nem változik.
3. Nincs diffúziós impedancia, mert a Li-ionok helyzete nem változik.
Általában 1000 Hz-es frekvenciát használnak, ekkor az ACIR értéket az ohmos ellenállással egyenértékűnek tekintik, feltételezve, hogy az akkumulátor tiszta ellenállásként viselkedik.
05. Mi az EIC?
Elektrokémiai impedancia spektroszkópia (EIS): Ez egy roncsolásmentes paramétermeghatározás és hatékony módszer az akkumulátor kinetikai viselkedésének meghatározására.Kis amplitúdójú, w1 frekvenciájú szinuszos feszültségjel kerül az akkumulátorrendszerre, és a rendszer w2 frekvenciájú szinuszos áramválaszt generál.A gerjesztő feszültség és a válaszáram arányának változása az elektrokémiai rendszer impedancia spektruma.
Itt látható, hogy az ACIR és az EIS vizsgálati módszerei megegyeznek, mindkettő váltóáramot használ a teszteléshez.Az ACIR azonban csak egy bizonyos frekvencián végzett teszt, míg az EIS egy frekvenciatartományon belüli teszt, és a kettő célja eltérő.
Az EIS egy bizonyos frekvenciatartományon belüli váltakozó áramot használ a teszteléshez.A különböző alkatrészek eltérően reagálnak a különböző frekvenciájú áramokra, hogy az áramkört különböző részekre bontsák, majd mesterségesen előírják, hogy minden rész egy bizonyos összetevőnek feleljen meg.Valójában az EIS tesztben a teljes áramkör részt vesz minden frekvencián, és minden komponens hozzájárul.
Ezért az EIS célja, hogy felerősítse az egyes komponensek teljesítményét különböző frekvenciákon keresztül úgy, hogy durván felosztja őket, és specifikus elemzést készítsen egy bizonyos összetevőről.
Feladás időpontja: 2024.07.12
