리튬 이온 배터리의 저항을 테스트하는 데는 일반적으로 DCIR, ACIR, EIS의 세 가지 방법이 있습니다. 각 방법은 고유한 테스트 원리와 물리적 의미를 가지며, 이를 통해 배터리 성능에 대한 고유한 통찰력을 제공합니다. 이러한 방법의 차이점을 이해하려면 먼저 전류 흐름에 대한 저항을 설명하는 다양한 용어를 명확히 이해해야 합니다.
01. 저항이란 무엇인가요?
저항은 반드시 저항 성분을 지칭하는 것은 아닙니다. 오히려 장치나 물질이 전류 흐름에 대해 나타내는 저항을 나타내며, 근본적으로 전기 에너지를 다른 형태의 에너지로 비가역적으로 변환합니다. 저항은 리액턴스 부분이 0일 때 임피던스의 특수한 경우입니다.
02. 전류 저항을 설명하는 용어
리튬 이온 배터리의 내부 저항에는 오믹 저항, 계면 임피던스, 전하 전달 임피던스, 확산 임피던스, 오믹 분극 저항, 전기화학적 분극 저항, 농도 분극 저항이 포함됩니다.
- 옴 저항: 주로 전극 재료, 전해질, 분리막의 저항, 그리고 다양한 부품의 접촉 저항으로 구성됩니다. 배터리의 크기, 구조 및 조립과 관련이 있습니다.
- 분극 저항: 전류가 전극을 통과할 때 전극 전위가 평형 전위에서 벗어나는 현상을 말합니다. 이는 전기화학 반응에 의해 발생하며 일정하지 않습니다. 활물질의 조성, 전해질 농도, 온도 등의 변화에 따라 충전 및 방전 중에 변합니다. 옴 저항은 옴의 법칙을 따르지만, 분극 저항은 전류 밀도에 따라 증가하지만 선형적으로 증가하지는 않으며, 종종 전류 밀도의 대수적 증가에 따라 선형적으로 증가합니다.
배터리 종류에 따라 내부 저항이 다릅니다. 같은 종류라 하더라도 화학적 특성의 차이로 인해 내부 저항이 달라질 수 있습니다. 내부 저항은 밀리옴 단위로 측정되며 배터리 성능을 나타내는 중요한 기술 지표입니다. 일반적으로 내부 저항이 낮을수록 고전류 방전 능력이 우수함을 나타내고, 내부 저항이 높을수록 방전 능력이 약함을 나타냅니다.
03. DCIR이란 무엇인가요?
DCIR(직류 내부 저항)은 옴 저항, 계면 임피던스, 전하 전달 임피던스, 확산 임피던스, 옴 분극 저항, 전기화학적 분극 저항, 농도 분극 저항을 포함한 배터리 내부의 총 저항을 측정합니다. 리튬 이온은 시험 중 상당한 공간 변화를 겪기 때문에 동적 저항이라고 합니다.
DCIR은 특정 전류율(I)로 특정 기간(t) 동안 배터리를 충전 및 방전하고 프로세스 전(U1)과 후(U2) 전압을 기록하여 테스트합니다.
R = (U2 – U1)/I
DCIR을 테스트하는 목적은 실제 작동 조건에서 배터리의 임피던스를 얻는 것입니다.
04. ACIR이란 무엇인가요?
ACIR(교류 내부 저항)은 교류 전류를 사용하여 배터리 저항을 측정하여 분극 효과를 제거하고 재료의 전류 저항을 직접 측정합니다. 충분히 높은 주파수(f = 1/T)에서는 전류 주기가 충분히 짧아 리튬 이온이 원래 위치에서 크게 움직이지 않고 단지 앞뒤로 진동합니다.
높은 주파수에서는 다음과 같은 가정이 이루어집니다.
1. 전하의 이동이 일어나지 않으므로 전하 축적도 일어나지 않고, 분극도 일어나지 않습니다.
2. 전하 분포가 변하지 않으므로 정전용량은 변하지 않습니다.
3. 리튬 이온의 위치가 변하지 않으므로 확산 임피던스가 없습니다.
일반적으로 1000Hz의 주파수가 사용되는데, 이 지점에서 ACIR 값은 배터리가 순수 저항기처럼 작동한다고 가정할 때 오믹 저항과 동일한 것으로 간주됩니다.
05. EIC란 무엇인가요?
전기화학 임피던스 분광법(EIS): 비파괴적 매개변수 측정법이며, 배터리의 운동 거동을 측정하는 효과적인 방법입니다. 주파수 w1의 소진폭 정현파 전압 신호가 배터리 시스템에 인가되면, 시스템은 주파수 w2의 정현파 전류 응답을 생성합니다. 여자 전압과 응답 전류의 비율 변화가 전기화학 시스템의 임피던스 스펙트럼입니다.
여기서 ACIR과 EIS 시험 방법은 모두 교류 전류를 사용하여 시험한다는 점에서 동일하다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 ACIR은 특정 주파수에서만 시험하는 반면, EIS는 특정 주파수 범위 내에서 시험하며, 두 시험의 목적은 서로 다릅니다.
EIS는 특정 주파수 범위 내의 교류 전류를 사용하여 테스트합니다. 각 부품은 서로 다른 주파수의 전류에 다르게 반응하여 회로를 여러 부분으로 나누고, 각 부분이 특정 부품에 해당한다고 인위적으로 규정합니다. 실제로 EIS 테스트에서는 전체 회로가 각 주파수에 영향을 미치고, 각 부품도 영향을 미칩니다.
따라서 EIS의 목적은 서로 다른 주파수를 통해 특정 구성요소의 성능을 증폭시켜, 이를 대략적으로 구분하고 특정 구성요소에 대한 구체적인 분석을 실시하는 것입니다.
게시 시간: 2024년 7월 12일
