Het testen van de weerstand van lithium-ionbatterijen omvat gewoonlijk drie methoden: DCIR, ACIR en EIS.Elke methode heeft verschillende testprincipes en fysieke betekenis, en biedt unieke inzichten in de prestaties van de batterij.Om de verschillen tussen deze methoden te begrijpen, moeten we eerst verschillende termen verduidelijken die weerstand tegen stroomstroming beschrijven.
01. Wat is weerstand?
Weerstand verwijst niet noodzakelijkerwijs naar een weerstandscomponent;het beschrijft eerder de weerstand die een apparaat of materiaal biedt aan de stroomstroom, waardoor elektrische energie fundamenteel onomkeerbaar wordt omgezet in andere vormen van energie.Weerstand is een specifiek geval van impedantie wanneer het reactantiegedeelte nul is.
02. Termen die de huidige weerstand beschrijven
De interne weerstand van een lithium-ionbatterij omvat ohmse weerstand, interface-impedantie, ladingsoverdrachtsimpedantie, diffusie-impedantie, ohmse polarisatieweerstand, elektrochemische polarisatieweerstand en concentratiepolarisatieweerstand.
- Ohmse weerstand: voornamelijk samengesteld uit de weerstand van elektrodematerialen, elektrolyten, scheiders en contactweerstand van verschillende onderdelen.Het houdt verband met de grootte, structuur en montage van de batterij.
- Polarisatieweerstand: verwijst naar de afwijking van het elektrodepotentiaal ten opzichte van het evenwichtspotentieel wanneer er stroom door de elektrode gaat.Het wordt veroorzaakt door elektrochemische reacties en is niet constant;het verandert tijdens het opladen en ontladen als gevolg van variaties in de samenstelling van actieve materialen, elektrolytconcentratie en temperatuur.Ohmse weerstand volgt de wet van Ohm, terwijl de polarisatieweerstand toeneemt met de stroomdichtheid, maar niet lineair, en vaak lineair toeneemt met de logaritme van de stroomdichtheid.
Verschillende soorten batterijen hebben verschillende interne weerstanden.Zelfs binnen hetzelfde type kan de interne weerstand variëren als gevolg van inconsistenties in chemische eigenschappen.De interne weerstand wordt gemeten in milliohm en is een cruciale technische indicator voor de prestaties van de batterij.Typisch duidt een lagere interne weerstand op een sterker vermogen tot ontlading met hoge stroomsterkte, terwijl een hogere interne weerstand zwakkere ontladingsmogelijkheden suggereert.
03. Wat is DCIR?
DCIR (Direct Current Internal Resistance) meet de totale weerstand binnen de batterij, inclusief ohmse weerstand, interface-impedantie, ladingsoverdrachtsimpedantie, diffusie-impedantie, ohmse polarisatieweerstand, elektrochemische polarisatieweerstand en concentratiepolarisatieweerstand.Omdat Li-ionen tijdens het testen aanzienlijke ruimtelijke veranderingen ondergaan, wordt dit dynamische weerstand genoemd.
DCIR wordt getest door de batterij gedurende een bepaalde duur (t) op te laden en te ontladen met een specifieke stroomsnelheid (I), en de spanning vóór (U1) en na (U2) het proces te registreren:
R = (U2 – U1)/I
Het doel van het testen van DCIR is om de impedantie van de batterij te bepalen zoals deze zou zijn onder werkelijke bedrijfsomstandigheden.
04. Wat is ACIR?
ACIR (Alternating Current Internal Resistance) meet de batterijweerstand met behulp van wisselstroom om de effecten van polarisatie te elimineren en direct de weerstand van het materiaal tegen stroom te meten.Met een voldoende hoge frequentie (f = 1/T) is de huidige cyclus kort genoeg zodat Li-ionen niet significant van hun oorspronkelijke posities bewegen, maar alleen heen en weer oscilleren.
Bij hoge frequenties worden de volgende aannames gedaan:
1. Er vindt geen ladingsbeweging plaats, dus er vindt geen ladingsaccumulatie plaats en er vindt geen polarisatie plaats.
2. De capaciteit blijft ongewijzigd omdat de ladingsverdeling niet verandert.
3. Er is geen diffusie-impedantie omdat de positie van Li-ionen niet verandert.
Normaal gesproken wordt een frequentie van 1000 Hz gebruikt, op welk punt de ACIR-waarde gelijkwaardig wordt geacht aan de ohmse weerstand, ervan uitgaande dat de batterij zich als een zuivere weerstand gedraagt.
05. Wat is EIC?
Elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS): Het is een niet-destructieve parameterbepaling en een effectieve methode voor het bepalen van het kinetische gedrag van batterijen.Een sinusoïdaal spanningssignaal met kleine amplitude en een frequentie van w1 wordt aan het batterijsysteem toegevoerd, en het systeem genereert een sinusoïdale stroomrespons met een frequentie van w2.De verandering in de verhouding van de excitatiespanning tot de responsstroom is het impedantiespectrum van het elektrochemische systeem.
Hier kunt u zien dat de ACIR- en EIS-testmethoden hetzelfde zijn, waarbij beide gebruik maken van wisselstroom voor het testen.ACIR is echter slechts een test op een bepaalde frequentie, terwijl EIS een test is binnen een frequentiebereik, en de doeleinden van beide zijn verschillend.
EIS gebruikt voor het testen wisselstroom binnen een bepaald frequentiebereik.Verschillende componenten reageren verschillend op stromen met verschillende frequenties om het circuit in verschillende delen te splitsen, en vervolgens kunstmatig te bepalen dat elk deel overeenkomt met een bepaald onderdeel.In feite neemt bij de EIS-test het hele circuit deel aan elke frequentie, en draagt elke component bij.
Daarom is het doel van EIS om de prestaties van specifieke componenten via verschillende frequenties te versterken, om ze grofweg te verdelen en een specifieke analyse van een bepaald onderdeel te maken.
Posttijd: 12 juli 2024
