Тестирование сопротивления литий-ионных аккумуляторов обычно включает три метода: DCIR, ACIR и EIS. Каждый метод имеет различные принципы тестирования и физическое значение, предлагая уникальные знания о производительности аккумулятора. Чтобы понять различия между этими методами, нам сначала нужно прояснить различные термины, которые описывают сопротивление току.
01. Что такое Сопротивление?
Сопротивление не обязательно относится к компоненту резистора; скорее, оно описывает сопротивление, которое устройство или материал оказывает потоку тока, по сути, необратимо преобразуя электрическую энергию в другие формы энергии. Сопротивление является частным случаем импеданса, когда реактивная часть равна нулю.
02. Термины, описывающие сопротивление тока
Внутреннее сопротивление литий-ионного аккумулятора включает в себя омическое сопротивление, интерфейсное сопротивление, сопротивление переносу заряда, диффузионное сопротивление, омическое поляризационное сопротивление, электрохимическое поляризационное сопротивление и концентрационное поляризационное сопротивление.
- Омическое сопротивление: в основном состоит из сопротивления материалов электродов, электролитов, сепараторов и контактного сопротивления различных частей. Оно связано с размером, структурой и сборкой батареи.
- Поляризационное сопротивление: относится к отклонению потенциала электрода от равновесного потенциала при прохождении тока через электрод. Оно вызвано электрохимическими реакциями и не является постоянным; оно изменяется во время зарядки и разрядки из-за изменений в составе активных материалов, концентрации электролита и температуры. Омическое сопротивление следует закону Ома, в то время как поляризационное сопротивление увеличивается с плотностью тока, но не линейно, часто увеличиваясь линейно с логарифмом плотности тока.
Различные типы батарей имеют разное внутреннее сопротивление. Даже в пределах одного типа внутреннее сопротивление может различаться из-за несоответствий в химических характеристиках. Внутреннее сопротивление измеряется в миллиомах и является важнейшим техническим показателем производительности батареи. Обычно более низкое внутреннее сопротивление указывает на более сильную способность к разряду высоким током, тогда как более высокое внутреннее сопротивление указывает на более слабые возможности разряда.
03. Что такое DCIR?
DCIR (внутреннее сопротивление постоянного тока) измеряет общее сопротивление внутри батареи, включая омическое сопротивление, интерфейсное сопротивление, сопротивление переноса заряда, диффузионное сопротивление, омическое поляризационное сопротивление, электрохимическое поляризационное сопротивление и концентрационное поляризационное сопротивление. Поскольку ионы Li претерпевают значительные пространственные изменения во время тестирования, это называется динамическим сопротивлением.
DCIR тестируется путем зарядки и разрядки аккумулятора с определенной силой тока (I) в течение определенной продолжительности (t) и регистрации напряжения до (U1) и после (U2) процесса:
Р = (U2 – U1)/I
Целью тестирования DCIR является получение импеданса аккумулятора, который будет соответствовать реальным условиям эксплуатации.
04. Что такое АКИР?
ACIR (переменное внутреннее сопротивление тока) измеряет сопротивление батареи с помощью переменного тока, чтобы устранить эффекты поляризации и напрямую измерить сопротивление материала току. При достаточно высокой частоте (f = 1/T) цикл тока достаточно короткий, чтобы ионы Li не перемещались значительно из своих исходных положений, а просто колебались вперед и назад.
На высоких частотах делаются следующие предположения:
1. Перемещения заряда не происходит, поэтому не происходит накопления заряда и поляризации.
2. Емкость остается неизменной, поскольку распределение заряда не меняется.
3. Диффузионное сопротивление отсутствует, поскольку положение ионов Li не меняется.
Обычно используется частота 1000 Гц, при которой значение ACIR считается эквивалентным омическому сопротивлению, предполагая, что батарея ведет себя как чистый резистор.
05. Что такое EIC?
Электрохимическая импедансная спектроскопия (EIS): Это неразрушающий метод определения параметров и эффективный метод определения кинетического поведения аккумулятора. Малоамплитудный синусоидальный сигнал напряжения с частотой w1 подается на аккумуляторную систему, и система генерирует синусоидальный токовый отклик с частотой w2. Изменение отношения напряжения возбуждения к току отклика представляет собой спектр импеданса электрохимической системы.
Здесь можно найти, что методы испытаний ACIR и EIS одинаковы, оба используют переменный ток для испытаний. Однако ACIR — это только испытание на определенной частоте, тогда как EIS — это испытание в диапазоне частот, и цели этих двух методов различны.
EIS использует переменный ток в определенном диапазоне частот для тестирования. Различные компоненты по-разному реагируют на токи разной частоты, чтобы разделить цепь на разные части, а затем искусственно установить, что каждая часть соответствует определенному компоненту. Фактически, в тесте EIS вся цепь участвует на каждой частоте, и каждый компонент вносит свой вклад.
Таким образом, целью EIS является усиление характеристик конкретных компонентов посредством различных частот, чтобы можно было их приблизительно разделить и провести конкретный анализ определенного компонента.
Время публикации: 12 июля 2024 г.
