พื้นหลัง

ในระหว่างการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ ความจุจะได้รับอิทธิพลจากแรงดันไฟฟ้าเกินที่เกิดจากความต้านทานภายใน เนื่องจากเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญของแบตเตอรี่ ความต้านทานภายในจึงคุ้มค่าแก่การวิจัยเพื่อวิเคราะห์การเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ประกอบด้วย:

• ความต้านทานภายในโอห์ม (R_Ω) -ความต้านทานจากแท็บ อิเล็กโทรไลต์ ตัวคั่น และส่วนประกอบอื่นๆ
• ชาร์จความต้านทานภายในการส่งผ่าน (R_ct) -ความต้านทานของไอออนที่ผ่านแท็บและอิเล็กโทรไลต์ นี่แสดงถึงความยากของปฏิกิริยาของแท็บ โดยปกติเราสามารถเพิ่มความนำไฟฟ้าเพื่อลดความต้านทานนี้ได้
• ความต้านทานโพลาไรซ์ (R_mt) คือความต้านทานภายในที่เกิดจากความหนาแน่นของลิเธียมไอออนระหว่างกันไม่เท่ากันแคโทดและขั้วบวก ความต้านทานโพลาไรเซชันจะสูงขึ้นในสถานการณ์เช่นการชาร์จในระดับต่ำอุณหภูมิหรือค่าเรตติ้งสูง

โดยปกติเราจะวัด ACIR หรือ DCIR ACIR คือความต้านทานภายในที่วัดเป็นกระแสไฟ AC 1k Hz ความต้านทานภายในนี้เรียกอีกอย่างว่าความต้านทานโอห์ม ที่การขาดแคลนข้อมูลคือไม่สามารถแสดงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ได้โดยตรง DCIR วัดโดยกระแสคงที่บังคับในช่วงเวลาสั้น ๆ ซึ่งแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง หากกระแสไฟฟ้าชั่วขณะคือ I และการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าในระยะสั้นนั้นคือΔＵตามกฎของโอห์มＲ＝ΔＵ／Ｉเราจะได้รับ DCIR DCIR ไม่ได้เกี่ยวกับความต้านทานภายในของโอห์มเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความต้านทานการถ่ายโอนและความต้านทานโพลาไรซ์ด้วย

วิเคราะห์มาตรฐานของจีนและประเทศอื่นๆ

It-การวิจัย DCIR ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักเป็นเรื่องยากเสมอ มัน-สาเหตุหลักมาจากความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีค่าน้อยมาก ซึ่งโดยปกติจะมีค่าเพียงประมาณ m เท่านั้นΩ- ในขณะเดียวกันเนื่องจากเป็นส่วนประกอบที่ทำงานอยู่ จึงเป็นเรื่องยากที่จะวัดความต้านทานภายในโดยตรง นอกจากนี้ ความต้านทานภายในยังได้รับอิทธิพลจากสถานะของสภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิและสถานะประจุ ด้านล่างนี้คือมาตรฐานที่ได้กล่าวถึงเกี่ยวกับวิธีการทดสอบ DCIR

• มาตรฐานสากล:

IEC 61960-3: 2017:เซลล์และแบตเตอรี่ทุติยภูมิที่มีอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นด่างหรือไม่เป็นกรดอื่นๆ - เซลล์และแบตเตอรี่ลิเธียมทุติยภูมิสำหรับการใช้งานแบบพกพา - ส่วนที่ 3: เซลล์และแบตเตอรี่ทุติยภูมิลิเธียมทรงแท่งปริซึมและทรงกระบอกที่ทำจากอิเล็กโทรไลต์เหล่านี้.

IEC 62620:2014:เซลล์และแบตเตอรี่ทุติยภูมิที่มีอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นด่างหรือไม่มีกรดอื่นๆ – เซลล์และแบตเตอรี่ลิเธียมทุติยภูมิสำหรับใช้ในงานอุตสาหกรรม.

• ญี่ปุ่น:JIS C 8715-1:2018: เซลล์และแบตเตอรี่ลิเธียมสำรองสำหรับใช้ในงานอุตสาหกรรม - ส่วนที่ 1: การทดสอบและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ
• ประเทศจีนไม่มีมาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับการทดสอบ DCIR

พันธุ์

วิธีทดสอบก็คล้ายกันได้แก่IEC 61960-3:2017,มาตรฐาน IEC 626200:2014และJIS C 8715-1:2018- ความแตกต่างหลักมีดังนี้:

1. อุณหภูมิในการทดสอบจะแตกต่างกัน IEC 62620:2014 และJIS C 8715-1:2018ควบคุม 5℃อุณหภูมิโดยรอบสูงกว่า IEC 61960-3:2017 อุณหภูมิที่ต่ำลงจะทำให้อิเล็กโทรไลต์มีความหนืดสูงขึ้น ซึ่งจะทำให้ไอออนเคลื่อนที่น้อยลง ดังนั้นปฏิกิริยาเคมีจะช้าลง และความต้านทานของโอห์มและความต้านทานโพลาไรเซชันจะมีมากขึ้น ซึ่งจะทำให้แนวโน้มของ DCIR เพิ่มขึ้น
2. SoC แตกต่างออกไป SoC ที่จำเป็นในมาตรฐาน IEC 626200:2014และJIS C 8715-1:2018คือ 50%10-, ในขณะที่IEC 61960-3:2017คือ 100% สถานะการชาร์จมีอิทธิพลอย่างมากต่อ DCIR โดยปกติผลการทดสอบ DCIR จะลดลงเมื่อ SoC เพิ่มขึ้น สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับขั้นตอนการเกิดปฏิกิริยา ใน SoC ต่ำ-ความต้านทานการถ่ายโอนประจุR_ct จะสูงขึ้น และR_ct จะลดลงตามการเพิ่มขึ้นของ SoC ดังเช่น DCIR
3. ระยะเวลาการคายประจุจะแตกต่างกัน IEC 62620:2014 และ JIS C 8715-1:2018 กำหนดให้มีระยะเวลาคายประจุนานกว่าIEC 61960-3:2017- ระยะเวลาพัลส์ที่ยาวจะทำให้แนวโน้ม DCIR เพิ่มขึ้นน้อยลง และนำเสนอค่าเบี่ยงเบนจากความเป็นเส้นตรง เหตุผลก็คือการเพิ่มขึ้นของเวลาพัลส์จะทำให้ค่าชีพจรสูงขึ้นR_ct และกลายเป็นที่เด่น.
4. กระแสคายประจุจะต่างกัน อย่างไรก็ตาม กระแสคายประจุไม่จำเป็นต้องเกี่ยวข้องโดยตรงกับ DCIR ความสัมพันธ์ถูกกำหนดโดยที่ออกแบบ.
5. แม้ว่าJIS C 8715-1:2018หมายถึงมาตรฐาน IEC 626200:2014เนื่องจากมีคำจำกัดความที่แตกต่างกันเกี่ยวกับแบตเตอรี่พิกัดสูงมาตรฐาน IEC 626200:2014กำหนดว่าแบตเตอรี่พิกัดสูงสามารถคายประจุกระแสไฟฟ้าได้ไม่ต่ำกว่า 7.0CWฮิฮิJIS C 8715-1:2018กำหนดแบตเตอรี่พิกัดสูงคือแบตเตอรี่ที่สามารถคายประจุได้ที่อุณหภูมิ 3.5C

การวิเคราะห์การทดสอบ

ด้านล่างนี้คือแผนภูมิฟังก์ชันแรงดันไฟฟ้า-เวลาของการวัดการทดสอบ DCIR เส้นโค้งแสดงความต้านทานของเซลล์ เพื่อให้เราสามารถประเมินประสิทธิภาพได้

• ดังที่แสดงในภาพ ลูกศรสีแดงแสดงถึงR_Ω. ค่านี้เกี่ยวข้องกับ iR-drop iR-drop หมายถึงการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าอย่างกะทันหันหลังจากการเปลี่ยนแปลงกระแส โดยปกติเมื่อเซลล์ถูกไฟฟ้าจะมี-แรงดันไฟฟ้าตก เราจึงสามารถรู้ได้ว่าR_Ω ของเซลล์ก็คือ0.49mΩ.
• ลูกศรสีเขียวแสดงถึงR_ct. R_ct และR_mt ต้องใช้เวลาในการเปิดใช้งาน โดยปกติจะเกิดขึ้นหลังจากแรงดันโอห์มลดลง มูลค่าของR_ct สามารถวัดได้ 1ms หลังจากการเปลี่ยนแปลงปัจจุบัน คุณค่าคือ0.046mΩ- โดยทั่วไปR_ct จะลดลงตามการเพิ่มขึ้นของ SoC
• ลูกศรสีน้ำเงินแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของR_mt. แรงดันไฟฟ้าลดลงอย่างต่อเนื่องเนื่องจากลิเธียมไอออนกระจายไม่สม่ำเสมอ มูลค่าของR_mt is 0.19mΩ 

บทสรุป

การทดสอบ DCIR สามารถแสดงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ได้ มัน-ยังเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญสำหรับการวิจัยและพัฒนาอีกด้วย อย่างไรก็ตาม มีบางประเด็นที่ต้องพิจารณาเพื่อรักษาความแม่นยำในการวัด

• ควรพิจารณาวิธีการเชื่อมต่อระหว่างแบตเตอรี่และอุปกรณ์ชาร์จและคายประจุ ความต้านทานในการเชื่อมต่อควรต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (แนะนำไม่เกิน0.02mΩ).
• การเชื่อมต่อสายรวบรวมแรงดันและกระแสก็มีความสำคัญเช่นกันIจะดีกว่าถ้าเชื่อมต่อแท็บด้านเดียวกัน ควรสังเกตว่าอย่าเชื่อมต่อสายรวบรวมเข้ากับสายชาร์จของอุปกรณ์
• ควรคำนึงถึงความถูกต้องของอุปกรณ์ชาร์จและคายประจุและเวลาตอบสนองด้วย เวลาตอบสนองแนะนำไม่เกิน 10ms ยิ่งเวลาตอบสนองสั้นลง ผลลัพธ์ก็จะยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น