Rezystancja jest wielkością fizyczną charakteryzującą stopień utrudnienia elementów obwodu w przekazywaniu prądu. Rezystancja wewnętrzna (rezystancja wewnętrzna)
baterii litowych jest jednym z ważnych wskaźników oceny wydajności baterii. W praktycznych zastosowaniach rezystancja wewnętrzna baterii litowych spełnia trzy ważne role:
1. Można ją wykorzystać do oceny stanu baterii
i przewidywania jej żywotności.
2. Można go wykorzystać do oszacowania SOC akumulatora.
3. Stan połączenia obwodu w module akumulatorowym można również określić, mierząc rezystancję wewnętrzną i w porę ocenić, czy połączenie jest luźne.
Kiedy prąd przepływa przez elektrodę, zjawisko odchylenia elektrody od potencjału elektrody równowagowej nazywa się polaryzacją akumulatora, a polaryzacja generuje nadpotencjał. Zrozumienie polaryzacji jest ważne dla zrozumienia rezystancji wewnętrznej akumulatora i są to odpowiadające im zależności. W bateriach litowych polaryzację można podzielić na trzy kategorie w zależności od przyczyny polaryzacji:
1. Polaryzacja omowa: bateria składa się z materiałów elektrodowych, elektrolitu, membrany i różnych części, polaryzacja omowa jest spowodowana rezystancją akumulatora podłączonego do każdej części, wartość spadku napięcia jest zgodna z prawem omowym, prąd jest zmniejszany, polaryzacja jest natychmiast zmniejszana, prąd zatrzymuje się natychmiast.
2. Polaryzacja elektrochemiczna: Po włączeniu akumulatora powierzchnia elektrody wywołuje reakcję elektrochemiczną. W tym momencie szybkość przenoszenia ładunku na etapie procesu reakcji elektrochemicznej nie osiąga impedancji szybkości rozładowania zewnętrznego, akumulator musi przydzielić określone napięcie, aby sprostać energii aktywacji jego szybkości przesyłu. Wraz ze spadkiem prądu polaryzacja zmniejsza się znacząco w ciągu mikrosekund. Odpowiednio polaryzacja elektrochemiczna wytwarza elektrochemiczny opór wewnętrzny, znany również jako impedancja przenoszenia ładunku.
3. Polaryzacja stężeniowa: Ze względu na zużycie reagentów spowodowane przez powierzchnię elektrody nie można jej uzupełnić w czasie, co skutkuje różnicą stężeń jonów na powierzchni reakcyjnej, co jest wynikiem przenoszenia materiału, czyli polaryzacji stężeń. Polaryzacja ta maleje wraz z natężeniem prądu, zmniejszając się lub zanikając w skali makrosekundowej (od kilku sekund do kilkudziesięciu sekund). Odpowiednio polaryzacja stężenia wytwarza wewnętrzny opór stężenia, znany również jako impedancja migracji jonów litu.
Na skali czasu polaryzacja omowa kończy się natychmiast, polaryzacja elektrochemiczna kończy się na poziomie mikrosekundy, a polaryzacja stężeniowa kończy się na drugim poziomie.
Kilka powiązanych pojęć:
1. Opór wewnętrzny omowy: Polaryzacja omowa wytwarza omowy opór wewnętrzny.
2. Wewnętrzna rezystancja polaryzacji: rezystancja spowodowana polaryzacją podczas reakcji elektrochemicznej, w tym rezystancja spowodowana polaryzacją elektrochemiczną i polaryzacją stężeniową oraz kondensator polaryzacyjny równolegle tworzący pętlę rezystancji, wykorzystywany do symulacji charakterystyk dynamicznych generowania polaryzacji akumulatora i proces eliminacji.
Baterie można aproksymować za pomocą modelu obwodu zastępczego Thevenina, znanego również jako model pierwszego rzędu, a zależności między nimi można pokazać na poniższym rysunku. Gdzie, OCV to napięcie obwodu otwartego akumulatora, Ro nazywa się rezystancją wewnętrzną w omach, Rp jest równoważną rezystancją wewnętrzną polaryzacji, Cp jest równoważną pojemnością polaryzacyjną.
Ogólnie wyniki testów powszechnie stosowanych w przedsiębiorstwach dzielą się na dwie kategorie: 1. Wewnętrzny opór komunikacyjny; 2 Rezystancja wewnętrzna DC
Rezystancja wewnętrzna AC: Rezystancja wewnętrzna AC polega na wstrzyknięciu sinusoidalnego sygnału prądu I=Imaxsin(2πft) do dodatniej i ujemnej elektrody akumulatora i jednocześnie wykryciu spadku napięcia U=Umaxsin(2πft) +ψ) na obu końcach akumulatora, można wyznaczyć impedancję prądu przemiennego akumulatora; Ogólnie rzecz biorąc, sinusoidalny sygnał prądu przemiennego o częstotliwości 1 kHz jest wprowadzany do dodatnich i ujemnych zacisków akumulatora, a równoległa wartość Rp i Cp akumulatora przy tej częstotliwości jest zwykle niewielka (uwaga: ponieważ kondensator jest w przybliżeniu zwarty pod sygnałem wysokiej częstotliwości), które można zignorować. Dlatego rezystancja wykryta przez sygnał prądu przemiennego jest stosunkowo bliska wartości rezystancji wewnętrznej Ro, a rezystancję wewnętrzną AC można ogólnie uznać za rezystancję wewnętrzną akumulatora w postaci omów; Na linii produkcyjnej baterii często stosuje się miernik rezystancji wewnętrznej do pomiaru rezystancji wewnętrznej baterii oraz mierzy się rezystancję prądu przemiennego, która służy głównie do oceny procesu produkcyjnego rdzenia baterii. Za pomocą kształtu fali napięcia można ocenić efekt powlekania materiałów elektrody dodatniej i ujemnej oraz poprawić efekt spawania elektrodą.
Rezystancja wewnętrzna prądu stałego: Rezystancja wewnętrzna prądu stałego polega na doprowadzeniu sygnału prądu stałego do akumulatora w celu sprawdzenia rezystancji wewnętrznej akumulatora, zwykle prądu impulsowego o stałym prądzie. Rezystancję wewnętrzną prądu stałego można ogólnie uznać za rezystancję wewnętrzną w omach + impedancję przenoszenia ładunku + impedancję migracji jonów litu akumulatora (różnica w metodach testowych doprowadzi do braku polaryzacji stężenia, więc może zawierać tylko rezystancję wewnętrzną w omach + impedancja przenoszenia ładunku).
Wewnętrzna rezystancja omowa jest powiązana z rozmiarem, konstrukcją i montażem akumulatora, a jej wartość rezystancji nie ma nic wspólnego ze stanem ładowania i rozładowania i prawie nie ma na nią wpływu stan SOC.
Wewnętrzny opór polaryzacji występuje tylko podczas procesu ładowania i rozładowywania akumulatora, a na wewnętrzny opór polaryzacji wpływa stan SOC. Gdy SOC akumulatora jest bliskie 0% lub 100%, jego wewnętrzna odporność na polaryzację jest duża, a gdy SOC wynosi od 20% do 80%, jego wewnętrzna rezystancja na polaryzację jest stosunkowo mała. Zjawisko to będzie stopniowo narastać wraz ze wzrostem liczby cykli akumulatorów. Ponieważ po wielu cyklach akumulatora granica między substancją aktywną elektrody a elektrolitem akumulatora litowo-jonowego ulega stopniowej degradacji, co powoduje wzrost impedancji elektrochemicznej.
Metoda badania rezystancji wewnętrznej prądu stałego:
Po zakończeniu procesu rozładowywania napięcie akumulatora odbije się ze względu na występowanie polaryzacji. Pomiar impedancji prądu stałego polega na obliczeniu rezystancji wewnętrznej akumulatora na podstawie różnicy napięcia pomiędzy napięciem w chwili przed zakończeniem rozładowania a napięciem po zakończeniu rozładowania. W szczególności akumulator jest rozładowywany stałym prądem o wielkości I, jak pokazano poniżej:
Zapisz i narysuj krzywą napięcia na zaciskach akumulatora w czasie oraz zbierz spadek i wzrost napięcia akumulatora, jak pokazano na poniższym rysunku: Przy chwili t0 następuje początkowy etap rozładowania. Ze względu na istnienie rezystancji wewnętrznej omowej napięcie na zaciskach akumulatora spada od punktu A do punktu B, a następnie wchodzi w fazę stabilizacji rozładowania, aż napięcie spadnie do punktu C (czas t1). W tym momencie, w wyniku przerwania prądu, spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej omów znika i można zaobserwować wzrost napięcia do punktu D. Jednocześnie, ze względu na istnienie kondensatora spolaryzowanego, napięcie kondensatora nie może ulegnie zmianie, a napięcie akumulatora stopniowo powróci do normy i przejdzie do etapu odzyskiwania po rozładowaniu, aż do momentu rozładowania spolaryzowanego kondensatora w punkcie E, a napięcie na zaciskach akumulatora nie ulegnie zmianie.
Rezystancja wewnętrzna prądu stałego jest równa zmianie napięcia na zaciskach akumulatora C->faza E podzielonej przez prąd rozładowania I.
Metoda badania rezystancji polaryzacji:
Patrz rysunek powyżej, na etapie odzyskiwania po rozładowaniu napięcie na obu końcach kondensatora polaryzacyjnego Cp nie zmienia się gwałtownie i jest równe napięciu rezystancji polaryzacji Rp, jego wartość jest wartością stopnia regeneracji napięcia akumulatora, a prąd przepływający przez rezystancję polaryzacji Rp przed zatrzymaniem rozładowania jest prądem rozładowania I. Zatem polaryzacja rezystancja Rp może zostać przekazana przez D-. Wzór obliczeniowy zmiany napięcia na zaciskach w fazie E jest następujący: zmiana napięcia na zaciskach podzielona przez prąd rozładowania I.
