Сопротивление – физическая величина, характеризующая степень препятствия элементов схемы передаче тока. Внутреннее сопротивление (внутреннее сопротивление)
литиевых аккумуляторов является одним из важных показателей для оценки работоспособности аккумуляторов. В практическом применении внутреннее сопротивление литиевых батарей выполняет три важные функции:
1. Его можно использовать для оценки состояния батареи
и прогнозирования срока ее службы.
2. Его можно использовать для оценки уровня заряда батареи.
3. Состояние подключения цепи в аккумуляторном модуле также можно определить путем измерения внутреннего сопротивления и своевременно принять решение, когда соединение ослаблено.
Когда ток проходит через электрод, явление, при котором электрод отклоняется от равновесного потенциала электрода, называется поляризацией батареи, и поляризация создает перенапряжение. Понимание поляризации важно для понимания внутреннего сопротивления батареи, и они представляют собой соответствующие соотношения. В литиевых батареях поляризацию можно разделить на три категории в зависимости от причины поляризации:
1. Омическая поляризация: батарея состоит из электродных материалов, электролита, диафрагмы и различных частей, омическая поляризация вызвана сопротивлением батареи, подключенной к В каждой части значение падения напряжения подчиняется закону Ома, ток уменьшается, поляризация немедленно уменьшается, ток сразу же прекращается.
2. Электрохимическая поляризация: после включения батареи на поверхности электрода происходит электрохимическая реакция, в это время скорость передачи заряда на этапе процесса электрохимической реакции не достигает импеданса скорости внешнего разряда, батарея должна выделить определенное напряжение, соответствующее энергии активации его скорости передачи. По мере уменьшения тока поляризация значительно уменьшается за микросекунды. Соответственно, электрохимическая поляризация создает электрохимическое внутреннее сопротивление, также известное как импеданс переноса заряда.
3. Концентрационная поляризация: из-за расхода реагентов, вызванного поверхностью электрода, невозможно вовремя пополнить ее, что приводит к разнице в концентрации ионов на реакционной поверхности, что является результатом переноса материала, то есть концентрационной поляризации. Эта поляризация уменьшается с течением тока, уменьшаясь или исчезая в масштабе макросекунд (от нескольких секунд до десятков секунд). Соответственно, концентрационная поляризация создает концентрационное внутреннее сопротивление, также известное как сопротивление миграции ионов лития.
Во временном масштабе омическая поляризация завершается мгновенно, электрохимическая поляризация завершается на микросекундном уровне, а концентрационная поляризация завершается на втором уровне.
Несколько связанных концепций:
1. Омическое внутреннее сопротивление: омическая поляризация создает омическое внутреннее сопротивление.
2. Внутреннее сопротивление поляризации: сопротивление, вызванное поляризацией во время электрохимической реакции, включая сопротивление, вызванное электрохимической поляризацией и концентрационной поляризацией, а также поляризационный конденсатор, параллельно образующий контур сопротивления, используемый для моделирования динамических характеристик генерации поляризации батареи. и процесс ликвидации.
Батареи можно аппроксимировать моделью эквивалентной схемы Тевенина, также известной как модель первого порядка, а взаимосвязи их соединений можно показать на рисунке ниже. Где OCV — напряжение разомкнутой цепи батареи, Ro — внутреннее сопротивление Ома, Rp — эквивалентное внутреннее сопротивление поляризации, Cp — эквивалентная поляризационная емкость.
Как правило, результаты испытаний, обычно используемые предприятиями, делятся на две категории: 1. Внутреннее сопротивление связи; 2 Внутреннее сопротивление
постоянного тока Внутреннее сопротивление переменного тока: Внутреннее сопротивление переменного тока предназначено для подачи синусоидального сигнала тока I=Imaxsin(2πft) в положительный и отрицательный электроды батареи и в то же время путем обнаружения падения напряжения U=Umaxsin(2πft). +ψ) на обоих концах батареи можно определить полное сопротивление батареи по переменному току; Как правило, синусоидальный сигнал переменного тока частотой 1 кГц подается на положительные и отрицательные клеммы батареи, а параллельное значение Rp и Cp батареи на этой частоте обычно невелико (примечание: поскольку конденсатор примерно закорочен под высокочастотным сигналом), которым можно пренебречь. Следовательно, сопротивление, определяемое сигналом переменного тока, относительно близко к значению внутреннего сопротивления Ro в Оме, а внутреннее сопротивление переменного тока обычно можно рассматривать как внутреннее сопротивление батареи в Оме; На линии производства аккумуляторов измеритель внутреннего сопротивления часто используется для измерения внутреннего сопротивления аккумулятора, а также измерения сопротивления переменному току, которое в основном используется для оценки процесса производства сердечника аккумулятора. По форме волны напряжения можно оценить эффект покрытия материалов положительных и отрицательных электродов и улучшить эффект сварки электродами.
Внутреннее сопротивление постоянного тока: внутреннее сопротивление постоянного тока предназначено для подачи сигнала постоянного тока на батарею для проверки внутреннего сопротивления батареи, обычно это импульсный ток постоянного тока. Внутреннее сопротивление постоянного тока обычно можно рассматривать как внутреннее сопротивление в Оме + сопротивление переноса заряда + сопротивление миграции ионов лития батареи (разница в методах испытаний приведет к отсутствию концентрационной поляризации, поэтому оно может содержать только внутреннее сопротивление в Оме + импеданс передачи заряда).
Внутреннее сопротивление Ома связано с размером, структурой и сборкой аккумулятора, а значение его сопротивления не имеет ничего общего с состоянием заряда и разряда и практически не зависит от состояния SOC.
Внутреннее сопротивление поляризации возникает только в процессе заряда и разряда аккумулятора, а на внутреннее сопротивление поляризации влияет состояние SOC. Когда SOC батареи близок к 0% или 100%, ее внутреннее сопротивление поляризации велико, а когда SOC находится между 20% и 80%, ее внутреннее сопротивление поляризации относительно невелико. И это явление будет постепенно усиливаться с увеличением количества циклов зарядки аккумулятора. Потому что после многих циклов работы аккумулятора интерфейс между активным веществом электрода и электролитом литий-ионного аккумулятора постепенно разрушается, что приводит к увеличению электрохимического сопротивления.
Метод испытания внутреннего сопротивления постоянному току:
После окончания процесса разрядки напряжение аккумулятора восстановится из-за наличия поляризации. Измерение импеданса постоянного тока заключается в расчете внутреннего сопротивления батареи с использованием разницы напряжений между напряжением в момент перед окончанием разрядки и напряжением после окончания разрядки. В частности, батарея разряжается постоянным током размера I, как показано ниже:
Запишите и нарисуйте кривую напряжения на клеммах батареи с течением времени и зафиксируйте падение и повышение напряжения батареи, как показано на рисунке ниже: момент времени t0, наступает начальная стадия разряда. Из-за существования омного внутреннего сопротивления напряжение на клеммах аккумулятора падает от точки А до точки В, а затем вступает в стадию стабилизации разряда до тех пор, пока напряжение не упадет до точки С (время t1). В это время из-за прерывания тока падение напряжения на внутреннем сопротивлении Ома исчезает, и можно наблюдать повышение напряжения до точки D. В то же время из-за существования поляризованного конденсатора напряжение на конденсаторе не может изменяются, и напряжение батареи постепенно восстанавливается и переходит в стадию восстановления разряда, пока поляризованный конденсатор в точке E не разрядится, а напряжение на клеммах батареи не изменится.
Внутреннее сопротивление постоянного тока равно изменению напряжения на клеммах батареи C-> фазы E, делённому на ток разряда I.
Метод испытания сопротивления поляризации:
на рисунке выше на этапе восстановления разряда показано напряжение на обоих концах поляризационного конденсатора. Cp не меняется резко и равен напряжению поляризационного сопротивления Rp, его значение является величиной ступени восстановления напряжения батареи, а ток, протекающий через поляризационное сопротивление Rp до прекращения разряда, является разрядным током I. Следовательно, поляризационный сопротивление Rp можно преодолеть через D-. Формула расчета изменения напряжения на клеммах фазы E следующая: изменение напряжения на клеммах делится на ток разряда I.
