ความต้านทานเป็นปริมาณทางกายภาพที่แสดงถึงระดับของการอุดตันขององค์ประกอบวงจรต่อการส่งกระแสไฟฟ้า ความต้านทานภายใน (ความต้านทานภายใน) ของแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นหนึ่งในตัวบ่งชี้ที่สำคัญในการประเมินประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ในการใช้งานจริง ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ลิเธียมมีบทบาทสำคัญสามประการ:

1. สามารถใช้เพื่อประเมินความสมบูรณ์ของแบตเตอรี่และคาดการณ์อายุการใช้งานแบตเตอรี่ได้

2. สามารถใช้เพื่อประเมิน SOC ของแบตเตอรี่ได้

3. สถานะการเชื่อมต่อของวงจรในโมดูลแบตเตอรี่สามารถระบุได้โดยการวัดความต้านทานภายในและสามารถตัดสินได้ทันเวลาเมื่อการเชื่อมต่อหลวม

เมื่อกระแสไหลผ่านอิเล็กโทรด ปรากฏการณ์ที่อิเล็กโทรดเบี่ยงเบนไปจากศักย์ไฟฟ้าสมดุลเรียกว่าโพลาไรเซชันของแบตเตอรี่ และโพลาไรเซชันจะสร้างศักย์ไฟฟ้าเกิน การทำความเข้าใจโพลาไรเซชันเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ และเป็นความสัมพันธ์ที่สอดคล้องกัน ในแบตเตอรี่ลิเธียม โพลาไรเซชันสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทตามสาเหตุของโพลาไรเซชัน ได้แก่

1. โพลาไรเซชันแบบโอห์มมิก: แบตเตอรี่ประกอบด้วยวัสดุอิเล็กโทรด อิเล็กโทรไลต์ ไดอะแฟรม และชิ้นส่วนต่างๆ โพลาไรซ์แบบโอห์มมิกเกิดจากความต้านทานของแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อกับ แต่ละส่วนค่าแรงดันตกตามกฎโอห์มมิก กระแสจะลดลง โพลาไรเซชันจะลดลงทันที กระแสไฟฟ้าหยุดหายไปทันที

2. โพลาไรเซชันเคมีไฟฟ้า: หลังจากที่แบตเตอรี่เปิดอยู่ พื้นผิวอิเล็กโทรดจะสร้างปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า ในเวลานี้ อัตราการถ่ายโอนประจุของขั้นตอนหนึ่งในกระบวนการปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าไม่ถึงความต้านทานของอัตราการคายประจุภายนอก แบตเตอรี่จะต้อง จัดสรรแรงดันไฟฟ้าให้ตรงกับพลังงานกระตุ้นของอัตราการถ่ายโอน เมื่อกระแสลดลง โพลาไรซ์จะลดลงอย่างมากในหน่วยไมโครวินาที ในทำนองเดียวกัน โพลาไรเซชันเคมีไฟฟ้าทำให้เกิดความต้านทานไฟฟ้าเคมีภายใน หรือที่เรียกว่าอิมพีแดนซ์การถ่ายโอนประจุ

3. โพลาไรเซชันความเข้มข้น: เนื่องจากการใช้สารตั้งต้นที่เกิดจากพื้นผิวอิเล็กโทรดไม่สามารถเสริมได้ทันเวลา ส่งผลให้ความเข้มข้นของไอออนแตกต่างกันบนพื้นผิวปฏิกิริยา ซึ่งเป็นผลมาจากการถ่ายโอนวัสดุ นั่นคือ โพลาไรเซชันความเข้มข้น โพลาไรเซชันนี้จะลดลงตามกระแส ลดลงหรือหายไปในระดับมาโครวินาที (ไม่กี่วินาทีถึงสิบวินาที) ในทำนองเดียวกัน โพลาไรเซชันของความเข้มข้นทำให้เกิดความต้านทานภายในที่มีความเข้มข้น หรือที่เรียกว่าอิมพีแดนซ์การย้ายถิ่นของลิเธียมไอออน

ในระดับเวลา โพลาไรเซชันแบบโอห์มมิกจะเสร็จสมบูรณ์ในทันที โพลาไรเซชันเคมีไฟฟ้าจะเสร็จสมบูรณ์ที่ระดับไมโครวินาที และโพลาไรเซชันความเข้มข้นจะเสร็จสมบูรณ์ที่ระดับที่สอง

แนวคิดที่เกี่ยวข้องหลายประการ:

1. ความต้านทานภายในของโอห์มมิก: โพลาไรเซชันของโอห์มมิกทำให้เกิดความต้านทานภายในของโอห์มมิก

2. ความต้านทานภายในของโพลาไรซ์: ความต้านทานที่เกิดจากโพลาไรเซชันระหว่างปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า รวมถึงความต้านทานที่เกิดจากโพลาไรเซชันเคมีไฟฟ้าและโพลาไรเซชันความเข้มข้น และตัวเก็บประจุโพลาไรเซชันขนานกันเพื่อสร้างลูปความต้านทาน ใช้ในการจำลองลักษณะไดนามิกของการสร้างโพลาไรซ์ของแบตเตอรี่ และกระบวนการกำจัด

แบตเตอรี่สามารถประมาณได้โดยแบบจำลองวงจรสมมูลของ Thevenin หรือที่เรียกว่าแบบจำลองลำดับแรก และความสัมพันธ์ในการเชื่อมต่อสามารถแสดงได้ในรูปด้านล่าง โดยที่ OCV คือแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของแบตเตอรี่ Ro เรียกว่าความต้านทานภายในของโอห์ม Rp คือความต้านทานภายในโพลาไรเซชันที่เท่ากัน Cp คือความจุโพลาไรเซชันที่เท่ากัน


โดยทั่วไป ผลการทดสอบที่ใช้กันทั่วไปโดยองค์กรจะแบ่งออกเป็นสองประเภท: 1. ความต้านทานภายในการสื่อสาร; ความต้านทานภายใน 2 DC

ความต้านทานภายในของ Ac: ความต้านทานภายในของ AC คือการฉีดสัญญาณกระแสไซน์ I=Imaxsin(2πft) เข้าไปในขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่ และในเวลาเดียวกัน โดยการตรวจจับแรงดันไฟฟ้าตก U=Umaxsin(2πft) +ψ) ที่ปลายทั้งสองด้านของแบตเตอรี่ สามารถหาอิมพีแดนซ์ไฟฟ้ากระแสสลับของแบตเตอรี่ได้ โดยทั่วไป สัญญาณกระแสไฟ AC แบบไซน์ที่ 1kHz จะถูกป้อนเข้าที่ขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่ และค่าขนานของ Rp และ Cp ของแบตเตอรี่ที่ความถี่นี้โดยทั่วไปจะมีค่าน้อย (หมายเหตุ: เนื่องจากตัวเก็บประจุเกิดการลัดวงจรโดยประมาณ ภายใต้สัญญาณความถี่สูง) ซึ่งสามารถละเลยได้ ดังนั้นความต้านทานที่ตรวจพบโดยสัญญาณกระแสไฟ AC จึงค่อนข้างใกล้เคียงกับค่าของความต้านทานภายในโอห์ม Ro และความต้านทานภายใน AC โดยทั่วไปถือได้ว่าเป็นความต้านทานภายในโอห์มของแบตเตอรี่ ในสายการผลิตแบตเตอรี่ เครื่องวัดความต้านทานภายในมักใช้เพื่อวัดความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ และวัดความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้เพื่อประเมินกระบวนการผลิตของแกนแบตเตอรี่ ผ่านรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าสามารถประเมินผลการเคลือบของวัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบและสามารถปรับปรุงผลการเชื่อมอิเล็กโทรดได้

ความต้านทานภายใน Dc: ความต้านทานภายใน DC คือการส่งสัญญาณ DC ไปที่แบตเตอรี่เพื่อทดสอบความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ โดยทั่วไปจะเป็นกระแสพัลส์กระแสคงที่ โดยทั่วไปความต้านทานภายใน DC ถือได้ว่าเป็นความต้านทานภายในโอห์ม + ความต้านทานการถ่ายโอนประจุ + ความต้านทานการย้ายถิ่นของลิเธียมไอออนของแบตเตอรี่ (ความแตกต่างในวิธีทดสอบจะนำไปสู่การไม่มีโพลาไรเซชันความเข้มข้น ดังนั้นจึงอาจมีเพียงความต้านทานภายในโอห์ม + ความต้านทานการถ่ายโอนประจุ)


ความต้านทานภายในของโอห์มสัมพันธ์กับขนาด โครงสร้าง และส่วนประกอบของแบตเตอรี่ และค่าความต้านทานไม่เกี่ยวข้องกับสถานะการชาร์จและการคายประจุ และแทบไม่ได้รับผลกระทบจากสถานะ SOC

ความต้านทานภายในโพลาไรเซชันเกิดขึ้นเฉพาะในระหว่างกระบวนการชาร์จและคายประจุของแบตเตอรี่ และความต้านทานภายในโพลาไรเซชันจะได้รับผลกระทบจากสถานะของ SOC เมื่อ SOC ของแบตเตอรี่อยู่ใกล้ 0% หรือ 100% ความต้านทานภายในต่อโพลาไรเซชันจะมีขนาดใหญ่ และเมื่อ SOC อยู่ระหว่าง 20% ถึง 80% ความต้านทานภายในต่อโพลาไรเซชันจะค่อนข้างน้อย และปรากฏการณ์นี้จะค่อยๆ เพิ่มขึ้นตามจำนวนรอบของแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากหลังจากแบตเตอรี่ผ่านไปหลายรอบ ส่วนเชื่อมต่อระหว่างสารออกฤทธิ์ของอิเล็กโทรดกับอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะค่อยๆ ลดลง ส่งผลให้ความต้านทานไฟฟ้าเคมีเพิ่มขึ้น

วิธีทดสอบความต้านทานภายใน DC:

หลังจากสิ้นสุดกระบวนการคายประจุ แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะดีดตัวขึ้นเนื่องจากมีโพลาไรซ์ การวัดความต้านทานกระแสตรงเป็นการคำนวณความต้านทานภายในของแบตเตอรี่โดยใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างแรงดันไฟฟ้า ณ เวลาก่อนสิ้นสุดการคายประจุและแรงดันไฟฟ้าหลังสิ้นสุดการคายประจุ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แบตเตอรี่จะคายประจุด้วยกระแสไฟฟ้าคงที่ขนาด I ดังแสดงด้านล่าง




บันทึกและวาดเส้นโค้งของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่ในช่วงเวลาหนึ่ง และรวบรวมแรงดันไฟฟ้าตกและแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นของแบตเตอรี่ ดังแสดงในรูปด้านล่าง ที่ เวลา t0 เข้าสู่ระยะเริ่มแรกของการคายประจุ เนื่องจากมีความต้านทานภายในเป็นโอห์ม แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่จึงลดลงจากจุด A ไปยังจุด B จากนั้นเข้าสู่ขั้นตอนการรักษาเสถียรภาพการคายประจุจนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าลดลงถึงจุด C (เวลา t1) ในขณะนี้ เนื่องจากการหยุดชะงักของกระแส แรงดันความต้านทานภายในโอห์มหายไป และแรงดันไฟฟ้าสามารถสังเกตได้ว่าจะเพิ่มขึ้นถึงจุด D ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากการมีอยู่ของตัวเก็บประจุโพลาไรซ์ แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุไม่สามารถ การเปลี่ยนแปลง และแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะค่อยๆ ฟื้นตัวและเข้าสู่ขั้นตอนการกู้คืนการคายประจุ จนกระทั่งตัวเก็บประจุโพลาไรซ์ที่จุด E ถูกคายประจุ และแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่ไม่เปลี่ยนแปลง


ความต้านทานภายใน DC เท่ากับ C-> การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของขั้วแบตเตอรี่เฟส E หารด้วยกระแสคายประจุ I.

วิธีทดสอบความต้านทานโพลาไรซ์:

ดูรูปด้านบน ในขั้นตอนการกู้คืนการคายประจุ แรงดันไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองด้านของตัวเก็บประจุโพลาไรซ์ Cp ไม่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและเท่ากับแรงดันไฟฟ้า Rp ของความต้านทานโพลาไรเซชัน ค่าของมันคือค่าของระยะการกู้คืนแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ และกระแสที่ไหลผ่านความต้านทานโพลาไรเซชัน Rp ก่อนที่จะหยุดการคายประจุคือกระแสคายประจุ I ดังนั้นโพลาไรเซชัน ความต้านทาน Rp สามารถส่งผ่านโดย D- สูตรการคำนวณการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าเทอร์มินัลในเฟส E มีดังนี้: การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าเทอร์มินัลหารด้วยกระแสคายประจุ I