L'impédance interne reflète la qualité et les performances de la batterie tout au long de sa durée de vie. Une batterie présentant une impédance interne élevée sera moins efficace et plus sujette à une défaillance prématurée. Une impédance interne élevée génère une chaleur excessive pendant le fonctionnement, ce qui peut présenter un risque pour la sécurité en cas d'emballement thermique. Mesurer l'impédance interne avant utilisation est un bon moyen d'identifier les cellules susceptibles de présenter un risque de défaillance. Il existe plusieurs méthodes pour caractériser l'impédance interne, chacune mettant en évidence un aspect légèrement différent des performances.
L'une des techniques utilisées est la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS). Ce test consiste à appliquer un signal alternatif à la batterie sur un large spectre de fréquences, puis à mesurer sa réponse. Bien que ce test puisse être long, il offre l'image la plus complète du comportement de l'impédance au sein de la batterie.
La méthode la plus couramment utilisée est la mesure de la résistance interne en courant alternatif (ACIR). Technique fonctionnant en courant alternatif, elle caractérise l'impédance, bien que seule la partie réelle, ou résistance, soit généralement mesurée. L'ACIR est une variante de la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS), où la mesure est effectuée à une fréquence unique, généralement 1 kHz. Elle caractérise le comportement en petits signaux, un bon indicateur de la qualité de la batterie, et est beaucoup plus rapide que l'EIS complète. Ce gain de temps en fait un test prisé en production, où chaque batterie doit répondre à un cahier des charges.
La dernière méthode est la résistance interne en courant continu (DCIR), également appelée caractérisation pulsée. Dans cette méthode, seules les composantes résistives sont mesurées, car la batterie est supposée être représentée par une tension en circuit ouvert idéale et une résistance série, comme illustré sur la figure 2 :
Modèle de batterie avec résistance CC interne
Figure 2 : Modèle de batterie DCIR
On applique un courant continu à la batterie pendant une durée déterminée, on mesure la variation de tension de la batterie et on calcule la résistance. La figure 3 illustre ce fonctionnement par un graphique.
Graphiques de la tension et du courant continus de la résistance interne de la batterie
Figure 3 : Routine de mesure DCIR
Les courants utilisés dans la méthode DCIR sont généralement bien supérieurs à ceux utilisés dans la méthode ACIR, ce qui en fait un test plus réaliste en conditions réelles d'utilisation, les batteries étant souvent soumises à des courants élevés et soudains. La résistance interne de la batterie est le principal facteur limitant sa capacité à fournir des courants importants ; il est donc crucial d'identifier une batterie ne pouvant fonctionner dans des conditions de courant élevé. Idéalement, il faudrait disposer d'un instrument capable de délivrer des impulsions de courant élevées tout en effectuant simultanément des mesures de tension synchronisées. Les unités de mesure de source (SMU), telles que la Keithley 2461, peuvent délivrer avec précision des impulsions de 10 A tout en mesurant la tension résultante avec une résolution de 6,5 digits. Ces SMU intègrent un processeur de script de test (TSP®) qui permet aux utilisateurs d'exécuter une séquence d'impulsions DCIR complète et de recevoir les données calculées sur le panneau avant grâce à l'application DCIR TSP.
Configuration et résultats du test DCIR sur un SMU à écran tactile graphique Keithley 2461
Figure 4 : Configuration et résultats du test DCIR sur un SMU à écran tactile graphique Keithley 2461
L'impédance interne d'une batterie est un indicateur clé de sa qualité et de ses performances tout au long de sa durée de vie. Il existe trois méthodes pour mesurer l'impédance, ou résistance, d'une batterie, chacune fournissant des informations légèrement différentes. Comprendre ces méthodes vous permettra d'obtenir les informations dont vous avez besoin et que vous attendez.
