L'impedenza interna riflette la qualità e le prestazioni della batteria durante il suo ciclo di vita. Una batteria con un'impedenza interna più elevata sarà meno efficiente e più soggetta a guasti prematuri. Un'elevata impedenza interna genera calore eccessivo durante il funzionamento, che può diventare un pericolo per la sicurezza se la batteria entra in una fase di instabilità termica. Misurare l'impedenza interna prima dell'uso è un buon modo per identificare le celle che potrebbero essere a rischio di guasto. Esistono diversi modi per caratterizzare l'impedenza interna, e ognuno di essi caratterizza un aspetto leggermente diverso delle prestazioni.
Una tecnica è la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS). Durante questo test, un segnale CA viene applicato alla batteria su un ampio spettro di frequenze e viene misurata la risposta della batteria. Questo test può richiedere molto tempo, ma fornisce il quadro più completo del comportamento di impedenza all'interno della batteria.
Il metodo più diffuso è la misurazione della resistenza interna in corrente alternata (ACIR). Essendo una tecnica in corrente alternata, caratterizza l'impedenza, sebbene in genere venga misurata solo la parte reale, ovvero la resistenza. L'ACIR è un sottoinsieme del processo EIS, in cui la misurazione viene eseguita a una singola frequenza, solitamente 1 kHz. Questo permette di caratterizzare il comportamento a piccolo segnale, che è un buon indicatore della qualità della batteria ed è molto più veloce del processo EIS completo. Questo risparmio di tempo lo rende un test molto diffuso negli ambienti di produzione, dove ogni batteria deve soddisfare una specifica.
L'ultimo metodo è la resistenza interna in corrente continua (DCIR), detta anche caratterizzazione a impulsi. In questo metodo, vengono misurate solo le componenti resistive, poiché si assume che la batteria sia rappresentata da una tensione a circuito aperto ideale e da una resistenza in serie, come mostrato in Figura 2:
Modello di batteria con resistenza CC interna
Figura 2: Modello di batteria DCIR
Alla batteria viene applicata una corrente continua per un determinato periodo di tempo, si misura la variazione di tensione della batteria e si calcola la resistenza. La Figura 3 mostra un grafico che illustra questo funzionamento.
Grafici della tensione e della corrente continua della resistenza interna della batteria
Figura 3: Routine di misurazione DCIR
Le correnti utilizzate nel metodo DCIR sono in genere molto più elevate di quelle utilizzate nel metodo ACIR, il che lo rende un test più realistico in termini di casi d'uso, poiché le batterie sono spesso esposte a correnti elevate e improvvise. La resistenza interna della batteria è il principale fattore limitante della sua capacità di erogare correnti elevate, quindi è importante identificare una batteria che non può funzionare in condizioni di corrente elevata. Idealmente, si dovrebbe disporre di uno strumento in grado di erogare impulsi di corrente elevata eseguendo simultaneamente misurazioni di tensione sincronizzate. Le unità di misura di sorgente (SMU), come la Keithley 2461, possono erogare con precisione impulsi da 10 A misurando la tensione risultante con una risoluzione di 6,5 cifre. Queste SMU sono dotate di un Test Script Processor (TSP®) che consente agli utenti di eseguire una sequenza completa di impulsi DCIR e di ricevere i dati calcolati dal pannello frontale tramite l'applicazione DCIR TSP.
Configurazione e risultati del test DCIR su un'unità di controllo SMU con touchscreen grafico Keithley 2461
Figura 4: Configurazione del test DCIR e risultati su un'unità SMU con touchscreen grafico Keithley 2461
L'impedenza interna di una batteria è un indicatore chiave della sua qualità e delle sue prestazioni durante tutto il suo ciclo di vita. Esistono tre metodi per misurare l'impedenza, o resistenza, di una batteria, ognuno dei quali fornisce informazioni leggermente diverse. Comprendere questi metodi può aiutarti a ottenere le informazioni di cui hai bisogno e che ti aspetti.
