Внутреннее сопротивление отражает качество и производительность батареи на протяжении всего срока ее службы. Батарея с более высоким внутренним сопротивлением будет менее эффективной и более склонной к преждевременному выходу из строя. Высокое внутреннее сопротивление генерирует избыточное тепло во время работы, что может стать угрозой безопасности, если батарея перейдет в режим теплового разгона. Измерение внутреннего сопротивления перед использованием — хороший способ выявить элементы, которые могут быть подвержены риску выхода из строя. Существует несколько способов определения внутреннего сопротивления, и каждый из них характеризует несколько иной аспект производительности.
Одним из методов является электрохимическая импедансная спектроскопия (ЭИС). В ходе этого теста к батарее подается переменный сигнал в широком диапазоне частот, и измеряется отклик батареи. Этот тест может быть длительным, но он дает наиболее полное представление о поведении импеданса внутри батареи.
Наиболее распространенным методом является измерение внутреннего сопротивления переменного тока (ACIR). Поскольку это метод, основанный на измерении переменного тока, он характеризует импеданс, хотя обычно измеряется только действительная часть, или сопротивление. ACIR является подмножеством процесса EIS, в котором измерение выполняется на одной частоте, обычно 1 кГц. Это характеризует поведение при малых сигналах, что является хорошим показателем качества батареи и намного быстрее, чем полный процесс EIS. Эта экономия времени делает его популярным методом тестирования в производственных условиях, где каждая батарея должна соответствовать техническим требованиям.
Последний метод — измерение внутреннего сопротивления постоянного тока (DCIR), которое также можно назвать импульсной характеризацией. В этом методе измеряются только резистивные компоненты, поскольку предполагается, что батарея представлена идеальным напряжением холостого хода и последовательным сопротивлением, как показано на рисунке 2:
Модель батареи с внутренним сопротивлением постоянному току
Рисунок 2: Модель батареи DCIR
К батарее в течение определенного времени подается постоянный ток, измеряется изменение напряжения батареи и вычисляется сопротивление. На рисунке 3 показан график, иллюстрирующий эту операцию.
Графики напряжения и тока постоянного тока, зависящих от внутреннего сопротивления батареи
Рисунок 3: Процедура измерения DCIR
В методе DCIR обычно используются гораздо более высокие токи, чем в методе ACIR, что делает его более реалистичным тестом с точки зрения сценариев использования, поскольку батареи часто подвергаются воздействию высоких, внезапных токов. Внутреннее сопротивление батареи является самым большим ограничивающим фактором ее способности выдавать большие токи, поэтому важно определить батарею, которая не может работать в условиях высоких токов. В идеале, вам нужен прибор, способный выдавать импульсы высоких токов, одновременно выполняя синхронизированные измерения напряжения. Блоки измерения источника (SMU), такие как Keithley 2461, могут точно выдавать импульсы 10 А, измеряя результирующее напряжение с разрешением 6,5 разрядов. Эти SMU оснащены процессором тестовых сценариев (TSP®), который позволяет пользователям запускать полную последовательность импульсов DCIR и получать вычисленные данные с передней панели с помощью приложения DCIR TSP.
Схема установки и результаты тестирования DCIR на графическом сенсорном экране Keithley 2461 SMU
Рисунок 4: Схема установки и результаты испытаний DCIR на графическом сенсорном экране SMU Keithley 2461
Внутреннее сопротивление батареи является ключевым показателем ее качества и производительности на протяжении всего срока службы. Для измерения сопротивления батареи можно использовать три метода, и каждый из них дает несколько отличающуюся информацию. Понимание этих методов поможет вам получить необходимую и ожидаемую информацию.
