المقاومة هي كمية فيزيائية تميز درجة إعاقة عناصر الدائرة لنقل التيار. تعتبر المقاومة الداخلية (المقاومة الداخلية) لبطاريات الليثيوم أحد المؤشرات المهمة لتقييم أداء البطاريات. في التطبيقات العملية، للمقاومة الداخلية لبطاريات الليثيوم ثلاثة أدوار مهمة:

1. يمكن استخدامها لتقييم صحة البطارية والتنبؤ بعمر البطارية.

2. يمكن استخدامه لتقدير SOC للبطارية.

3. يمكن أيضًا تحديد حالة اتصال الدائرة في وحدة البطارية عن طريق قياس المقاومة الداخلية، ويمكن إصدار الحكم في الوقت المناسب عندما يكون الاتصال فضفاضًا.

عندما يمر التيار عبر القطب، فإن ظاهرة انحراف القطب عن جهد القطب المتوازن تسمى استقطاب البطارية، ويولد الاستقطاب الجهد الزائد. إن فهم الاستقطاب مهم لفهم المقاومة الداخلية للبطارية، وهي العلاقات المتقابلة. في بطاريات الليثيوم يمكن تقسيم الاستقطاب إلى ثلاث فئات حسب سبب الاستقطاب:

1. الاستقطاب الأومي: تتكون البطارية من مواد إلكترود وإلكتروليت وحجاب حاجز وأجزاء مختلفة، ويحدث الاستقطاب الأومي بسبب مقاومة البطارية المتصلة بالبطارية. في كل جزء، تتبع قيمة انخفاض الجهد قانون أومي، حيث ينخفض ​​التيار، وينخفض ​​الاستقطاب على الفور، وتختفي توقفات التيار على الفور.

2. الاستقطاب الكهروكيميائي: بعد تشغيل البطارية، ينتج سطح القطب تفاعلًا كهروكيميائيًا، في هذا الوقت، لا يصل معدل نقل الشحن لخطوة في عملية التفاعل الكهروكيميائي إلى مقاومة معدل التفريغ الخارجي، يجب على البطارية تخصيص جهد معين لتلبية طاقة التنشيط لمعدل نقله. ومع انخفاض التيار، يتناقص الاستقطاب بشكل ملحوظ بالميكروثانية. في المقابل، ينتج الاستقطاب الكهروكيميائي مقاومة داخلية كهروكيميائية، تُعرف أيضًا باسم مقاومة نقل الشحنة.

3. استقطاب التركيز: بسبب استهلاك المواد المتفاعلة الناجمة عن سطح القطب لا يمكن استكماله في الوقت المناسب، مما يؤدي إلى اختلاف تركيز الأيونات على سطح التفاعل، وهو نتيجة نقل المواد، أي استقطاب التركيز. يتناقص هذا الاستقطاب مع مرور التيار، ويتناقص أو يختفي على مقياس الثانية الكلية (بضع ثوان إلى عشرات الثواني). في المقابل، ينتج عن استقطاب التركيز مقاومة داخلية للتركيز، والمعروفة أيضًا باسم مقاومة هجرة أيون الليثيوم.

على المقياس الزمني، يكتمل الاستقطاب الأومي بشكل فوري، ويكتمل الاستقطاب الكهروكيميائي عند مستوى الميكروثانية، ويكتمل استقطاب التركيز عند المستوى الثاني.

عدة مفاهيم ذات صلة:

1. المقاومة الداخلية الأومية: الاستقطاب الأومي ينتج مقاومة داخلية أومية.

2. المقاومة الداخلية للاستقطاب: المقاومة الناتجة عن الاستقطاب أثناء التفاعل الكهروكيميائي، بما في ذلك المقاومة الناتجة عن الاستقطاب الكهروكيميائي واستقطاب التركيز، ويتم توصيل مكثف الاستقطاب على التوازي لتشكيل حلقة مقاومة، تستخدم لمحاكاة الخصائص الديناميكية لتوليد استقطاب البطارية وعملية القضاء.

يمكن تقريب البطاريات من خلال نموذج الدائرة المكافئة Thevenin، المعروف أيضًا باسم نموذج الدرجة الأولى، ويمكن إظهار علاقات الاتصال الخاصة بها في الشكل أدناه. حيث OCV هو جهد الدائرة المفتوحة للبطارية، ويسمى Ro بالمقاومة الداخلية للأوم، وRp هي المقاومة الداخلية للاستقطاب المكافئ، وCp هي سعة الاستقطاب المكافئة.


بشكل عام، تنقسم نتائج الاختبار التي تستخدمها الشركات عادة إلى فئتين: 1. المقاومة الداخلية للاتصالات؛ 2 المقاومة الداخلية للتيار المستمر

المقاومة الداخلية للتيار المتردد: المقاومة الداخلية للتيار المتردد هي حقن إشارة التيار الجيبية I=Imaxsin(2πft) في الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة للبطارية، وفي نفس الوقت، عن طريق الكشف عن انخفاض الجهد U=Umaxsin(2πft) +ψ) عند طرفي البطارية، يمكن استخلاص مقاومة التيار المتردد للبطارية؛ بشكل عام، يتم إدخال إشارة التيار المتردد الجيبية البالغة 1 كيلو هرتز إلى الأطراف الموجبة والسالبة للبطارية، وتكون القيمة المتوازية لـ Rp وCp للبطارية عند هذا التردد صغيرة بشكل عام (ملاحظة: نظرًا لأن المكثف قصير الدائرة تقريبًا تحت إشارة عالية التردد)، والتي يمكن تجاهلها. لذلك، فإن المقاومة المكتشفة بواسطة إشارة التيار المتردد قريبة نسبيًا من قيمة المقاومة الداخلية للأوم Ro، ويمكن اعتبار المقاومة الداخلية للتيار المتردد بشكل عام بمثابة المقاومة الداخلية للأوم للبطارية؛ في خط إنتاج البطارية، غالبًا ما يستخدم مقياس المقاومة الداخلية لقياس المقاومة الداخلية للبطارية، ويتم قياس مقاومة التيار المتردد، والتي تستخدم بشكل أساسي لتقييم عملية إنتاج قلب البطارية. من خلال شكل موجة الجهد، يمكن تقييم تأثير الطلاء لمواد القطب الموجب والسالب، ويمكن تحسين تأثير اللحام الكهربائي.

المقاومة الداخلية للتيار المستمر: المقاومة الداخلية للتيار المستمر هي تطبيق إشارة التيار المستمر على البطارية لاختبار المقاومة الداخلية للبطارية، وعمومًا تيار نبضي ثابت. يمكن اعتبار المقاومة الداخلية للتيار المستمر عمومًا مقاومة داخلية بالأوم + مقاومة نقل الشحنة + مقاومة هجرة أيون الليثيوم للبطارية (سيؤدي الاختلاف في طرق الاختبار إلى غياب استقطاب التركيز، لذلك قد تحتوي فقط على المقاومة الداخلية للأوم + مقاومة نقل الشحنة).


ترتبط مقاومة الأوم الداخلية بحجم البطارية وبنيتها وتجميعها، ولا علاقة لقيمة مقاومتها بحالة الشحن والتفريغ، ولا تتأثر تقريبًا بحالة SOC.

تحدث مقاومة الاستقطاب الداخلية فقط أثناء عملية الشحن والتفريغ للبطارية، وتتأثر مقاومة الاستقطاب الداخلية بحالة SOC. عندما تكون نسبة SOC للبطارية قريبة من 0% أو 100%، تكون مقاومتها الداخلية للاستقطاب كبيرة، وعندما تكون نسبة SOC بين 20% و80%، تكون مقاومتها الداخلية للاستقطاب صغيرة نسبيًا. وستزداد هذه الظاهرة تدريجياً مع زيادة عدد دورات البطارية. لأنه بعد عدة دورات للبطارية، تتحلل الواجهة بين المادة الفعالة للقطب الكهربائي والكهارل في بطارية الليثيوم أيون تدريجيًا، مما يؤدي إلى زيادة المعاوقة الكهروكيميائية.

طريقة اختبار المقاومة الداخلية للتيار المستمر:

بعد انتهاء عملية التفريغ، سوف ينتعش جهد البطارية بسبب وجود الاستقطاب. قياس مقاومة التيار المستمر هو حساب المقاومة الداخلية للبطارية باستخدام فرق الجهد بين الجهد في اللحظة التي تسبق نهاية التفريغ والجهد بعد نهاية التفريغ. على وجه التحديد، يتم تفريغ البطارية بتيار ثابت بالحجم I، كما هو موضح أدناه:




سجل وارسم منحنى الجهد الطرفي للبطارية مع مرور الوقت، واجمع انخفاض الجهد وارتفاع الجهد للبطارية، كما هو موضح في الشكل أدناه: الوقت t0، يتم إدخال المرحلة الأولية من التفريغ. وبسبب وجود مقاومة داخلية أوم، ينخفض ​​جهد طرف البطارية من النقطة A إلى النقطة B، ثم يدخل في مرحلة تثبيت التفريغ حتى ينخفض ​​الجهد إلى النقطة C (الزمن t1). في هذا الوقت، بسبب انقطاع التيار، يختفي انخفاض جهد المقاومة الداخلية للأوم، ويمكن ملاحظة ارتفاع الجهد إلى النقطة D. وفي الوقت نفسه، بسبب وجود المكثف المستقطب، لا يمكن لجهد المكثف يتغير، ويتعافى جهد البطارية تدريجيًا ويدخل في مرحلة استرداد التفريغ، حتى يتم تفريغ المكثف المستقطب عند النقطة E، ولا يتغير جهد طرف البطارية.


المقاومة الداخلية للتيار المستمر تساوي C-> تغير الجهد الطرفي لبطارية المرحلة E مقسومًا على تيار التفريغ I.

طريقة اختبار مقاومة الاستقطاب:

ارجع إلى الشكل أعلاه، في مرحلة استعادة التفريغ، الجهد عند طرفي مكثف الاستقطاب Cp لا يتغير بشكل حاد، ويساوي مقاومة الاستقطاب Rp الجهد، وقيمته هي قيمة مرحلة استعادة جهد البطارية، والتيار الذي يتدفق عبر مقاومة الاستقطاب Rp قبل إيقاف التفريغ هو تيار التفريغ I. وبالتالي فإن الاستقطاب يمكن تمرير المقاومة Rp بواسطة D-. صيغة حساب تغير الجهد الطرفي في المرحلة E هي كما يلي: تغير الجهد الطرفي مقسومًا على تيار التفريغ I.