Biểu đồ Nyquist để đo trở kháng của pin Lithium-ion
Cốt truyện Nyquist (cốt truyện Cole-Cole) là gì?
Biểu đồ Nyquist là một biểu đồ vẽ các giá trị trở kháng được đo ở nhiều tần số. Trở kháng là một tham số chứa các thành phần điện trở và điện kháng.
Hình 1: Biểu đồ Nyquist điển hình về nội trở của pin Lithium-ion
Phương pháp đo trở kháng là gì?
Nó là một phương pháp đo trở kháng bằng cách áp dụng một tín hiệu AC. Tín hiệu AC dùng để đo trở kháng của pin thường có tần số cố định là 1 kHz. Ngoài ra còn có một phương pháp đo trở kháng bằng cách sử dụng một số tần số thay vì một tần số duy nhất. Nó được gọi là Quang phổ trở kháng điện hóa, hoặc EIS. Phương pháp này không yêu cầu tháo rời pin, do đó nó cung cấp một cách an toàn và không phá hủy để quan sát hoạt động bên trong pin.
nội trở của pin nói chung có thể được chia thành ba loại sau.
1. Điện trở
2. Phản ứng kháng
3. Kháng khuếch tán
Như thể hiện trong Hình 2, các hiện tượng vật lý chi phối trở kháng khác nhau tùy thuộc vào dải tần. Ví dụ, trở kháng ở tần số cao (khoảng 1 kHz) chủ yếu là do sự di chuyển ion Lithi trong chất điện phân. Sự khuếch tán li-ion xảy ra trong điện cực ở tần số thấp (dưới 1 Hz) và phản ứng chuyển Li-ion ở tần số trung gian (1 đến vài trăm Hz). Nói cách khác, phân tích chi tiết về âm mưu Nyquist cho phép chúng ta đánh giá các hiện tượng khác nhau trong các phần khác nhau của pin.
Hình 2: Mối quan hệ điển hình giữa biểu đồ Nyquist và nội trở của pin
Một phương pháp phân tích điển hình được gọi là phân tích mạch tương đương, sử dụng mô hình mạch tương đương như trong Hình 3. Trong mô hình mạch, mỗi hiện tượng bên trong pin được mô hình hóa bởi các phần tử mạch tương đương khác nhau. Các giá trị phần tử được tính toán bằng phép phân tích có thể được coi là biểu thị đặc điểm của các hiện tượng vật lý mà các phần tử đó biểu thị.
Hình 3: Ví dụ về Biểu đồ Nyquist và Mô hình Mạch Tương đương
Ứng dụng
1. Kiểm tra mức độ suy giảm của pin
Như thể hiện trong Hình 4, có sự khác biệt đáng kể về điện trở phản ứng giữa pin Lithium-ion nguyên sinh và pin đã xuống cấp. Trong các ứng dụng liên quan đến sạc và xả ở nhiệt độ thấp hoặc sạc và xả sâu (SOC từ 0% đến 100%), sự xuống cấp có thể xảy ra. Sự suy giảm của điện trở truyền điện tích đặc biệt đáng chú ý trong biểu đồ Nyquist như là điện trở phản ứng.
Hình 4: So sánh dữ liệu đo được đối với pin lithium-ion nguyên sơ và kém chất lượng với biểu đồ Nyquist
2. Xác định các yếu tố làm hỏng pin
Có thể xác định nguyên nhân gây ra lỗi của tế bào pin bằng cách đo trở kháng AC ở nhiều tần số. Ví dụ,
Khi R1 lớn hơn: Giảm nồng độ chất điện phân, hoặc điện cực có thể hàn kém.
Khi R2 lớn hơn: Có thể đã xảy ra hỏng hóc trong quá trình sản xuất điện cực hoặc điện cực có thể phản ứng kém trên bề mặt của nó.
Các giải pháp do Hioki đề xuất
1. Dụng cụ đo lường
| Dòng sản phẩm | BT4560 | IM3590 | IM3536-01 + 9268-10 |
|---|---|---|---|
| Mục đích | Dây chuyền sản xuất tế bào, Đối với R&D (Nghiên cứu và Phát triển) | Đối với R&D (Nghiên cứu và Phát triển) | Đối với R&D (Nghiên cứu và Phát triển) |
| Loại pin phù hợp | Pin Lithium-ion | Tất cả pin trạng thái rắn | Tất cả pin trạng thái rắn |
| Điện áp pin có thể đo được | Tối đa 5 V | Tối đa 5 V | Tối đa 10 V |
| Loại dải tần | 0,1 Hz đến 1,05 kHz * 0,04 Hz đến 10 kHz | 1 mHz đến 200 kHz | 4 Hz đến 10 MHz |
- * Đặc điểm kỹ thuật
2. Nhiều phép đo và đánh giá
SW1001 và SW1002 là các máy tính lớn chuyển đổi cho các mô-đun ghép kênh cho phép bạn kiểm tra pin nhanh chóng và trên nhiều kênh. Sử dụng một trong số chúng kết hợp với BT4560 hoặc IM3590 để thực hiện các phép đo lô Nyquist đa kênh.
3. Nhiều cốt truyện
"Multi-plot", một ứng dụng web miễn phí, cho phép bạn vẽ một cốt truyện Nyquist chỉ đơn giản bằng cách tải một tệp trong trình duyệt web của bạn. Tự do vẽ biểu đồ Nyquist mà không có bất kỳ giới hạn nào về số điểm có thể được vẽ từ một tệp hoặc số lượng đồ thị có thể được chồng lên nhau. Trục ngang và trục dọc được tự động điều chỉnh tỷ lệ dựa trên các biểu đồ được hiển thị. Các tệp thu được bằng các dụng cụ đo lường khác nhau cũng có thể được chồng lên nhau để so sánh và phân tích.
Xã hội bền vững không thể thành hiện thực nếu không phát triển và sản xuất pin chất lượng cao. Hioki chúng tôi cung cấp một loạt các giải pháp đo pin.