江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 科技 > >

■技术文章—电路笔记：电池的电化学阻抗谱(EIS)

电路评估板
电池测量板(EVAL-AD5941BATZ)
Arduino尺寸超低功耗Arm? Cortex-M3开发平台(EVAL-ADICUP3029)
设计和集成文件
原理图、布局文件、物料清单、软件
电路功能与优势
图1所示的电路是电化学阻抗谱(EIS)测量系统 ， 用于表征锂离子(Li-Ion)和其他类型的电池 。EIS是一种用于检测电化学系统内部发生的过程的安全扰动技术 。该系统测量电池在一定频率范围内的阻抗 。这些数据可以确定电池的运行状态(SOH)和充电状态(SOC) 。该系统采用超低功耗模拟前端(AFE) ， 旨在激励和测量电池的电流、电压或阻抗响应 。
老化会导致电池性能下降和电池化学成分发生不可逆变化 。阻抗随容量的下降而呈线性增加 。使用EIS监视电池阻抗的增加可以确定SOH以及电池是否需要更换 ， 从而减少系统停机时间和维护成本 。
电池需要激励电流 ， 而不是电压 ， 而且阻抗值在毫欧姆范围内很小 。该系统包括向电池注入电流的必要电路 ， 并允许校准和检测电池中的小阻抗 。
■技术文章—电路笔记：电池的电化学阻抗谱(EIS)
文章图片

文章图片

图1.简化电路功能框图
电路描述
电池EIS理论
电池是非线性系统；因此 ， 检测电池I-V曲线的一个小样本 ， 使系统呈现伪线性行为 。在伪线性系统中 ， 正弦输入产生的正弦输出频率完全相同 ， 但相位和振幅发生了偏移 。在EIS中 ， 向电池应用交流激励信号以获得数据 。
EIS中的信息常用奈奎斯特图表示 ， 但也可以使用波特图显示（本电路笔记侧重常见格式） 。在奈奎斯特图中 ， 使用阻抗的负虚分量（y轴）与阻抗的实分量（x轴）作图 。奈奎斯特图的不同区域对应于电池中发生的各种化学和物理过程（见图2） 。
■技术文章—电路笔记：电池的电化学阻抗谱(EIS)
文章图片

文章图片

图2：电池的奈奎斯特图显示与电化学过程相对应的不同区域
这些过程使用电阻、电容和一种称为Warburg电阻的元件来建模 ， Warburg电阻用字母W表示（在等效电路模型(ECM)部分有更详细的描述） 。没有简单的电子元件来表示Warburg扩散电阻 。
等效电路模型(ECM)
等效电路模型(ECM)使用简单的电子电路（电阻和电容）来模拟电化学过程 。该模型用一个简单的电路来表示一个复杂的过程 ， 以帮助分析和简化计算 。这些模型基于从测试电池中收集的数据 。对电池的奈奎斯特图进行表征后 ， 可以开发一种ECM 。大多数商业EIS软件都包含一个选项 ， 用于创建一个特定的、独特的等效电路模型 ， 以更接近由任何特定电池生成的奈奎斯特图的形状 。在创建电池模型时 ， 有四个常见参数表示电池的化学性质 。
电解（欧姆）电阻—RS
RS的特性如下：
对应于电池中电解质的电阻
【■技术文章—电路笔记：电池的电化学阻抗谱(EIS)】在进行测试时受电极和所用导线长度的影响
随电池的老化而增加
当频率>1 kHz时占主导
双层电容—CDL
CDL的特性如下：
发生在电极和电解质之间
由围绕电极的两层平行的相反电荷组成
在1 Hz至1 kHz频率范围内占主导
电荷转移电阻—RCT
电阻是在电子从一种状态转移到另一种状态 ， 即从固体（电极）转移到液体（电解质）的过程中发生的
随电池的温度和充电状态而改变
在1 Hz至1 kHz频率范围内占主导
Warburg（扩散）电阻—W
表示对质量转移即扩散控制的阻力
典型地表现45°相移
当频率表1提供了每个ECM组件的符号和表达式 。
表1.ECM组件
■技术文章—电路笔记：电池的电化学阻抗谱(EIS)


推荐阅读


上一篇：「」城市生活作用凸显 美团配送如何打好“新基建”这张牌？

下一篇：##笔记本如何外接显示器