电化学阻抗谱-电化学动态响应

速排序模型特定 (QSMS)

       18650 电池中锂离子的电阻在直流测量时约为 110mOhm，在 1,000Hz AC 信号下约为 36mOhm。QSMS 在使用直流和交流方法评估电池时观察到电阻值的差异。与存储在查找表中的特定电池参数相比，两个读数之间的差异提供了性能信息。

       该算法相对简单，测试时间也较短，但创建源自优质、边际和劣质电池的参数的后勤工作增加了复杂性。QSMS 是 Cadex 开发的用于即时对手机电池进行分类的几种快速测试方法之一。

电化学动态响应 (EDR)

       将恢复时间与存储的与电池性能相关的参数进行比较。EDR 通过施加负载脉冲并评估攻击和恢复的响应时间来测量电极之间离子流的迁移率。展示了一块坚固且恢复迅速的优质电池，以及一块显示出柔软且恢复缓慢的弱电池。

       强大的电池可以从攻击中快速恢复，而较弱的电池组则更加缓慢。EDR 测量正极板和负极板之间的离子流。

       EDR 由 Cadex 开发，用于快速测试各种手机电池。现在正在开发该技术以测试更大的电池。锂离子的扩散系数根据所使用的活性材料和电解质添加剂而不同。

电化学阻抗谱 (EIS)

       EIS 通过使用多个频率扫描电池以生成奈奎斯特图，将快速测试提升到更高的复杂程度。然后将奈奎斯特信息叠加到电化学模型上，从而能够以非侵入方式估算容量、CCA 和 SoC。典型的测试时间为 15 秒。

       以Harry Nyquist (1889–1976)的名字命名，Harry Nyquist 是贝尔实验室的前工程师。它通过使用频率作为参数在单个图上显示振幅和相位角来呈现线性系统的频率响应。水平 x 轴显示实欧姆阻抗，而垂直 y 轴表示虚部阻抗。科学家预测，通过将测试结果与复杂的建模相结合，电池诊断将倾向于 EIS 技术。

       说明了奈奎斯特图的三个域，标题为高频端的迁移、中档的电荷转移和低频范围的扩散。

       中频半圆最能代表电池特性。更大的电池需要更低的频率。
 

       当从千赫兹到毫赫兹扫描电池时，迁移场揭示了代表景观鸟瞰图的电池的电阻特性。在称为电荷转移的中频范围内发现了有价值的特性。这个非常重要的域形成一个半圆，代表提供 SoH 参考的电池动力学。被称为扩散的低范围包含与容量相关的附加信息，但这需要较长的测试时间。电池大小决定频率；以安培小时为单位的电池越大，施加的频率就越低。

       例如，在 1 毫赫兹 (mHz) 下，一个周期需要 1,000 秒或 16 分钟，并且需要多个数据点才能完成分析。快速测试应持续几秒到不超过 5 分钟，但应用超低频率会延长时间。巧妙的软件模拟通常可以缩短测试时间。

       多模型电化学阻抗谱，或 Cadex 的 Spectro™，是第一个基于 EIS 的估计电池容量的应用程序。容量是领先的健康指标；启动电池的 CCA 是指负责发动机起动的电池内阻。在维护良好的电池中，CCA 保持高水平，而容量会随着使用而逐渐下降。当容量下降到启动发动机所需的容量水平以下时，就会出现“无法启动”。奈奎斯特分析非常适合测试锂电池和铅电池。为消除意外，当容量下降到 40% 时应更换启动器电池。容量估计的好处在这个应用中也变得很明显。

概括

       总会有异常值违反测试协议。对正在使用的电池的正确预测应该是 10 分中的 9 分。没有快速测试可以评估所有电池症状。离群值可能包括新电池和未完全格式化的电池，或已存放的电池组。低 SoC 也会导致错误。

       能力这个词很少被理解。当容量下降到 80% 时，通常会更换电池。在选择寿命终止阈值时，组织应确保性能最低的电池可以执行指定的任务。容量是电池健康状况的守门人，它与运行时间相关并预测寿命终止。通过快速测试或在充电器中揭示容量估计将改变电池的维护方式。这些进步最终将迎来电池的工业革命。