發布時間： 2022-08-11 瀏覽次數: 作者：卓定科技
內阻是決定鋰離子電池功率能力、能量效率和發熱量的關鍵參數，也是鋰離子電池健康狀態（State of Health，SoH）的重要指標，影響電動車加速性、快速充電以及冷卻系統的設計，此外電池管理系統（Battery Management System，BMS）需要透過建立內阻模型來精準管理功率能力避免電池被濫用，達到提升安全性與延長使用壽命的目的，因此研究內阻與功率能力對于發展新一代電池芯與優化電池系統具有實質意義。然而，以提升電動車功率密度為目標，超低直流內阻與加大單體電池芯設計已成趨勢，動輒上千安培的測試電流并非一般設備能夠滿足，實驗者在有限選擇之下通常被迫購置昂貴設備。
現今，電池內阻測量技術主要分為兩種：1）直流電阻多以脈沖（步進）電流測量電位變化來計算內阻值，2）交流電阻則采用擾動頻譜技術測定電化學阻抗譜（Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS），由于電池的電化學性質復雜，直流電阻不能直接與交流阻抗進行比較，兩種測量技術因分析時域不同有互補性，多依據應用條件而選用。以電動車及儲能系統終端設計多用脈沖電流測試直流內阻，除了測試時間較短，有研究顯示電流幅度也會影響電池內阻值，大電流的脈沖測試更接近真實負載應用條件。脈沖電流測試的國際標準有德國汽車工業協會（Verband Der Automobilindustrie，VDA）電流步進法或混合脈沖特征（Hybrid Pulse Power Characterization，HPPC）測試，脈沖電流寬度在100mS-30S之間，不同的時間尺度取樣的壓降所包含的內阻成分不同，包括瞬時壓降反應的純歐姆電阻、最初幾秒鐘的等效電容與界面電荷轉移電阻、以及反應較慢受離子擴散影響的極化電阻（圖一），脈沖測試計算所得為總體電阻；須注意的是較長的脈沖寬度可能改變SOC引起額外壓降使內阻測量產生偏差，而過小的脈沖幅度將導致測量不確定度的大幅增加，測量誤差也受到電流/電壓測量誤差與溫度控制誤差影響。
（圖一）VDA脈沖測試電壓變化與電池內阻等效電路關系圖
若參考美國先進電池聯盟（United States Advanced Battery Consortium，USABC）混合脈沖特征（HPPC）測試，電池芯于不同充電狀態（States of Charge，SOC）下進行10~30S最大脈沖放電與10S最大脈沖充電測量電位變化來計算電池內阻與功率特性。舉例：若60Ah鋰電池芯要測試10倍脈沖工作電流（10C-rate），在過去必須購置600A充放電設備才能實施?，F在，致茂電子開發出200%的脈沖電流測試方案供您選擇！
Chroma 17010H單通道電流能力300A，超級模式30秒內能輸出電流200%（600A），此項新設計聚焦于電池脈沖電流應用進而優化功率輸出模式，具有體積減小50%、相較滿功率設計方案直接成本降低30%的優勢。Chroma研發團隊設計出高脈沖電流能力的關鍵在功率電路的溫升控制，首先，17010H高轉換效率的能源回收式構架大幅度降低充電與放電時的元件發熱，再通過優化功率模塊配比及元件選用提高工作電流，最后配合熱流設計達到溫度控制，而測量部分則開發出分布式的比流器構架保障電流精度，輔以冷熱區電路布局降低溫度飄移，整合實現200%脈沖電流能力的電池測試系統。
（圖二）200%脈沖輸出模式使用效益
此外，Chroma 17010H更具五大優勢：
高測量再現性可幫助實驗者在趨勢研判與特征分析時省下可觀時間。
零交越與高速電流響應能力提供更貼近真實應用的實驗結果。
多電流檔位設計提升小電流精準度，最小電流檔位達1/10，高低倍率性能測試皆有適合量程。
提升能源回收效率達75%，不僅節省運轉電力、廢熱空調還可降低實驗室配電容量。
獨立的二級電壓保護功能，強化大電流測試之安全性。
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