EnglishCác phương pháp đo nội trở của pin
Điện trở trong là một chỉ số có giá trị khi đo sức khỏe SOH của pin, do điện trở trong cao là cảnh báo sớm về hết vòng đời. Điều này đặc biệt đúng với pin niken. Tuy nhiên tình hình lại khác đối với pin axit chì, dung sai nội trở của pin trong cùng 1 lô khác nhau tới 5-10%. Do dung sai rộng nên phép đo nội trở thường dùng khi đánh giá SOH của cùng một pin từ đầu cho tới khi ngừng sử dụng. Các bên cung cấp pin sẽ lưu lại thông số nội trở từng cell hoặc cả khối pin tại thời điểm lắp đặt, rồi đo lại thông số này qua các chu kỳ hoạt động.
Trước đây, người ta đo nội trở nhằm đánh giá dung lượng pin, với suy nghĩ nội trở càng cao thì dung lượng càng thấp. Tuy nhiên ngày nay quan niệm này đã trở nên lạc hậu. Điện trở của pin axit chì và pin lithium-ion hiện đại hầu như không tăng trong suốt vòng đời sử dụng, người ta đã thêm các chất phụ gia vào dung dịch điện phân để giảm ăn mòn bên trong vốn là các nhân tố ảnh hưởng tới nội trở.
Hình 1: Mối quan hệ giữa dung lượng và nội trở của pin qua các chu kỳ.
Điện trở trong không phản ánh tình trạng sức khỏe của pin và thường không thay đổi theo thời gian sử dụng và tuổi thọ.
FAQ: Nội trở cao thì pin còn tốt không?
Nội trở cao ảnh hưởng tới độ xả và thời gian hoạt động của pin. Nếu pin có nội trở cao hơn so với datasheet (rất hiếm hiện nay), thường là do pin đã “già” và trải qua nhiều chu trình sạc xả.
FAQ 2: Nội trở pin có liên quan gì tới dung lượng không?
Nội trở của các pin hiện đại hầu như không thay đổi trong suốt vòng đời và không có mối liên hệ nào được chứng minh giữa nội trở và dung lượng pin.
Battery impedance – Trở kháng của pin là gì?
Trước khi khám phá các phương pháp khác nhau để đo nội trở của pin, bạn cần phải hiểu rõ nội trở pin bao gồm những thành phần nào.
Nội trở của pin (Internal resistance – IR) bao gồm điện trở R (pure resistance) và trở kháng Z (impedance).Trong đó, Z bao gồm các nhân tố cảm kháng sự biến thiên của dòng điện như tụ điện (dung kháng) và cuộn cảm (cảm kháng).
Hình 2: Mô hình Randles của pin axit chì
Điện trở tổng thể của pin (IR) bao gồm nội trở, cũng như điện kháng tụ điện và cuộn cảm. Sơ đồ và giá trị điện khác nhau đối với mỗi loại pin.
- R1 = Điện trở bên trong; R2 = Truyền điện (Charge transfer)
- C1 = Tụ điện hai lớp
Cảm kháng thường bị bỏ qua vì nó đóng vai trò không đáng kể trong pin, đặc biệt là ở tần số thấp.
FAQ: Sự khác nhau giữa điện trở R và điện kháng Z
Cả hai đều cản trở dòng điện một chiều DC và dòng xoay chiều AC, nhưng R là thông số cố định không phụ thuộc pha hay chu kỳ dòng điện. Còn Z cản trở độ biến thiên của dòng điện, vì vậy nó thay đổi khi có sự đổi pha.
Phương pháp tải DC
Đo ohmic là một trong những phương pháp kiểm tra lâu đời nhất và đáng tin cậy nhất. Pin được xả trong thời gian ngắn trong một giây hoặc lâu hơn. Dòng điện tải đối với pin nhỏ là 1A hoặc ít hơn; đối với pin khởi động, dòng điện có thể là 50A hoặc nhiều hơn. Vôn kế (volmeter) đo điện áp mạch hở (open circuit voltage – OCV) khi không có tải, sau đó là lần đọc thứ hai khi có tải; Định luật Ohm tính toán giá trị điện trở (Hiệu điện thế chia cho dòng điện bằng điện trở).
R=U/I
Các phép đo tải DC hoạt động tốt để kiểm tra các trạm pin lớn và các phép đo ohmic của thiết bị rất chính xác và có thể lặp lại. Các thiết bị kiểm tra cao cấp cho phép đo điện trở trong phạm vi 10 micro-ohm
Phương pháp tải DC có hạn chế là nó kết hợp R1 và R2 của mô hình Randles thành một điện trở kết hợp và bỏ qua tụ điện (xem Hình 3 ). “C” là một thành phần quan trọng của pin, chiếm 1,5 farad trên dung lượng 100Ah. Về bản chất, phương pháp DC coi pin là điện trở và chỉ có thể cung cấp các tham chiếu ômi. Ngoài ra, phương pháp tải DC cho ra thông số nội trở như nhau nếu pin tốt sạc bán phần và pin già được sạc đầy. Ngoài ra, phương pháp này không thể ước tính trạng thái sạc SOC và dung lượng.
Hình 3: Phương pháp tải DC;
Không thể thấy được tính toàn vẹn thực sự của mô hình Randles. R1 và R2 gộp thành một giá trị ohmic
Phương pháp tải DC hai tầng cung cấp một phương pháp thay thế bằng cách áp dụng hai tải xả tuần tự có dòng điện và khoảng thời gian khác nhau. Đầu tiên, pin xả ở dòng điện thấp trong 10 giây, sau đó là dòng điện cao hơn trong 3 giây (xem Hình 4 ); định luật Ohm tính toán các giá trị điện trở. Đánh giá biểu đồ điện áp trong hai điều kiện tải cung cấp thêm thông tin về pin, nhưng các giá trị chỉ là điện trở và không cho ra chỉ số ước tính SoC hoặc dung lượng. Phương pháp này ưu tiên sử dụng cho pin cấp nguồn cho DC.
Hình 4: Tải DC hai tầng
Tải DC hai tầng tuân theo tiêu chuẩn IEC 61951-1:2005 và cung cấp các điều kiện thử nghiệm giống thật cho nhiều ứng dụng pin DC.
Độ dẫn điện xoay chiều AC
Phép đo độ dẫn điện để đánh giá ắc quy khởi động lần đầu tiên được Keith Champlin giới thiệu vào năm 1975 bằng cách chứng minh mối tương quan tuyến tính giữa thử nghiệm tải và độ dẫn điện. Khi đưa vào tần số khoảng 90 hertz, dung kháng và cảm kháng hội tụ với ắc quy axit chì 70–90Ah, dẫn đến độ trễ điện áp không đáng kể giúp giảm thiểu điện kháng. (Tần số này tăng lên với ắc quy nhỏ hơn và giảm xuống với ắc quy lớn hơn.) Đồng hồ đo độ dẫn điện AC thường được sử dụng trong gara ô tô để đo CCA. Phương pháp tần số đơn ( Hình 5 ) coi các thành phần của mô hình Randles là một trở kháng phức tạp được gọi là mô đun Z.
Hình 5: Phương pháp dẫn điện AC [1]
Các thành phần riêng lẻ của mô hình Randles không phân biệt được.
Kiểm tra ohm 1.000 hertz (Hz) là một phương pháp phổ biến khác. Tín hiệu 1.000 Hz kích thích pin và định luật Ohm tính toán điện trở. Lưu ý rằng phương pháp AC và DC cho thấy các giá trị khác nhau tuy nhiên cả 2 thông số này đều có giá trị.
FAQ: Tại sao đo nội trở pin bằng DC và AC lại ra thông số khác nhau và cách đo nào chính xác?
Li-ion trong cell 18650 tạo ra khoảng 36mOhm với tín hiệu AC 1.000Hz và khoảng 110mOhm với tải DC. Vì cả hai phép đo đều hợp lệ nhưng dung sai cách xa nhau nên người dùng phải cân nhắc ứng dụng. Phương pháp tải xung DC cung cấp các phép đo có giá trị cho ứng dụng DC như bộ phận gia nhiệt hoặc đèn sợi đốt, trong khi phương pháp 1.000Hz phản ánh tốt hơn các yêu cầu về hiệu suất của tải kỹ thuật số, chẳng hạn như máy tính xách tay và điện thoại di động phụ thuộc phần lớn vào đặc tính dung kháng của pin. (Xem thêm Bảng 2 trong Điện trở bên trong tăng ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào? )
Tần số 1000 hertz cung cấp các phép đo điện trở phản ứng. Đây là phương pháp được ưa chuộng để chụp ảnh trở kháng của pin cấp nguồn cho các thiết bị kỹ thuật số.
Phổ trở kháng điện hóa (EIS)
Các phòng thí nghiệm nghiên cứu đã sử dụng EIS trong nhiều năm để đánh giá các đặc tính của pin. Chi phí thiết bị cao, thời gian thử nghiệm chậm và nhu cầu về các chuyên gia được đào tạo để giải mã khối lượng dữ liệu lớn đã hạn chế công nghệ này trong môi trường phòng thí nghiệm. EIS đọc các giá trị R1, R2 và C trong mô hình Randles ( Hình 7 ); tuy nhiên, việc liên kết dữ liệu vào CCA và ước tính dung lượng đòi hỏi phải có mô hình phức tạp (Xem Cách đo dung lượng pin )
Hình 7: Phương pháp Spectro™ [1]
R1, R2 và C được đo riêng biệt, cho phép đo trạng thái sạc và dung lượng.
Vậy tới đây bạn tự trả lời được câu hỏi phương pháp đo nội trở pin nào là chính xác nhất rồi chứ?
Cảm ơn các bạn đã đọc bài.
