ผู้ผลิตแบตเตอรี่ชั้นนำกำลังพิจารณาเปลี่ยนแปลงวิธีการวัด EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) รูปแบบเดิมเพื่อให้สามารถตรวจสอบแบตเตอรี่ความจุสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของยานยนต์ไฟฟ้า (EVs) และระบบกักเก็บพลังงาน (ESSs) ทั่วโลก ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ผู้ผลิตชั้นนำในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่เริ่มสำรวจการใช้การวัด EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) (1) สำหรับการตรวจสอบความต้านทานภายใน (2)

เพื่อแสวงหาการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ที่เกิดจากวิธีการวัดแบบใหม่ หรือเพื่อปรับปรุงวิธีการวัดในปัจจุบัน นี่คือทางเลือกที่ผู้ผลิตที่พยายามผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนความจุสูงอาจถูกบังคับให้ทำในอนาคตอันใกล้

.

ภูมิหลัง

เพื่อให้มั่นใจว่าการใช้ทรัพยากรที่จำกัดอย่างยั่งยืน การตระหนักถึงเศรษฐกิจหมุนเวียนของแบตเตอรี่(3) กลายเป็นปัญหาเร่งด่วนในตลาดแบตเตอรี่ สิ่งนี้จะทำได้โดยการส่งเสริมการนำแบตเตอรี่กลับมาใช้ใหม่และการรีไซเคิล สำหรับการรีไซเคิลแบตเตอรี่อย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งสำคัญคือต้องมีการบันทึกและจัดการข้อมูลโดยละเอียดตลอดวงจรชีวิตของแบตเตอรี่ทั้งหมด ตั้งแต่การผลิตจนถึงการกำจัด สหภาพยุโรปกำลังพยายามทำสิ่งนี้โดยใช้ Battery Passport(4) ผ่านโปรแกรมนี้ พวกเขาวางแผนที่จะเพิ่มความโปร่งใส วงจร และความยั่งยืนในห่วงโซ่คุณค่าแบตเตอรี่ หนังสือเดินทาง เช่นเดียวกับการดำเนินการทั่วโลกอื่นๆ เพื่อส่งเสริมเศรษฐกิจหมุนเวียนของแบตเตอรี่ คาดว่าจะสร้างมูลค่าใหม่ เช่น การเพิ่มประสิทธิภาพการรีไซเคิลและการปรับปรุงการประเมินมูลค่าของแบตเตอรี่ที่ใช้แล้วผ่านการใช้ข้อมูลที่บันทึกไว้

(3) Battery Circular Economy: รูปแบบเศรษฐกิจที่มุ่งลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของแบตเตอรี่ให้เหลือน้อยที่สุด พร้อมทั้งเพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจให้สูงสุด จำเป็นต้องมีการใช้ทรัพยากรและการหมุนเวียนอย่างมีประสิทธิภาพในแต่ละขั้นตอนของการผลิต การใช้งาน การนำกลับมาใช้ใหม่ และการรีไซเคิลแบตเตอรี่

(4) Battery Passport: ระบบที่รับรองความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับของข้อมูลตลอดวงจรชีวิตของแบตเตอรี่โดยการบันทึกข้อมูลเกี่ยวกับการผลิต การใช้งาน และการรีไซเคิลแบตเตอรี่แบบดิจิทัล

นอกจากนี้ นักพัฒนายังได้เพิ่มความจุของแบตเตอรี่ขนาดใหญ่เพื่อจุดประสงค์ในการขยายระยะการขับขี่ EV และสร้าง ESSs ที่สามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้น ส่งผลให้แบตเตอรี่ใหม่ที่ติดตั้งใน EV และ ESS ประสิทธิภาพสูงได้รับการเปลี่ยนแปลงขนาดและโครงสร้างภายในอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อความจุของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น ความต้านทานภายในจะลดลง ผลที่ตามมาของการเพิ่มขึ้นอย่างมากของความจุแบตเตอรี่เมื่อเร็วๆ นี้คือความต้านทานภายในที่ต่ำมากนั้นยากที่จะวัดได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงขนาดและโครงสร้างภายในที่มีนัยสำคัญซึ่งส่งผลต่อการวัด สิ่งที่สำคัญที่สุดของความท้าทายใหม่เหล่านี้คือไม่สามารถประเมินความต้านทานภายในได้อย่างแม่นยำโดยใช้เครื่องทดสอบแบตเตอรี่ 1 kHz มาตรฐาน

ผู้ผลิตชั้นนำในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่เริ่มสำรวจวิธีการตรวจสอบความต้านทานภายในรุ่นต่อไป จำเป็นต้องมีโซลูชันใหม่ที่ช่วยให้เกิดเศรษฐกิจหมุนเวียนสำหรับการวัดความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ที่มีโครงสร้างใหม่หรือมีความจุสูง

การได้มาซึ่งข้อมูลโดยละเอียดผ่านการวัด EIS

เพื่อที่จะนำ Battery Passport มาใช้ ผู้ผลิตแบตเตอรี่กำลังสำรวจวิธีการต่างๆ ในการได้มาและจัดการข้อมูลการผลิตโดยละเอียด การวัดความต้านทานภายในด้วย EIS เป็นหนึ่งในวิธีการที่ได้รับความสนใจ การวัดโดยใช้ความถี่หลายความถี่ในช่วงความถี่ที่กว้าง ช่วยให้สามารถวิเคราะห์และบันทึกสภาวะภายในของเซลล์แบตเตอรี่ได้อย่างละเอียด เครื่องวัดความต้านทานแบตเตอรี่ BT4560 ของ Hioki เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดประเภทนี้ สามารถทำการวัด EIS ในช่วงความถี่ 0.01 Hz ถึง 1.05 kHz ปัจจุบัน BT4560 ไม่เพียงแต่ได้รับความสนใจสำหรับวัตถุประสงค์ในการวิจัยและพัฒนาเท่านั้น แต่ยังเป็นอุปกรณ์ตรวจสอบในสายการผลิตอีกด้วย

การวัดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ความถี่หลายความถี่ (EIS) มีประโยชน์หลายประการ ตัวอย่างเช่น การวัดความต้านทานภายในที่ 0.01 Hz นั้นใกล้เคียงกับ DC มาก (เช่น 0 Hz ซึ่งเป็นสถานะจริงของแบตเตอรี่ที่ใช้งานอยู่) ทำให้เข้าใจถึงสภาวะที่เซลล์แบตเตอรี่ทำงานจริง ยิ่งไปกว่านั้น ในเซลล์แบตเตอรี่ความจุสูง บางครั้งการวัดความต้านทานภายในที่ 100 Hz จะแม่นยำกว่าที่ 1 kHz แบบเดิม เนื่องจากการวัดที่ 100 Hz ได้รับผลกระทบน้อยกว่าจากส่วนประกอบความเหนี่ยวนำเมื่อเทียบกับการวัดที่ 1 kHz การมีหลายความถี่ในการวัดช่วยให้มีความยืดหยุ่นในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในการออกแบบแบตเตอรี่ใหม่ นอกจากนี้ การสะสมข้อมูลการวัดที่ความถี่หลายความถี่จะทำให้เห็นความแตกต่างระหว่างแบตเตอรี่ที่อยู่ระหว่างการพัฒนากับแบตเตอรี่รุ่นเก่า นี่เป็นเพียงตัวอย่างบางส่วนของวิธีที่ผู้ผลิตระดับ Tier-1 พบว่าการวัด EIS เหมาะสมกว่าสำหรับแบตเตอรี่รุ่นล่าสุด

การวัดที่มีความแม่นยำสูงสำหรับแบตเตอรี่ความจุสูง

การลดขนาดของค่าความต้านทานภายในอันเป็นผลมาจากความจุของแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้น ทำให้เกิดปัญหาเรื่องความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำของการวัดมากขึ้น เครื่องทดสอบแบตเตอรี่ BT6075 มีประสิทธิภาพระดับสูงสุดของโลกในด้านความแม่นยำ ความเสถียร และความเร็วในการวัดในหมวดหมู่ของเครื่องทดสอบแบตเตอรี่ 1 kHz เป็นรุ่นที่ Hioki ได้ดำเนินการตามขีดจำกัดของประสิทธิภาพสำหรับผู้ใช้ที่ต้องการความก้าวหน้าเพิ่มเติมในการวัดความต้านทานภายในโดยใช้วิธีการทั่วไป

ปัจจุบัน อุตสาหกรรมแบตเตอรี่กำลังอยู่ในช่วงหัวเลี้ยวหัวต่อ หรือการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ครั้งสำคัญ พวกเขาต้องเผชิญกับการตัดสินใจที่จะแสวงหาวิธีการวัดใหม่เพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในการออกแบบลิเธียมไอออนขนาดใหญ่ หรือพยายามปรับปรุงวิธีการวัดแบบเดิม Hioki เข้าถึงสิ่งนี้ด้วยสองโซลูชัน: BT4560 ที่เปิดใช้งานการวัด EIS และ BT6075 ที่ใช้วิธีการทั่วไปจนถึงขีดจำกัด Hioki สนับสนุนอย่างยิ่งในการตระหนักถึงเศรษฐกิจหมุนเวียนของแบตเตอรี่และการพัฒนาแบตเตอรี่รุ่นต่อไป

คุณสมบัติของเครื่องวัดความต้านทานแบตเตอรี่ รุ่น BT4560

เครื่องวัดความต้านทานแบตเตอรี่ที่สามารถวัดความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ประเภทต่างๆ ในช่วงความถี่ที่กว้าง จาก 0.1 Hz เป็น 0.01 Hz

• ความถี่ในการวัด: 0.01 Hz ถึง 1.05 kHz
• แรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงสุด: 5 V
• ช่วงการวัดความต้านทาน: 3 mΩ, 10 mΩ, 100 mΩ
• ความละเอียดต่ำสุด: 0.1 μΩ (ช่วง 3 mΩ, ช่วง 10 mΩ)

• ความสามารถ: วัดค่าความต้านทานภายในได้อย่างแม่นยำ รวดเร็ว และเสถียร
• ความถี่ในการวัด: 1 kHz
• แรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงสุด: 100 V
• ช่วงการวัดความต้านทาน: 3 mΩ, 30 mΩ, 300 mΩ, 3 Ω, 30 Ω
• ความละเอียด: 0.01 μΩ (ช่วง 3 mΩ)