oleh Chase Wu
20 Maret 2025
Industri baterai, Pengetahuan baterai, Bahan baterai
06 menit

Resistensi internal baterai - analisis komprehensif dan solusi pengoptimalan

Ketahanan internal baterai adalah parameter penting yang mempengaruhi kinerja baterai. Ini menentukan efisiensi konversi energi baterai, kapasitas pengosongan, dan masa pakai. Dalam industri seperti kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi baterai, resistansi internal baterai secara langsung memengaruhi efisiensi energi, daya tahan, dan keamanan secara keseluruhan. Oleh karena itu, memahami sumber, dampak, pengukuran, dan metode pengoptimalan resistensi internal baterai sangat penting untuk meningkatkan kinerja baterai.

Apa yang dimaksud dengan resistansi internal baterai?

Definisi resistansi internal baterai

Resistensi internal baterai mengacu pada resistensi baterai terhadap aliran arus. Ini mencakup resistensi gabungan dari komponen-komponen seperti bahan bateraielektroda, dan elektrolit (temukan bagian 10 produsen elektrolit baterai lithium ion teratas). Hambatan internal yang lebih rendah berarti efisiensi transmisi arus yang lebih baik, sedangkan hambatan internal yang lebih tinggi akan menyebabkan kehilangan energi dan masalah pemanasan. Resistansi internal baterai biasanya diukur dalam miliohm (mΩ), dan metode pengukuran meliputi pengukuran impedansi AC (EIS), metode penurunan tegangan DC, uji LCR meter, dll.

Klasifikasi resistansi internal baterai

Resistensi ohmikditentukan oleh elektroda, elektrolit, bahan konduktif, dll. di dalam baterai, terutama yang mempengaruhi penurunan tegangan sesaat.
Resistensi polarisasiresistensi yang disebabkan oleh reaksi elektrokimia selama proses pengisian dan pengosongan baterai mempengaruhi kinerja dinamis baterai.
Resistansi internal AC dan DC: Resistansi internal AC biasanya digunakan untuk mengevaluasi impedansi jangka pendek, sedangkan resistansi internal DC lebih mendekati performa baterai dalam kondisi kerja yang sesungguhnya.

Faktor-faktor yang mempengaruhi ketahanan internal baterai

Suhusuhu tinggi akan mengurangi resistansi internal, tetapi dapat mempercepat penuaan baterai, sedangkan suhu rendah akan meningkatkan resistansi internal dan mempengaruhi kinerja pengosongan.
Status pengisian dan pengosongan dayastatus pengisian daya (SOC) akan mempengaruhi resistansi internal. Biasanya, resistansi internal rendah pada kisaran SOC sedang, dan tinggi pada kondisi daya rendah atau penuh.
Penuaan bateraidengan bertambahnya jumlah siklus, perubahan material dan reaksi samping di dalam baterai akan meningkatkan resistansi internal dan mempengaruhi performa.

Apa dampak yang akan ditimbulkan oleh resistansi internal baterai?

Berdampak pada masa pakai siklus baterai

Resistansi internal yang lebih tinggi akan menyebabkan baterai menghasilkan lebih banyak panas selama penggunaan, mempercepat penuaan baterai, dan memperpendek masa pakai.

Berdampak pada kinerja baterai

Penurunan tegangan: Peningkatan resistansi internal akan menyebabkan penurunan tegangan yang lebih besar, yang akan mempengaruhi daya output baterai.
Pembangkitan panas: Hambatan internal yang lebih tinggi akan menyebabkan kehilangan energi yang lebih besar, meningkatkan suhu baterai, dan bahkan dapat menyebabkan pelarian termal.

Dampak pada kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi

Di bidang kendaraan listrik, resistansi internal yang tinggi dapat menyebabkan berkurangnya kinerja akselerasi dan berkurangnya daya tahan. Dalam sistem penyimpanan energi, resistansi internal yang tinggi akan mempengaruhi efisiensi konversi energi dan stabilitas jangka panjang.

Bagaimana cara mengukur resistansi internal baterai?

Metode umum untuk mengukur ketahanan baterai

Metode pengukuran resistansi internal pelepasan DC

Mengukur penurunan tegangan selama pelepasan arus yang besar, yang cocok untuk deteksi cepat dalam aplikasi praktis. Spesifik
Resistansi internal dihitung dengan mengalirkan arus besar (40A-80A) untuk waktu yang singkat (2-3 detik) dan mengukur tegangan pada baterai. Metode ini memiliki akurasi yang tinggi (kesalahan dapat dikontrol dalam 0,1%), tetapi mudah terpengaruh oleh polarisasi dan dapat merusak baterai, sehingga cocok untuk baterai berkapasitas besar.

Metode pengukuran resistansi internal penurunan tegangan AC

Karakteristik impedansi baterai diuji dengan sinyal AC dari frekuensi yang berbeda, yang cocok untuk penelitian laboratorium. Secara khusus, frekuensi tetap (seperti 1kHz) dan arus kecil (50mA) digunakan untuk mengukur impedansi baterai. Metode ini memiliki waktu pengukuran yang sangat singkat (sekitar 100ms) dan cocok untuk semua jenis baterai, tetapi mudah terpengaruh oleh arus riak dan gangguan harmonik, yang menguji kemampuan anti-interferensi peralatan pengukuran.

Selain itu, LCR meter dan penguji resistensi internal khusus, yang dapat digunakan untuk produksi dan pemeriksaan kualitas.

Metode untuk menghitung resistansi internal baterai

Perhitungan menurut rumus R=U/I:

Ukur tegangan rangkaian terbuka U1.
Pengosongan dengan resistor tetap R secara paralel.
Catat tegangan baterai U2 setelah pengosongan.
Hitung resistansi internal: r = (U1 - U2) / (U2 / R). Contohnya, jika U1 = 12V, U2 = 10V, dan resistansi paralel R = 10Ω, maka r = (12-10) / (10/10) = 2Ω.

Secara umum, semakin besar resistansi internal, semakin buruk kapasitas beban baterai. Baterai berdaya tinggi (seperti baterai berdaya) memiliki hambatan internal yang lebih kecil, sedangkan baterai berdaya rendah (seperti baterai 9V) memiliki hambatan internal yang relatif besar. Pengukuran yang wajar dan optimalisasi resistansi internal sangat penting untuk meningkatkan kinerja baterai dan masa pakai.

Metode untuk mengurangi resistansi internal baterai

Resistansi internal baterai lithium secara langsung memengaruhi kinerja pengisian dan pengosongan, efisiensi konversi energi, dan masa pakai. Untuk mengurangi resistensi internal dan meningkatkan performa baterai, langkah-langkah berikut ini dapat dilakukan:

Mengoptimalkan bahan elektroda: Gunakan bahan elektroda yang sangat konduktif, berpori atau berstruktur nano untuk meningkatkan efisiensi transmisi elektron dan ion serta mengurangi resistansi internal ohmik.
Meningkatkan konduktivitas ion elektrolit: Pilih elektrolit dengan konduktivitas tinggi, atau tambahkan aditif khusus untuk meningkatkan migrasi ion. Pada saat yang sama, penggunaan elektrolit padat juga dapat mengurangi hambatan internal.
Meningkatkan kinerja diafragma: Mengoptimalkan struktur diafragma, seperti meningkatkan porositas atau menggunakan diafragma multi-lapis untuk mengurangi resistensi transmisi ion.
Kontrol suhu: Menjaga baterai dalam kisaran suhu pengoperasian yang optimal melalui sistem manajemen termal yang efisien untuk mengurangi peningkatan resistansi internal yang disebabkan oleh perubahan suhu.
Mengoptimalkan desain struktur baterai: Gunakan struktur bertumpuk, kurangi ketebalan bagian tiang, optimalkan desain telinga tiang, dll. untuk memperpendek jalur arus dan mengurangi resistensi kontak.
Mengoptimalkan sistem manajemen baterai (BMS): Melalui manajemen cerdas, kendalikan suhu pengoperasian dan status pengisian dan pengosongan baterai untuk mengurangi pertumbuhan resistansi internal.

Perbandingan resistansi internal baterai dalam berbagai jenis baterai

Baterai lithium-ion vs. baterai timbal-asam

Perbandingan antara baterai lithium-ion vs asam timbalbaterai lithium-ion memiliki resistansi internal yang lebih rendah dan efisiensi konversi energi yang lebih tinggi, sedangkan baterai timbal-asam memiliki resistansi internal yang lebih tinggi, sehingga menghasilkan output daya yang lebih lemah.

Sistem kimia yang berbeda (NCM, LFP)

Baterai lithium iron phosphate (LFP) biasanya memiliki resistansi internal yang lebih tinggi daripada lithium terner (NCM)tetapi keamanan yang lebih baik.

Dampak penuaan baterai

Jenis baterai yang berbeda memiliki tren pertumbuhan resistensi internal yang berbeda setelah penggunaan siklik. Tingkat pertumbuhan resistensi internal baterai NCM biasanya lebih cepat, sedangkan baterai LFP lebih stabil.

Kesimpulan

Hambatan internal baterai memiliki dampak penting pada performa baterai, masa pakai, dan skenario aplikasi. Dengan mengoptimalkan bahan, meningkatkan proses produksi, dan memperkuat manajemen baterai, resistansi internal dapat dikurangi secara efektif dan efisiensi energi baterai secara keseluruhan dapat ditingkatkan.

Dengan kemajuan teknologi baterai, baterai masa depan akan membuat terobosan yang lebih besar dalam kontrol resistensi internal, sehingga meningkatkan kinerja dan keandalan kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi.

PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN

Berapa resistansi internal rata-rata baterai?

Resistansi internal baterai sangat bervariasi, tergantung pada jenis, ukuran, bahan, dan desainnya. Berikut ini adalah kisaran tipikal untuk jenis baterai yang umum:
Baterai asam timbal: Umumnya di bawah 10 miliohm (mΩ), dengan kualitas tinggi serendah 6 mΩ
Baterai lithium-ion: Tipe standar (mis., 18650): 12-30 mΩ untuk model performa tinggi, dan hingga 50 mΩ untuk sel serba guna.
Baterai lithium tipe daya (digunakan pada mobil listrik): Seringkali di bawah 15 mΩ untuk mendukung arus pelepasan yang tinggi.
Baterai nikel-kadmium (NiCd): Resistansi internal yang sangat rendah (mirip dengan timbal-asam), memungkinkan pengisian daya yang cepat dan pengosongan arus tinggi.
Baterai nikel-logam hidrida (NiMH): Sedikit lebih tinggi daripada NiCd, biasanya 20-50 mΩ.
Sel bahan bakar hidrogen-oksigen (sekarang sudah usang): Resistansi awal yang sangat rendah (~10 mΩ), semakin menurun selama pengosongan.

Bagaimana cara mengurangi resistansi internal baterai?

1. Peningkatan Tingkat Material

Gunakan bahan elektroda dengan konduktivitas tinggi (misalnya, komposit silikon-karbon, bahan terner nikel tinggi).
Gunakan elektrolit dengan viskositas rendah untuk mobilitas ion yang lebih baik.
Optimalkan ketebalan dan porositas pemisah untuk meminimalkan resistensi pengangkutan ion.

2. Peningkatan Desain dan Manufaktur

Tingkatkan jumlah tab elektroda dan persingkat jalur arus.
Tingkatkan keseragaman elektroda dengan teknik pelapisan dan kalender yang canggih.
Memanfaatkan pengelasan laser untuk sambungan yang lebih rapat dan resistansi kontak yang lebih rendah.

3. Manajemen Termal

Pertahankan suhu pengoperasian yang optimal (20-40°C) untuk meningkatkan konduktivitas elektrolit dan mengurangi resistensi polarisasi.

Baterai mana yang memiliki resistansi internal terendah?

Baterai lithium-ion

Baterai lithium iron phosphate (LFP) modern dan baterai lithium-polimer berkinerja tinggi menunjukkan resistansi terendah (serendah 6-12 mΩ), sehingga ideal untuk aplikasi berdaya tinggi seperti kendaraan listrik.
Baterai nikel-kadmium (NiCd)

Secara historis dikenal dengan resistansi ultra-rendah (~10 mΩ), cocok untuk perkakas dan penerbangan meskipun ada masalah lingkungan.
Sel bahan bakar hidrogen-oksigen

Mencapai <10 mΩ tetapi menghadapi tantangan keamanan dan biaya.

Chase Wu

Halo, saya Chase. Saya berspesialisasi dalam memberikan wawasan mendalam dan pembaruan terkini tentang sistem pertukaran baterai kendaraan listrik roda dua dan tiga, mulai dari teknologi baterai lithium hingga solusi pertukaran yang cerdas. Tujuan saya adalah menguraikan konsep teknis yang rumit menjadi konten yang jelas dan mudah diakses, membantu bisnis dan individu menavigasi lanskap mobilitas listrik dan energi berkelanjutan yang terus berkembang.

Semua Posting

Pos terkait