Dung lượng tính bằng mAh nhận mọi sự chú ý trên bảng thông số, nhưng điện trở trong mới là chỉ tiêu lặng lẽ quyết định pin có hoạt động trong thiết bị thực hay không. Nó quyết định điện áp sụt bao nhiêu khi có tải, pack tỏa bao nhiêu nhiệt, một xung cấp được bao nhiêu ampe và các cell trong chuỗi nối tiếp già đi có đều hay không. Với sản phẩm tải cao — dụng cụ điện, bơm y tế, động cơ, pack khởi động — điện trở trong quan trọng hơn dung lượng danh định. Bài viết giải thích điện trở trong bên trong cell NiMH thực chất là gì, nhà máy đo ra sao và cách thiết kế quanh mức sụt áp và nhiệt do nó tạo ra.

Điện trở trong đến từ đâu

Một cell NiMH không phải nguồn điện áp lý tưởng; dòng chạy qua gặp nhiều phần đóng góp điện trở, thường được nhóm thành:

• Điện trở ohmic — điện trở điện tử của nền xốp nickel, cực góp dòng, mối hàn tab, cùng điện trở ion của điện phân KOH và màng ngăn. Thành phần này đáp ứng tức thì như một điện trở thông thường.
• Điện trở truyền điện tích — rào cản động học của các phản ứng điện hóa trên bề mặt điện cực, phụ thuộc hoạt tính xúc tác, diện tích bề mặt và nhiệt độ.
• Điện trở khuếch tán (nồng độ) — giới hạn chậm hơn của ion và hydro di chuyển qua điện cực xốp, xuất hiện trong các tải kéo dài.

Các cell NiMH cao suất tấn công cả ba: điện cực mỏng diện tích lớn rút ngắn đường khuếch tán, cực góp xốp dẫn điện cao giảm tổn thất ohmic, phụ gia điện phân giữ độ dẫn ion cao ở nhiệt độ thấp.

Hai cách nhà máy đo

Điện trở trong phụ thuộc thời gian, nên có hai phương pháp đo chuẩn và con số của chúng không thay thế cho nhau:

• Điện trở trong xoay chiều (ESR) ở 1 kHz — một tín hiệu xoay chiều nhỏ thăm dò cell; ở 1 kHz các quá trình khuếch tán chậm không theo kịp nên số đọc chủ yếu bắt thành phần ohmic. Nhanh, không phá hủy và là phương pháp phân loại chuẩn trên dây chuyền sản xuất (thường gọi ACIR). Cell AA NiMH chất lượng thường đọc vài chục milliohm.
• Điện trở trong một chiều (DCIR) — cell được chuyển giữa hai dòng xả và điện trở được tính bằng ΔV/ΔI trong một khoảng định sẵn (thường hàng chục mili giây đến vài giây). Khoảng dài hơn gồm hiệu ứng truyền điện tích và khuếch tán, nên DCIR thường cao hơn ACIR nhưng gần với điều tải thực trải nghiệm.

Khi so sánh nhà cung cấp, hãy so cùng phương pháp: con số ACIR 1 kHz không thể đặt cạnh con số DCIR 10 giây.

Rᵢ gây sụt áp

Điện áp đầu cực của cell khi có tải tuân theo hệ thức đơn giản: V_{đầu cực} = V_{hở mạch} − I × Rᵢ. Điện trở trong biến dòng thành sụt áp tức thì. Ví dụ tính: cell có điện trở trong 20 mΩ chịu xung 5 A tức thì mất 0,10 V; hai cell 40 mΩ mất 0,20 V trong cùng xung — khác biệt giữa động cơ khởi động êm và động cơ khiến bộ điều khiển sụt áp. Vì vậy cell cao suất được định nghĩa vừa bằng milliohm vừa bằng mAh.

Rᵢ thành nhiệt

Cũng mức sụt điện trở đó tiêu tán năng lượng thành nhiệt với công suất P = I²R. Vì nhiệt tỉ lệ bình phương dòng, gấp đôi dòng tải sẽ gấp bốn lần nhiệt điện trở. Trong pack, nhiệt này dồn lại: nhiệt độ tăng, độ dẫn điện phân và động học điện cực thay đổi, khi sạc phản ứng tái kết hợp lại thêm nhiệt. Do đó cell điện trở thấp và mối nối điện trở thấp là nền tảng của thiết kế nhiệt — chúng giữ pack mát hiệu quả hơn hẳn việc làm mát thêm sau này.

Rᵢ đổi theo SOC, nhiệt độ và tuổi thọ

• Trạng thái sạc — điện trở theo dạng chữ U thoải: hơi cao khi đầy, thấp nhất trên cao nguyên SOC giữa, và tăng rõ gần khi cạn khi vật liệu hoạt động bị vắt kiệt — dấu hiệu điện của đầu gối xả.
• Nhiệt độ — lạnh làm Rᵢ tăng vọt khi độ dẫn điện phân và động học phản ứng chậm lại, nên hiệu năng tải cao khi trời lạnh đòi hạng riêng; ấm làm Rᵢ giảm nhưng đẩy nhanh lão hóa.
• Tuổi thọ và chu trình — khi cell già đi, lớp ăn mòn lớn lên, điện phân phân phối lại và cấu trúc điện cực suy thoái, nên Rᵢ tăng dần đều. Theo dõi điện trở suốt đời vì vậy là chỉ số sức khỏe đáng tin, và sàng lọc Rᵢ đầu vào bắt được cell yếu trước khi vào pack.

Thiết kế quanh điện trở trong

• Chỉ định hạng, không chỉ dung lượng — chọn cell cao suất với giới hạn ACIR tối đa ghi trong đặc tả.
• Ghép Rᵢ, không chỉ mAh — chuỗi nối tiếp nên dựng từ cell được chia cùng dải điện trở hẹp để dòng tạo sụt như nhau ở mọi cell.
• Mắc song song để giảm điện trở pack — cell song song chia dòng và giảm một nửa điện trở hiệu dụng; nối tiếp tăng áp mà không đổi mức sụt trên mỗi cell.
• Tối thiểu tổn thất mối nối — mối hàn ngắn, rộng, nhiều tab và tiết diện thanh góp đủ để không thêm milliohm mà cell đã vất vả loại bỏ.
• Xác minh tại xung — thử sụt áp ở dòng và nhiệt độ xấu nhất, kiểm tra độ tăng điện trở suốt tuổi thọ chu trình, không chỉ trên mẫu ngày đầu.

Weijiang Power: cell điện trở thấp, binning điện trở chặt

Weijiang Power đo điện trở trong xoay chiều trên mọi cell sản xuất và cung cấp hạng NiMH chuẩn cùng cao suất, thiết kế cho giá trị milliohm thấp và điện trở ổn định qua nhiệt độ, tuổi thọ. Việc lắp pack của chúng tôi dùng hàn nhiều tab tối ưu và binning ghép Rᵢ để chuỗi nối tiếp sụt và nóng đều khi có tải. Gửi chúng tôi dòng đỉnh và dòng liên tục, dải nhiệt độ, điện áp ngắt, các kỹ sư sẽ chọn hạng cell và cấu trúc pack giữ điện áp cao, nhiệt độ thấp.