Bataryayı enerji dolu bir kova olarak düşünmek kolaydır. Biraz enerji istediğimizde devremizi bağlayıp enerjiyi dışarı akıtıyoruz. Ancak bu benzetme iç empedansı hesaba katmaz. Bataryaların su şişelerine benzemesi daha iyi bir benzetmedir. Bir su şişesi devrildiğinde, nozul akışı kısıtladığından su serbestçe dışarı akamaz. Benzer şekilde bir bataryanın da ömür, malzeme kalitesi ve yapım kusurları gibi faktörlerden dolayı enerji akışını kısıtlayan bir iç empedansı vardır. Bu empedans doğası gereği tamamen dirençli değildir, aynı zamanda kapasitif bileşenlere de sahiptir ve bu da ölçüm için zorluk teşkil eder.
Dahili empedans, bataryanın kalitesini ve kullanım ömrü boyunca ne kadar iyi performans göstereceğini yansıtır. Daha yüksek iç empedansa sahip bir batarya daha az verimli olacak ve erken arızalanmaya yatkın olacaktır. Yüksek iç empedans, çalışma sırasında aşırı ısı üretir; bu, bataryanın termal kaçak yapması durumunda bir güvenlik sorunu haline gelebilir. Kullanmadan önce iç empedansın ölçülmesi, arıza riski taşıyan hücreleri tanımlamanın iyi bir yoludur. İç empedansı karakterize etmenin birkaç yolu vardır ve bunların her biri performansın biraz farklı bir yönünü karakterize eder.
Tekniklerden biri elektrokimyasal empedans spektroskopisidir (Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS). Bu test sırasında bataryaya geniş bir frekans spektrumu üzerinden bir AC sinyali uygulanır ve bataryanın tepkisi ölçülür. Bu test uzun zaman alabilir ancak batarya içindeki empedans davranışının tam resmini verir.
En yaygın kullanılan yöntem AC iç direncidir (AC Internal Resistance, ACIR). Bu bir AC tekniği olduğundan empedansı karakterize eder, ancak tipik olarak yalnızca gerçek kısım veya direnç korunur. ACIR, ölçümün tek bir frekansta, genellikle 1 kHz'de alındığı, EIS sürecinin bir alt kümesidir. Bu, batarya kalitesinin iyi bir göstergesi olan ve tam EIS sürecinden çok daha hızlı olan küçük sinyal davranışını karakterize eder. Zaman tasarrufu, her bataryanın bir spesifikasyonu geçmesi gereken üretim alanında onu popüler bir test haline getiriyor.
Son yöntem, darbeli karakterizasyon olarak da adlandırılabilecek DC iç direncidir (DC Internal Resistance, DCIR). Bu yöntemde, bataryanın Şekil 2'de gösterildiği gibi ideal bir açık devre voltajı ve bir seri dirençle temsil edildiği varsayıldığından yalnızca dirençli bileşenler ölçülür.
Şekil 2: DCIR Batarya Modeli
Bataryaya belirli bir süre boyunca bir DC akımı uygulanır ve bataryanın voltajındaki değişim ölçülür ve direnç hesaplanır. Bunu gösteren bir grafik Şekil 3'teki gibidir.
Şekil 3: DCIR Ölçüm Rutini
DCIR yönteminde kullanılan akımlar genellikle ACIR yönteminden çok daha büyüktür, bu da bataryaların sıklıkla ani yüksek akım çekimine maruz kalması nedeniyle kullanım durumu açısından bunu daha gerçekçi bir test haline getirir. Bataryanın iç direnci, bataryanın büyük akım üretme yeteneğinin en büyük kısıtlayıcısıdır. Bu nedenle yüksek akım koşullarında performans gösteremeyen bir bataryanın tanımlanması önemlidir. Senkronize voltaj ölçümleri yaparken yüksek akım darbeleri verebilen bir cihaz idealdir. Keithley 2461 gibi Kaynak Ölçüm Birimleri (SMU'lar), ortaya çıkan voltajı 6,5 basamaklı çözünürlükle ölçerken, 10 A darbesini doğru bir şekilde iletme kapasitesine sahiptir. Bu SMU'lar, kullanıcıların tam bir DCIR darbe dizisini çalıştırmasına ve DCIR TSP Uygulamasını kullanarak ön panelden hesaplanan verileri almasına olanak tanıyan Test Komut Dosyası İşlemcisi (TSP®) tarafından desteklenmektedir.
Şekil 4: Keithley 2461 Grafiksel Dokunmatik Ekranlı SMU'da DCIR testinin yapılandırması ve sonuçları
Bir bataryanın iç empedansı, bataryanın kalitesinin ve kullanım ömrü boyunca ne kadar iyi performans göstereceğinin önemli bir göstergesidir. Bir bataryanın empedansını veya direncini ölçmek için üç yöntem kullanılabilir ve her yöntem biraz farklı bilgiler verir. Bu yöntemleri anlamak, ihtiyaç duyduğunuz ve beklediğiniz bilgileri aldığınızdan emin olmanıza yardımcı olabilir.