內阻是決定鋰離子電池功率能力、能量效率和發熱量的關鍵參數，也是鋰離子電池健康狀態（State of Health, SoH）的重要指標，影響電動車加速性、快速充電以及冷卻系統的設計，此外電池管理系統 (Battery Management System, BMS）需要透過建立內阻模型來精準管理功率能力避免電池被濫用，達到提升安全性與延長使用壽命的目的，因此研究內阻與功率能力對於發展新一代電池芯與優化電池系統具有實質意義。然而，以提升電動車功率密度為目標，超低直流內阻與加大單體電池芯設計已成趨勢，動輒上千安培的測試電流並非一般設備能夠滿足，實驗者在有限選擇之下通常被迫購置昂貴設備。

現今，電池內阻量測技術主要分為兩種：1)直流電阻多以脈衝(步進)電流測量電位變化來計算內阻值，2)交流電阻則採用擾動頻譜技術測定電化學阻抗譜（Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS），由於電池的電化學性質複雜，直流電阻不能直接與交流阻抗進行比較，兩種量測技術因分析時域不同有互補性，多依據應用條件而選用。以電動車及儲能系統終端設計多用脈衝電流測試直流內阻，除了測試時間較短，有研究顯示電流幅度也會影響電池內阻值，大電流的脈衝測試更接近真實負載應用條件。脈衝電流測試的國際標準有德國汽車工業協會(Verband Der Automobilindustrie, VDA)電流步進法或混合脈衝特徵(Hybrid Pulse Power Characterization, HPPC)測試，脈衝電流寬度在100mS-30S之間，不同的時間尺度取樣的壓降所包含的內阻成分不同，包括暫態壓降反應的純歐姆電阻、最初幾秒鐘的等效電容與介面電荷轉移電阻、以及反應較慢受離子擴散影響的極化電阻(圖一)，脈衝測試計算所得為總體電阻；須注意的是較長的脈衝寬度可能改變SOC引起額外壓降使內阻測量產生偏差，而過小的脈衝幅度將導致量測不確定度的大幅增加，量測誤差也受到電流/電壓量測誤差與溫度控制誤差影響。

(圖一) VDA脈衝測試電壓變化與電池內阻等效電路關係圖

若參考美國先進電池聯盟(United States Advanced Battery Consortium, USABC)混合脈衝特徵(HPPC)測試，電池芯於不同充電狀態(States of Charge, SOC)下進行10~30S最大脈衝放電與10S最大脈衝充電測量電位變化來計算電池內阻與功率特性。舉例：若60Ah鋰電池芯要測試10倍脈衝工作電流(10C-rate)，在過去必須購置600A充放電設備才能實施。現在，致茂電子開發出200%的脈衝電流測試方案供您選擇!

Chroma 17010H單通道電流能力300A，超級模式30秒內能輸出電流200% (600A)，此項新設計聚焦於電池脈衝電流應用進而優化功率輸出模式，具有體積減小50%、相較滿功率設計方案直接成本降低30%的優勢。Chroma研發團隊設計出高脈衝電流能力的關鍵在功率電路的溫升控制，首先，17010H高轉換效率的能源回收式架構大幅度降低充電與放電時的元件發熱，再通過優化功率模組配比及元件選用提高工作電流，最後配合熱流設計達到溫度控制，而量測部分則開發出分散式的比流器架構保障電流精度，輔以冷熱區電路布局降低溫度飄移，整合實現200%脈衝電流能力的電池測試系統。

(圖二) 200%脈衝輸出模式使用效益

此外，Chroma 17010H更具五大優勢：

1. 高量測再現性可幫助實驗者在趨勢研判與特徵分析時省下可觀時間。
2. 零交越與高速電流響應能力提供更貼近真實應用的實驗結果。
3. 多電流檔位設計提升小電流精準度，最小電流檔位達1/10，高低倍率性能測試皆有適合量程。
4. 提升能源回收效率達75％，不僅節省運轉電力、廢熱空調還可降低實驗室配電容量。
5. 獨立的二級電壓保護功能，強化大電流測試之安全性。

詳細產品方案可連結到Chroma網站，並留下您的需求與聯絡方式，我們將竭誠的為您服務!

參考文獻：

• Noshin Omar, Assessment of rechargeable energy storage systems for plug-in hybrid electric vehicles Ph.D. thesis, Vrije Universiteit Brussel, Brussel, Belgium, (2012).
• VDA-initiative energy storage system for HEV, test specification for Li-ion battery systems for hybrid and electric vehicles; VDA: Frankfurt, Germany, 2007.
• Battery Test Manual for Electric Vehicles, U.S. Department of Energy Vehicle Technologies Program, Revision 3.1, 2020.
• Battery Test Manual for Plug In Hybrid Vehicle, U.S. Department of Energy Vehicle Technologies Program, Revision 3, 2014.
• Hans-Georg Schweiger, Comparison of Several Methods for Determining the Internal Resistance of Lithium Ion Cells, Berlin, Germany, (2010)
• Anup Barai, Scientific reports of A study of the influence of measurement timescale on internal resistance characterization methodologies for lithium-ion cells, (2017)