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【干货】关于电池的内阻知道这几点就够了?

2016-12-27  HPIli


电池内阻作为电池最基本的性能指标,内阻的大小对其性能有着非常重要的影响,在《锂离子电池行业规范条件》中,对电池内阻的测量也提出了要求:企业应具有开路电压和内阻在线检测能力,检测精度分别为1mV和1mΩ。

什么是内阻


电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,它包括欧姆内阻和极化内阻,而极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。欧姆内阻是由电极材料、电解液、隔膜及各个部分的接触电阻所组成。极化内阻是由电化学反应时极化引起的电阻,包括电化学极极化和浓差极化电阻。

上图右边是一个锂离子电池的等效电路,我们可以把电池和内阻拆开考虑,分为一个完全没有内阻的电源串接上一个阻值很小的电阻。左边的图是一个放电曲线X轴表示放电量,Y轴表示电压,理想状态是黑色的曲线,红色的是考虑到内阻的的时候真是状态。所以电池内阻做的越小,循环寿命和倍率放电性能就会越好。

内阻如何测量

通常电池内阻的测量方法有流(AC)测试法流(DC)测试法(当然在电化学分析中经常用到的是电化学阻抗谱EIS,各位可在后台回复关键词EIS获取简单易懂的《EIS入门教程》


  • 交流内阻法是采用1KHz的正选波电流,来测试引起的压降,计算内阻。


  • 直流测试又分为DCR法,MCCF法,HPPC法。

DCR法:使用不同的充电和放电倍率的电流,持续10S,记录电压和电流,形成一条直线,斜率即为内阻。

MCCF法:采用持续时间为5S的脉冲充放电电流,记录电压降,计算内阻。

HPPC法:美国PNGV规定,采用连续的充放电脉冲,测试引起的压降,有两种(放电时间18秒,充电2S;充放电时间均为10S)

两种方法的对比


我们可以看出直流方法都是根据物理公式R=U/I得出的。让电池在短时间内通过一个很大的恒定直流电流,测量此时电池两端的电压,并按公式计算出当前的电池内阻。这种测量方法的精确度较高,控制得当的话,测量精度误差可以控制在 0.1%以内。简单总结起来有以下几点:

1.只能测量大容量电池或者蓄电池,小容量电池无法在 2~3 秒钟内负荷40A~80A的大电流。

2.当电池通过大电流时,电池内部的电极会发生极化现象,产生极化内阻。故测量时间必须很短,否则测出的内阻值误差很大。

3.大电流通过电池对电池内部的电极有一定损伤。


而交流测试法仅测试电池的欧姆内阻,主要评价的是电池芯的生产工艺好坏。我们一般用交流内阻的值来评价电芯的合格与否,通过电压的波形来评价正负极材料的涂布效果,极耳焊接效果等来改善工艺。总结起来有以下几点

1.交流法可以测量几乎所有的电池。

2.交流法的测量精度很可能会受到纹波电流的影响,这对测量仪器电路中的抗干扰能力是一个考验。

3.由于电流较小用此法测量,对电池本身不会有太大的损害。

4.交流压降测量法的测量精度不如直流放电内阻测量法。


不同的测试方法偏重的应用环境不同。应该根据不同的应用环境选用相应的测试方法。电池在不同的SOC,不同的放电电流,内阻值也不相同,所以一般说内阻,是指充满电时的内阻。特别是动力电池,内阻是要测试整个充放电过程中的变化,在70%~30%SOC区间最稳定。

最后提醒一点

测试电池的内阻时一定要考虑到测试设备的稳定性和精度。本身待测的电池内阻就非常小了,如果这个复杂的系统内再引入其他变量比如合理误差,线路情况,面与面的接触等都对测试的结果有非常大的影响。




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