资料 | 蓄电池内阻与容量、荷电态的关系分析

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主要参考：桂长清，柳瑞华《蓄电池内阻与容量的关系》通信电源技术 2011年1月，详情请查看原文

　蓄电池内阻与容量之间的关系其中有两种含义：电池内阻跟额定容量的关系，以及同一型号电池的内阻跟荷电态SOC的关系。

备注：SOC，全称是State of Charge，荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0~1，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=1时表示电池完全充满。

１　阀控密封铅酸蓄电池

（１）蓄电池的内阻跟荷电态的关系

１９９２年ＤａｖｉｄＯＦｅｄｅｒ发表了用ＭｉｄｔｒｏｎｉｃＣｅｌｌｔｒｏｎａｎｄＭｉｄｔｒｏｎ电导测试仪对阀控密封铅酸蓄电池（ＶＲＬＡ）的测试和统计结果。

图1可以看出，它们之间存在线性相关关系，其相关系数Ｒ２＝０．８２５。由此有人提出对于在线使用的阀控密封铅酸蓄电池，可以用测得的电导值去推测它们的剩余容量。

但是：我国标准中规定ＶＲＬＡ的容量必须保证在８０％以上方可在线使用，低于８０％就是失效电池，应该更换。也就是说，若用在线使用的蓄电池测得的电导值去推测它的剩余容量，必须观察电池容量在８０％以上时电池的电导跟容量之间是否存在线性相关关系。然而众多实验事实和统计结果都表明了此条件下不存在上述关系。

笔者观点：不同时期不同作者采用不同的方法对不同型式的铅酸蓄电池内阻进行测试的结果都表明，不论是开口式或密封式铅蓄电池、不论是用交流阻抗法或电导仪测试法（它是简化了的阻抗测试仪）、不论测量用的交流信号的频率或幅度如何，虽然测得的同一型号铅蓄电池内阻值有差异，但它们都有一个共同点：铅蓄电池的荷电态在４０％以上时，其内阻或电导几乎没有变化，只是在低于３０％时，其内阻值才迅速上升。这就是何以荷电态高于８０％的电池其容量和电导（内阻倒数）之间不存在线性相关关系的根本原因。

　（２）电池内阻跟额定容量的关系

表１是ＹＤ∕Ｔ１３６０－２００５《通信用阀控式密封胶体蓄电池》中列出的各种型号电池的内阻值的上限值。由该标准中规定的内阻测试方法可知，该内阻值中包含了电池的欧姆内阻和极化内阻。

　由表１数据可以看出：额定容量越大的电池，其内阻值就越小。根据欧姆定律，导体电阻是跟其长度成正比，跟其横截面积成反比。电池的额定容量越大，电池内全部连接件以及板栅筋条的截面积就越大，因而电池的内阻就越小。另一方面，由于极板的放电容量跟极板的面积成正比，所以电池的额定容量越大，其内阻就越低。

２　锂离子电池

锂离子电池的正极材料多是一些氧化物或盐类，例如现在常用的ＬｉＦｅＰＯ４，它们本身的电子导电性比金属要差；再者锂离子导电性受锂离子在材料晶格中扩散速度的影响，加之采用了有机物作电解质溶剂，这些因素决定了锂离子电池的内阻比较大，使其高功率输出时比能量迅速下降。图３示出国内某厂家在产品说明书中提供的锂离子电池芯的内阻分布情况。可以看出，电池容量越大，其内阻越小。８～１０Ａｈ的单电池芯的内阻有约１５ｍΩ，它比同容量的阀控式密封铅酸蓄电池内阻要大，后者１０　Ａｈ容量电池单格内阻只有３～４ｍΩ。温度降低，锂离子电池内阻迅速增大，二者的差别更大。

图３　单体锂离子电池芯的内阻的分布

在文献［４］中给出１５０Ａｈ／３．２Ｖ的Ｃ／ＬｉＦｅＰＯ４单电池内阻为１．０～１．４ｍΩ。折算到１０Ａｈ以后，就跟图３所提供的数据基本是一致的。该文献作者同时还观察到，在２０℃～５０℃温度范围内锂离子电池内阻基本上保持不变，但在０℃时，电池内阻增大１倍；在－１０℃时内阻增大２倍以上。这显然跟锂离子电池采用了有机物作电解质溶剂有关。电池用大电流放电时其内阻稍有下降，这跟大电流放电时电池温度有所升高有关。

此外，作者还观察到电池荷电态ＳＯＣ在５０％以上时，电池内阻几乎保持不变；但ＳＯＣ在４０％以下时，电池内阻就迅速升高。这种规律性跟ＶＲＬＡ电池是一致的。看来也不能用内阻值来定量判断锂离子电池的荷电态。

3 其他蓄电池也类似

4　小　结

（１）蓄电池的内阻跟电池的额定容量有关。大容量电池的内阻低；小容量电池的内阻高。

（２）常用蓄电池的内阻，在荷电态ＳＯＣ高于４０％时是保持不变的；只是ＳＯＣ低于３０％时，就很快升高。

（３）不能根据内阻的变化去在线检测蓄电池的荷电态。