三元锂电池直流内阻（DCIR）的测试分析！

LIGwppiyrgqsth 2023-09-01 发布于江苏

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1 引言

以三元体系的51Ah方形动力电池作为研究对象，从电池SOC状态、脉冲电流、脉冲时间、测试温度以及使用工况各个方面进行了全面的测试分析，在实际应用中可以作为三元体系电池直流内阻测试的参考依据。

2 实验部分

2.1 测试对象

所选用的测试样本为NCM体系方形锂离子动力电池，单体容量51Ah，平台电压3.65V。所用测试设备为Arbin充放电设备以及高低温箱。

2.2 测试方法

(1)将电池在25±2℃温箱中做容量测试，测试流程如下：

①休眠2min；

②用1C(1C=51A) 电流将电池放电至2.0V；

③休眠2mi n；

④用1C电流将电池恒流恒压充电至4.2V；

⑤重复步骤①～④，以第二次放电的容量作为电池的实际容量。

(2)放电DCIR测试：

①充满电的电池静止1h；

②使用1C电流将电池调整至目标SOC；

③静止30min，记录此时的电压V0作为相应SOC的OCV；

④使用放电电流I1放电t s，记录第t s的电压V1；

⑤放电直流内阻的计算公式：

(3)充电DCIR测试：

①放空电的电池静止1h；

②用1C电流充电至目标SOC；

③静止30min，记录此时电压V0作为相应SOC下的OCV；

④用充电电流I2充电t s，记录第t s的电压V1；

⑤充电直流内阻的计算方式：

3 结果与讨论

3.1 不同SOC对直流内阻的影响

根据2.2所述的测试方法进行不同SOC下的充电直流内阻和放电直流内阻测试，放电脉冲电流为I1=5C，充电脉冲电流为I2=3C，脉冲时间t=10s。测试结果分别见图1(a) 和图1(b)。

从测试结果可以看到，不同SOC状态对DCIR的测试结果有较大的影响，且充电DCIR和放电DCIR数据都呈现出随着SOC的升高逐渐降低的趋势，20％SOC以上的DCIR趋于稳定。

分析其原因与电池内部的反应过程有关。在低SOC下，电荷转移阻抗较高，随着SOC逐渐增大，电荷转移阻抗减小，DCIR也逐渐减小。

3.2 电流大小对直流内阻的影响

参考2.2，将测试样品调整至50％SOC状态，分别以I1=C，1.5C，2C，3C，5C的电流进行脉冲放电，以I2=lC，1.5C，2C，3C的电流进行脉冲充电，计算并对比脉冲10s时候的DCI R值，以研究脉冲电流大小对直流内阻测试结果的影响，测试结果如图2。

放电脉冲电流在1～5C，充电电流在1～3C时，50％SOC下测得的放电DCIR和充电DCIR的测试结果均呈现出随着电流增大而逐渐减小的趋势。而参考其他文献对三元体系电池的的研究结果，则呈现出充电DCIR随着电流增大而增大，放电DCIR随着电流增大而减小的趋势，与本文研究结果并不一致，说明DCIR随电流变化的趋势与电池的体系设计也有一定的关系。

3.3 脉冲时间对直流内阻的影响

为验证脉冲时问对直流内阻的影响，参考2.2的测试方法，对脉冲放电和脉冲充电时问在1～30s的DCIR进行了测试对比( 由于该电池50％SOC以上的DCIR差异较小，为便于对比，此处仅对50％SOC以下的数据进行了展示) ，测试结果分别见图3(a)和图3(b) 。

测试结果显示，当脉冲时间在1～5s时，充电和放电DCIR均呈现线性增长趋势；当脉冲时间在5～30s时，DCIR增长趋势变缓，逐渐偏离线性。该现象是由于随着脉冲时问的增加，电池内部传质阻抗增加，并逐渐占据主导地位，因此DCIR的变化也逐渐偏离线性。

且随着SOC状态升高，DCIR减小，DCIR随时间的增长率也越小。该现象与高SOC下的电荷转移阻抗较小有关。

3.4 温度对直流内阻的影响

参考2.2在不同温度下进行直流内阻测试，并根据不同温度下的充放电能力调整脉冲电流的大小，测试结果如图4。

可以看到，随着温度的降低，放电DCIR和充电DCIR均逐渐升高。这是因为随着温度的降低，电解液粘度增大，且离子移动速度减慢，化学反应速度降低，电池的欧姆内阻、极化内阻都会增大，因此测出的DCIR会呈现出增大的趋势。

3.5 使用工况对直流内阻的影响

考虑锂离子电池在实际应用时有不同的使用工况，因此也对不同使用工况下的直流内阻变化情况进行了研究分析。

将测试样品分别在25℃，35℃，45℃环境下进行1C充放电循环，每循环100次，参考2.2的测试方法将电池调整至50％SOC，使用1C脉冲放电30s，并采用式(1) 计算第30s的放电DCIR数据，以观察DCIR随循环次数变化情况。图5(a) 和图5(b)分别展示了不同温度下的循环衰减趋势和循环过程中的放电直流内阻变化趋势。