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锂电池内阻基础知识介绍

电阻表示一个电路元件对电流传递的阻碍程度的大小,单位是欧姆。内阻(inner resistance),又称内电阻。电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力。

一般分为交流内阻和直流内阻。由于充电电池内阻很小,测直流内阻时由于电极容量极化,产生极化内阻,故无法测出其真实值,而测其交流内阻可免除极化内阻的影响,得出真实的内值。

根据物理公式R=U/I,测试设备让锂电池在短时间内(一般为2~3秒)强制通过一个很大的恒定直流电流(目前一般使用40A~80A的大电流),测量此时锂电池两端的电压,并按公式计算出当前的锂电池内阻。

(R--电阻   U--电压   I--电流)

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。

电池内阻怎么测量

1.电池直流放电内阻测量法

根据物理公式R=V/I,测试设备让电池在短时间内(一般为2~3s)强制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。但此法有明显的不足之处:只能测量大容量电池或者蓄电池,小容量电池无法在2~3s内负荷40~80A的大电流;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,不然大电流通过电池对电池内部的电极有一定损伤。

2.电池交流压降内阻测量法

电池实际上等效于一个有源电阻,因此给电池施加一个固定频率和固定电流(目前一般使用1kHz频率,50mA小电流),然后对其电压进行采样,经过整流、滤波等一系列处理后通过运放电路计算出该电动汽车电池的内阻值。交流压降内阻测量法的电池测量时间极短,一般在100ms左右,几乎是一按下测量开关就测完了,这种测量方法的精确度也不错,测量精度误差一般在1%~2%。这种交流压降内阻测量法可以测量几乎所有的电池,包括小容量电池。但是交流压降测量法的测量精度很可能会受到纹波电流的影响,同时还有谐波电流干扰的可能,这对测量仪器的抗干扰能力是一个考验。用此法测量,对电池本身不会有太大的损害。

锂电池内阻计算方式

根据物理公式R=U/I,测验设备让锂电池在短时刻内(一般为2~3秒)强制经过一个很大的稳定直流电流(现在一般使用40A~80A的大电流),丈量此时锂电池两头的电压,并按公式核算出当时的锂电池内阻。

1、丈量电池的开路电压:U1

2、电池两头并联一固定阻值电阻:R,进行放电;

3、丈量锂电池放电期间电池的两头电压:U2;

4、核算电池内阻:r=(U1-U2)/(U2/R)

例如,某电池开路电压为12V,并联一个10欧姆电阻后电压降为10V,则该电池的内阻为:r=(U1-U2)/(U2/R)=(12-10)/(10/10)=2欧姆。

通常情况下,锂电池的内阻r越大,表明电池带负载越差,大功率电池(如蓄电池)的内阻r通常都十分小。小功率电池(如9V叠层电池)的内阻通常都比较大。

锂电池内阻的组成

1、离子电阻

①隔膜内部的电解液

影响因素

电解液电导率,隔膜面积、厚度、孔隙率、曲折系数(Gurley)

②正极内部的电解液

影响因素

电解液电导率,正极厚度、厚度、孔隙率、曲折系数

③负极内部的电解液

影响因素

电解液电导率,正极厚度、厚度、孔隙率、曲折系数

2、电子电阻

①两个电极的活性物质

影响因素

电极电导率、厚度、面积

②集流体(铜箔和铝箔)

影响因素

集流体厚度、宽度、长度,极耳数量、位置

③引线(极耳、极柱、内部导电连接元件)

影响因素

外形尺寸、电导率

3、活性物质与集流体的接触电阻

正极物质与铝箔

负极物质与铜箔

电池的电化学阻抗

把电极做一个等效电路图,主要有欧姆阻抗Rb,双电层电容Cd、电化学反应阻抗Rct以及扩散电阻Rw组成。一般来讲,在锂离子的嵌入和脱出循环过程中,Rb值变化一般不大,而Cd和Rct的变化却较为明显。

电池阻抗主要体现为电化学反应阻抗,而欧姆阻抗相对较小。由下图可知。随着温度的下降,电池阻抗逐渐上升,且下降至0°C以后,阻抗速度增大,阴极阻抗呈类似的趋势,从数值上来看,电池的阻抗主要来源于阴极阻抗的贡献。



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