锂电池内阻怎么去测量与计算
电控知识搬运工 2023-05-05

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。

锂电池内阻测量方法

1、密度法

密度法主要通过测量蓄电池电解液的密度来估算蓄电池的内阻,常用于开口式铅酸电池的内阻测量,不适合密封铅酸蓄电池的内阻测量。该方法的适用范围窄。

2、开路电压法

开路电压法是通过测量蓄电池的端电压来估计蓄电池内阻,精度很差,甚至得出错误结论。因为即使一个容量已经变得很小的蓄电池,再浮充状态下其端电压仍可能表现得很正常。


3、直流放电法

直流放电法就是通过对电池进行瞬间大电流放电,测量电池上的瞬间电压降,通过欧姆定律计算出电池内阻。虽然这种方法在实践中也得到了广泛的应用,但是它也存在一些缺点。如用该方法对蓄电池内阻进行检测必须是在静态或是脱机状态下进行,无法实现在线测量。而且大电流放电会对蓄电池造成较大的损害,从而影响蓄电池的容量及寿命。

4、交流注入法

交流法通过对蓄电池注入一个恒定的交流电流信号IS,测量出蓄电池两端的电压响应信号Vo,以及两者的相位差阻抗公式来确定蓄电池的内阻R。该方法不需对蓄电池进行放电,可以实现安全在线检测电池内阻,故不会对蓄电池的性能造成影响。但该方法需要测量交流电流信号Is,电压响应信号Vo,以及电压和电流之间的相位差,由此可见这种方法不但干扰因素多,而且增加了系统的复杂性,同时也影响了测量精度。为了解决上述各方法的缺陷,本文采用了四端子测量方式,将蓄电池两端上的电压响应信号通过交流差分电路与产生恒定交流源的正弦信号经过模拟乘法器相乘,再将模拟乘法器的输出电压信号通过滤波电路,使交流信号转变为直流信号,直流信号经直流放大器放大后进行模数转换,将转换后的值送入单片机进行简单处理。

5、内阻测试仪

内阻测试仪是用于测量电池内部阻抗和电池酸化薄膜破损程度的仪器,以下简称仪器。它是对被测对象施加1KHz交流信号,通过测量其交流压降而获得其内阻。(它不同于万用表测量电阻的原理,它所测量的值是毫欧级,而多用表测量的值是欧姆级;且万用表只能测无电源对象的阻值,而内阻仪既可测无电源对象的阻值,也可测有电源对象的阻值,所以两者不得等同)利用内阻阻值的大小来判断电池的劣化状态,(一般来说)其阻值越小电池的性能越好。因此,采用测量内阻进行检测电池的方法是速度快且可靠性高的一种好方法。


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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