鋰電池內阻

鋰電池性能關鍵指標-內阻知識詳解

第一電動大牛作者電動知家 2022-09-21 11:41

鋰電池內阻是評價電池性能的重要指標之一，內阻的測試包括交流內阻與直流內阻。對于單體電池，一般以交流內阻來進行評價，即通常稱為歐姆內阻。但對于大型電池組項目，在具體的應用過程中，由于測試設備等方面的限制，不能或不方便直接進行交流內阻的測試，一般通過直流內阻來評價電池組的特性。

在實際應用中，也多用直流內阻來評價電池的健康度，進行壽命預測，以及進行系統(tǒng)SOC、SOP等的估算。同時，直流內阻的檢測可以判斷模組內連接狀況，對于連接松動的情況，可以做出及時的反饋。

鋰電池的直流內阻，對于整個均衡管理、SOP管理、保護邏輯都有很大的幫助。由于電池廠測試的SOP和OCV-SOC都是針對單體電芯進行測試的，所以在電池成組運行一段時間后，整體的數(shù)值會表現(xiàn)出差異性，此時就需要用測量獲得的直流內阻，進行數(shù)據(jù)的擬合及修正。

由于鋰電池在有電流的時候，會形成極化電壓，電池管理系統(tǒng)無法獲取電池的真實凈值電壓，如果按照采樣電壓開啟均衡，反而有可能會增加電池的不一致性。只有在獲得凈值電壓的情況下，才能在任何情況下，對電池進行有效的均衡，保證電池的一致性。

功率管理，是針對電池的SOP進行短時和長時的功率預判，在這個過程中，需要通過電池的內阻情況，來計算電池的輸出能力。

具體內阻的模型，需要結合單體電芯的數(shù)據(jù)，進行成組后的管理。

測試直流阻抗時，其電壓不會隨著時間的延續(xù)而發(fā)生改變，也就是說，電壓頻率為0，它表示的是元器件阻斷直流電的能力。

電池在放電過程結束后，由于極化的存在，電池電壓會出現(xiàn)反彈的現(xiàn)象。直流阻抗技術就是利用電池在間歇放電過程中，放電結束前一瞬間的電壓與放電結束穩(wěn)定后的電壓差來計算電池內阻的。

目前國內基本采用單位時間的電壓波動與電流進行比較獲得直流內阻，具體測試流程可參考下面這個示例：

以恒流1 A對電池進行間歇放電，放電20 min后，擱置5 min（穩(wěn)定時間由系統(tǒng)決定，該過程可持續(xù)循環(huán)至中止電壓），記錄放電中止前的電池電壓和電池電壓穩(wěn)定后的電池電壓，然后利用以下公式計算直流阻抗（其中：ΔU為電壓差，R為直流電阻，I為放電電流）：

R = ΔU / I

石家莊杰泰特動力能力有限公司，采用源自加拿大的核心技術，對電池的直流內阻系統(tǒng)進行建模，針對不同體系的鋰電池，如磷酸鐵鋰、三元體系、鈦酸鋰等，采用不同的模型，進行電池直流內阻的檢測計算。

以下是幾種典型的應用示例。

場景一：黑盒測試。

客戶提供三個電池模組，進行直流內阻的加速測試。電池組容量為100AH，每個電池組均為8S4P的方案，其中有兩個是激光焊接，分別是R0—R15，最后一個是螺接R16—R23?？蛻魹轵炞C內阻模型的有效性，要求黑盒測試，即不告知激光焊和螺接的電池組號，通過測試結果來評判。

通過測試數(shù)據(jù)可以看出，激光焊接的內阻，明顯要小于螺接的內阻（圖 1）。在測試過程中發(fā)現(xiàn)，螺接的模組，由于有一顆螺釘未擰緊，導致相連電池的內阻明顯高于其它電池，并且由于內阻過大，導致發(fā)熱量過大，對電池的上蓋板造成明顯的灼蝕。如果長期內阻過大，極易發(fā)生危險（圖 2）。將連接不良的螺釘找到一個替代件固定，直流內阻有明顯下降，但是由于臨時不是配套的螺釘，所以內阻仍未達到理想狀態(tài)（圖 3）。

圖 1

圖 2

圖 3

場景二：均衡測試。

直流內阻對后備電源UPS系統(tǒng)的均衡效果。系統(tǒng)在采用直流內阻模型加入的均衡前，電池壓差為732mV，且整個電池組一致性較差（圖 4）。系統(tǒng)采用直流內阻模型，在整個過程中進行持續(xù)均衡，經(jīng)過2588小時，整個系統(tǒng)的一致性變好，最大壓差不超過10mV，符合設定的均衡條件（圖 5）。

證明整個系統(tǒng)的均衡策略，能夠有效的對電池進行均衡，提高電池一致性，優(yōu)化整個電池組的性能。

圖 4

圖 5

場景三：大巴車應用

使用場景為190串的大巴車系統(tǒng)，在整個使用過程中，電池出現(xiàn)內阻分散度大的情況。直接的反應是，電池的一致性變差，續(xù)航里程降低。

圖 6是電池使用一段時間后，在進行充電過程中，整個電池組的電壓變化情況，圖 7是電池的內阻分布情況，圖 8是電池出廠時的電壓情況。

從整體的數(shù)據(jù)分布趨勢看，直流內阻的離散度與電壓的離散度相近，與客戶進行溝通，客戶確認，該批次電池為B品電池，在出廠時存在一定的差異。

與客戶溝通整體策略，調整均衡方案，目前整個電池包正在驗證過程中。

圖 6

圖 7

圖 8

石家莊杰泰特動力能源有限公司，成立于2010年，核心團隊和技術源于加拿大，是同期較早進行電池管理系統(tǒng)集成的廠家，主要服務客戶為北美及歐洲市場。隨后，杰泰特成立國內的技術和市場中心，目前主要在后備式儲能電源系統(tǒng)、微型車、叉車等市場進行深度耕耘，公司目前已經(jīng)形成完整的產(chǎn)品系列，經(jīng)過多年的國內市場耕耘，產(chǎn)品獲得用戶高度好評。

目前公司主營產(chǎn)品系列如下表所示：