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动力电池包pack_蓄电池测试报告怎么看电池内阻的概念:电流通过电池时所收到的阻力

电池内阻的概念:电流通过电池时所收到的阻力。电池内阻的概念:电流通过电池时所收到的阻力。电池内阻是电池性能的一个重要指标,内阻作为电池最重要的参数之一,对于诊断电池劣化具有非常重要的研究意义。内阻是电池性能的一个重要指标,内阻作为电池最重要的参数之一,对于诊断电池劣化具有非常重要的研究意义。

电池内阻非常复杂,多次试图整理一份清晰易懂的文章来捋顺电池内阻,一直没有顺理清楚。只能努力讲清楚了。

如下图所示,每一个发生电化学反应的粒子表面都会发生出现双电层和法拉第反应。该过程的总阻抗可以抽象为三种电学元件,分别为:

a.内阻RΩ:电解液和电极的内阻。

b.双电层电容Cdl:源自电解液中的非活性离子,无化学反应发生,仅改变电荷分布。

c.法拉第阻抗Zf:源自电解液中的活性离子,有氧化还原反应发生,有电荷转移。

法拉第过程可以进一步分成两个过程:

电荷转移(charge transfer)和 物质转移(mass transfer)

这两个过程可分别抽象为:电荷转移电阻(Rct)和 Warburg阻抗(ZW)

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所以,每一个发生电化学反应的粒子都可以用以下电路图表示:

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那么整个锂离子电池的理想状态模型如下图所示:

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电池的内阻包括以下3部分:

欧姆内阻(RΩ):由电极材料、电解液、隔膜的电阻及各部分零件的接触电阻组成;分为离子电阻,电子电阻,接触电阻

a)离子电阻:锂离子在电池内部传递所受到的阻力,主要受正负极材料、隔膜以及电解液的影响。

b)电子电阻:电子传递受到的阻力。主要受活性物质与集流体的接触、活性物质本身因素、极板参数、集流体基材影响。

C)接触电阻:接触电阻主要是活性物质颗粒之间和活性物质与集流体之间的接触形成的。接触电阻主要受正负极浆料粘接性的影响。

阻抗:分为界面阻抗,电荷转移阻抗,扩散阻抗。

a)界面阻抗:Li离子通过SEI膜所受到的阻力。

b)电荷转移阻抗:体现为界面对离子的吸附能力加上电荷转移使离子在界面上发生电化学反应的能力。

C)扩散阻抗:Li离子在活性物质和电解液中扩散受到的阻力。

极化内阻分为欧姆极化,电化学极化,浓差极化。

a)欧姆极化:外电流通过的情况下,因为欧姆内阻使得局部电荷堆积,从而对电流的表现大于欧姆电阻提供的阻力。

b)电化学极化:电极表面产生反应,电子的传输速率快于电化学反应的速率,电子堆积。

c)浓差极化:离子传输的速率低于电极表面和固体相中的反应速率,产生浓度差,是物质传递的结果。

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目前常用的测量电阻的方法通常可分为直流内阻(DCIR,Direct current internal resistance,简称DCR)和交流内阻(ACIR,Alternating Current Internal Resistance,简称ACR)。

  1. ACR测试过程就是给就是通过在电池正负极注入正弦波电流信号I=I maxsin(2πft),同时通过另外两端在电池正负极检测得到正弦波电压信号U=U maxsin(2πft+ψ),进而可以推导出电池的交流阻抗,。一般1kHz左测得的电阻为欧姆内阻。缺点是不能直观、全面地反映电池性能。之所以使用交流电来测试电池的电阻,是因为我们希望排除极化产生的影响,直接测得物质本身性质对电流的阻力。当使用交流电的时候,f=1/T频率足够大的时候,电流的周期就更小。在短时间内,Li离子来不及移动很长一段距离,只是原来的位置来回挪动。因而,频率足够大的时候, 假设有下列3中情形:

1)电荷不发生移动,所以不会有电荷的积累,电荷分布不发生改变,故认为不会产生极化。

2)同样的,因为电荷分布不发生改变,所以电容不会变化。

3)Li离子的位置没有发生改变,所以不会有扩散的行为,故电路中没有扩散阻抗。综上,在使用ACR测试时,锂离子电池的等效电路模型被简化为下图:

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(2)DCR测试方法是给电池强制施加短时恒定电流,此时电池的电压随时间而发生变化。假如电池瞬间通过的电流为I,在极短的时间内测量出电池电压的变化为ΔU,再根据欧姆定律R=ΔU/I计算出电池的直流内阻。DCR不仅包括欧姆内阻,还包括电荷转移内阻与极化内阻。

对于锂离子电池的DCR测试一直是研究难点。首先锂离子电池的内阻很小,通常是毫欧级别,同时又是有源元件,不同于一般的电阻元件,不能直接测量大小;另外电池的内阻易受测试时所处的状态影响,例如在不同环境温度、不同荷电状态,电池的内阻就有一定的差别。

目前行业内DCR测试通常有如下几种方式:

1)行业内DCR测试方法

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此种测试及计算方法简单,只对模组或PACK进行一定时间的充放电,然后计算DCR值,如

RDCR放电(I1,t1)= |V1-V2|/ I1

RDCR充电(I2,t2)= |V4-V3|/ I2                 

其中

①    I1为放电电流值大小,本测试一般电流在1.5C以上;I2为充电电流值

②    t1为放电持续时间,一般测试DCR时间在10s~30s;t2为充电持续时间

③    V1为开始放电的电压值,V2为结束放电的电压值;V3为开始充电的电压值,V4为充电结束的电压值。

2) IEC的DCR测试方法

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此IEC的直流阻抗测试方法,考虑了电池极化阻抗对电池DCR的影响,具体的评估计算方法如

RDCR放电= |V1-V2|/( I2-I1)

其中

①   I1为放电电流,规定为0.2C;I2为充电电流,规定为1C(具体电流厂家定义)

②   t1为放电时间10s,t2为放电时间1s(持续时间厂家可定义)

③   V1为放电10s结束时电压,V2为放电1s的结束电压

在具体讲直流内阻和交流内阻之前,带大家先看一下最简单的电池等效电路,有助于大家理解这二者的联系和区别。

3) GB/T国标DCR测试方法

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国标对DCR测试给出了一定的指导,感觉像综合了行标和IEC的测试标准,如

RDCR放电(I1,t1)= |V0-V1|/ I1

其中

①    V0为静止结束放电开始的采样电压,V1为放电结束时电压

②   t1为放电持续时间

③   I1为放电电流值,规定是厂家允许的最大电流值Imax,实际在1.5C~3C

充电类同

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上图:充放电电流-时间曲线

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上图:充放电过程电压-时间曲线

 备注以上内容均来自网络,学习使人快乐

今天的文章动力电池包pack_蓄电池测试报告怎么看分享到此就结束了,感谢您的阅读。

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