关于动力锂电池内阻的研究
来源：宝鄂实业
2019-03-21 11:08
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1.1 锂离子动力电池内阻重要性
电池的内阻是蓄电池最重要的特性参数之一，它是表征电池寿命及电池运行状态的重要参数，是衡量电子和离子在电极内传输难易程度的主要标志。内阻还反映了电池的健康状态。电池出厂时的内阻很小，但经过长期充放电后，由于电池内部电解液的损耗，以及电池内部化学物质活性的降低，会使内阻逐渐增加，电解质会在多次充放电中逐步变性，内阻增加，直到内阻大到电池内部的电量无法正常释放出来，此时电池老化，相对的电池容量也会下降。
1.2 锂电池内阻分析
锂电池内阻不是定值，它跟锂电池的工作状态有关，包括欧姆内阻和极化内阻这两部分。
1）欧姆内阻
欧姆内阻是锂电池的固有电阻，也就是直流内阻，在一定的SOC 状态下可认为是固定的，它主要由电极材料、电解液、隔膜的电阻及其他各部分材料的内阻组成。图显示了锂电池在某个SOC状态下放电的过程。当锂电池开始放电时，欧姆内阻会在锂电池两端产生一个瞬间电压降ΔU1，这个压降持续的时间很短( 2 ms 以内) ，因此锂电池动态内阻的测试要有较短的响应时间。短时间之后锂电池的极化作用发生功效，锂电池两端的电压降主要由极化内阻引起，在充电过程中，欧姆内阻也会在锂电池两端引起一个瞬时电压上升的变化，之后就是极化内阻起作用。
2）极化内阻
锂电池在放电之后很短时间内的电压降变化由欧姆内阻引起，之后的电压降主要由极化作用引起。因为锂电池内部在进行化学反应，极化作用和电池SOC 状态变化都会引起电池输出电压的下降，但是这种变化是缓慢的，不同于欧姆内阻引起的电池两端电压瞬时下降。此时的内阻是锂电池化学反应中离子浓度引起的，即称为“极化内阻”。该内阻值随着反应的进行是变化的，其大小与检测的时间和电流的强度有关。
在放电过程中10 ～ 20 s 时间内电压的连续缓慢下降，以及在充电过程中20 s 之后电压的连续缓慢上升都是由极化内阻引起的。
1.3 内阻影响因素
锂电池交直流内阻与温度呈现明显的逆向关系，即温度下降内阻上升，并且呈现出典型的非线性特征。在实际应用过程中应尽量避免锂电池在低温环境中进行充放电，尤其低温充电对电池性能影响非常大。
锂电池不同SOC 状态下直流内阻呈现出放电深度越大，其直流内阻也越大的趋势; 图显示了锂电池在不同SOC 状态下交流内阻非常接近，可以认为锂电池交流内阻没有随SOC 的变化而变化。在不同SOC 状态下锂电池的交流内阻基本无变化，故在应用过程中只需考察不同SOC 状态下直流内阻值即可。
锂电池振动环境下直流内阻变化曲线图表明同一锂电池样品在振动环境下直流内阻变化非常小，可以认为锂电池直流内阻没有因振动环境而发生较大变。
