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锂电池内阻测量的目的及方法

文章来源:PNAS普纳斯能源官网 人气:434 发表时间:2024-02-22 14:27:32
锂电池作为动力源或储能装置,锂电池的性能直接影响着整个系统的运行效果。而锂电池内阻是评价其性能的重要参数之一,它涉及到电池的充放电能力、能量效率、运行稳定性和安全性等方面。 定义:锂电池内阻是指...
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锂电池作为动力源或储能装置,锂电池的性能直接影响着整个系统的运行效果。而锂电池内阻是评价其性能的重要参数之一,它涉及到电池的充放电能力、能量效率、运行稳定性和安全性等方面。


定义:锂电池内阻是指电池内部存在的电阻,包括电极材料电阻、电解液电阻、隔膜电阻和其它内部结构电阻等。内阻的大小直接影响着电池的充放电性能和效率。


测量方法:测量锂电池内阻的方法有多种,其中常用的有直流内阻测量和交流内阻测量两种。直流内阻测量是在电池的极化效应较小的情况下,采用直流电源对电池进行充放电,并测量相应的电流和电压值,计算得到电池的内阻。交流内阻测量则是采用交流信号对电池进行激励,通过测量电池的响应信号来计算内阻。


评测锂电池内阻的作用


1. 电池性能评估:锂电池的内阻是其性能的重要评价指标之一。通过测试内阻,可以对电池的能量传输效率和发热情况进行评估,进而了解电池的性能。


2. 健康状况监测:随着锂电池的使用,其性能会逐渐衰减,表现为容量衰减、内阻增加等。通过持续监测内阻的变化,可以判断电池的健康状况,预测电池的寿命。


3. 系统SOC和SOP估算:在实际应用中,可以利用直流内阻来估算系统的SOC(荷电状态)和SOP(功率状态)。由于电池厂测试的SOP和OCV-SOC都是针对单体电芯进行测试的,所以在电池成组运行一段时间后,整体的数值会表现出差异性,此时就需要用测量获得的直流内阻,进行数据的拟合及修正。


4. 均衡管理:锂电池的直流内阻对于整个均衡管理有很大的帮助。在实际应用中,可以利用测量获得的直流内阻来进行均衡管理,保证电池的一致性。


5. 保护逻辑:在电池管理系统中,直流内阻的检测可以判断模组内连接状况,对于连接松动的情况,可以做出及时的反馈,进而触发相应的保护逻辑。


6. 功率管理:在功率管理中,需要通过电池的内阻情况来计算电池的输出能力。具体内阻的模型需要结合单体电芯的数据进行成组后的管理。


综上所述,评测锂电池内阻的作用是多方面的,涉及到电池的性能评估、健康状况监测、系统SOC和SOP估算、均衡管理、保护逻辑以及功率管理等多个方面。因此,在实际应用中,定期对锂电池进行内阻测试是十分必要的。


影响锂电池内阻的因素


1. 电极材料:电极材料是影响锂电池内阻的重要因素之一。不同材料对电子和离子的导电能力不同,从而影响电池的内阻。常用的电极材料有石墨、钴酸锂、磷酸铁锂等。


2. 电解液:电解液在锂电池中起到传输离子的作用,其电阻大小直接影响电池的内阻。电解液的离子电导率越高,电池内阻越小。


3. 隔膜:隔膜是分隔正负极的材料,需同时具备电子绝缘性和离子导通性。隔膜的质量和孔径大小等因素也会对电池内阻产生影响。


4. 温度:温度对锂电池内阻的影响较大。随着温度的升高,电解液的流动性增强,离子电导率提高,从而降低电池内阻。但过高的温度会对电池性能产生负面影响,因此需合理控制温度。


5. 电池容量:电池容量与内阻之间存在一定的关系。随着电池容量的增加,电极材料的表面积增大,从而减小了电极材料与电解液接触的电阻。但容量过大可能会增加电池的体积和重量,不利于实际应用。


降低锂电池内阻的方法


1. 优化电极材料:选用导电性能良好的电极材料是降低锂电池内阻的有效途径。例如,采用多孔电极材料、纳米结构电极材料等可增加电极材料的表面积,提高电子和离子的传输效率,从而降低内阻。


2. 提高电解液离子电导率:选用高离子电导率的电解液、加入添加剂改善电解液的离子电导率等方法可以有效降低电池内阻。此外,采用固态电解质也可显著降低内阻,提高电池性能。


3. 改善隔膜性能:通过改进隔膜制备工艺、提高隔膜孔径率和孔隙率等方法可以降低隔膜电阻,从而减小电池内阻。此外,采用多层隔膜结构也可提高离子传输效率,降低内阻。


4. 控制温度:在锂电池运行过程中,合理控制温度可以降低因温度变化引起的内阻变化。采用先进的热管理系统可有效控制电池温度,保证其在适宜的温度范围内工作。


5. 合理设计电池结构和尺寸:根据实际需求合理设计电池结构和尺寸可以减小电池内阻。例如,采用叠片式结构代替圆柱式结构、减小电极片厚度等方法都可以减小电池内阻。

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