鉅大LARGE | 點擊量：2512次 | 2019年06月29日
收集整理的4種鋰電池內(nèi)阻丈量辦法
本文除了介紹鋰電池內(nèi)阻的外部表現(xiàn)以外，首要將收集整理的4種鋰電池內(nèi)阻丈量辦法匯總在下面。
1鋰電池內(nèi)阻的構(gòu)成
鋰電池內(nèi)阻首要包括兩個部分，歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻在溫度穩(wěn)定的條件下，歐姆電阻根本穩(wěn)定不變，而極化電阻會跟著影響極化水平的要素變化。
歐姆電阻首要由電極資料、電解液、隔膜電阻及集流體、極耳的銜接等各部分零件的觸摸電阻組成，與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)、銜接方式等有關(guān)。鋰電池的端電壓，指鋰電池被銜接在回路中處于工作狀況時，檢測到的電池正負極之間的電壓，其數(shù)值等于鋰電池電勢減去歐姆內(nèi)阻占壓后，剩下的電壓值。
觀察下面圖形，展現(xiàn)的是鋰電池放電進程的電壓-時刻曲線的開端一段。電池開端放電后，曲線有一個瞬間壓降ΔU1，這是回路通電瞬間，電壓傳感器檢測到的電池兩頭電壓從開路電壓（等于電池電勢）切換到端電壓的成果，ΔU1便是歐姆內(nèi)阻占壓，ΔU2則是在放電結(jié)束時候，斷開回路時，電池端電壓曲線上發(fā)生的一段電壓回升，同樣是歐姆內(nèi)阻帶來的影響，ΔU1與ΔU2是相同的。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
能夠檢測到純歐姆內(nèi)阻的時刻比較時刻短，因為跟著電流逐步上升至額外回路電流的進程中，極化現(xiàn)象逐步加強，兩種內(nèi)阻的效果將混合到一起，不能分別。丈量歐姆內(nèi)阻的時刻窗口在1~2ms以內(nèi)。
極化內(nèi)阻，從電芯內(nèi)由電流發(fā)生那一刻開端跟著發(fā)生，跟著電流的增大而增大，是電池內(nèi)部各種阻止帶電離子抵達目的地的趨勢總和。極化電阻能夠分為電化學(xué)極化和濃差極化兩部分。電化學(xué)極化是電解液中電化學(xué)反應(yīng)的速度無法到達電子的移動速度造成的；濃差極化，是鋰離子嵌入脫出正負極資料并在資料中移動的速度小于鋰離子向電極集結(jié)的速度造成的。
是回路斷開后，電池端電壓逐步回升的一段，是電池內(nèi)部去極化進程的體現(xiàn)，ΔU3的數(shù)值便是極化內(nèi)阻的占壓。在不同的放電狀況下，ΔU3的數(shù)值并不相同。
2規(guī)范上的電池內(nèi)阻丈量辦法
《FreedomCAR電池試驗手冊》中的HPPC測驗試驗，給出了鋰電池內(nèi)阻的一種典型測驗辦法——直流內(nèi)阻測驗法，過程如下：
(1)用恒流40A限壓4.2V將電池充滿；
(2)用100A電流放出10%DOD(放電深度DepthOfDischarge)的電量，此刻電池SOC為90%；
(3)靜止1小時；
(4)按下圖脈沖功率試驗圖進行一次試驗；
(5)重復(fù)(1)-(3)的試驗，每次放電深度增加10%，直到放出90%DOD進行最后的測驗；
(6)將電池放出100%的DOD。
刻,電池斷電靜置；t2~t3時刻，對電池以100A的電流充電。電池,內(nèi)阻能夠經(jīng)過電池電壓變化量與電流變化量的比值求出,具體計算公式如下：
式中Rd為放電內(nèi)阻，Rc為充電內(nèi)阻，Id為放電電流,Ic為充電電流。脈沖放電和充電的時刻不能過長，防止極化內(nèi)阻發(fā)生明顯影響。
3一些鋰電池內(nèi)阻測驗辦法
經(jīng)過上面的描述可看到，規(guī)范給出的直流內(nèi)阻測驗法，需要給電池一個脈沖大電流，這種測驗辦法的精確程度，不光與運用的充放電設(shè)備以及傳感器的檢測器具的精度有關(guān)，電池內(nèi)阻本身大小，也會對差錯發(fā)生影響。于是研究人員根據(jù)本身產(chǎn)品，設(shè)備條件研究出一系列辦法，對鋰電池內(nèi)阻進行檢測，下面列舉其間幾個比較典型的測驗方式。
辦法1，雙電阻法丈量電池內(nèi)阻
秦輝在他的文章《電池內(nèi)阻的丈量》中介紹了運用雙電阻法丈量電池內(nèi)阻的辦法。
如圖所示，電池串聯(lián)一個電阻構(gòu)成回路，丈量負載電阻的分壓，進而推算電池內(nèi)阻。這是一個非常簡易的辦法，從觸摸電路開端，咱們幾乎就知道存在這么一個辦法。運用這個辦法的一個要點是，當(dāng)外接電阻值與電池內(nèi)阻越接近，丈量成果的差錯將越小。電阻計算公式：E/(r+R)=U/R，所以r=(E/U-1)R
用單片機完成上述電阻丈量原理，框圖如下：
單片機主導(dǎo)的電池內(nèi)阻丈量進程如下：單片機復(fù)位后，其操控端輸出高電平，將模仿開關(guān)的操控端IN置1，然后連續(xù)對電壓表進行檢測。當(dāng)檢測到電壓表有輸入電壓時，單片機將模仿開關(guān)的IN操控端置0，則D端與S2端之間呈斷開狀況，此刻電壓表丈量所得的電壓值為電源的電動勢E。單片機經(jīng)過數(shù)據(jù)總線將數(shù)字電壓表丈量所得的電壓數(shù)據(jù)存入單片機存儲器中。
然后單片機再將模仿開關(guān)的IN端置1，則D端與S2端之間呈導(dǎo)通狀況。此刻電壓表丈量所得的電壓值為模仿開關(guān)、電阻rˊ和R三者承受的總電壓Uˊ，單片機將該電壓數(shù)據(jù)讀入到單片機存儲器中。運用串聯(lián)電路分壓公式U=100Uˊ/199.5，單片機計算出U。再運用公式“r=(E/U-1)R”，單片機計算出電池內(nèi)阻r(公式中的r1=rˊ+0.5=99.5Ω)。單片機經(jīng)過接口電路將計算成果送入電壓表顯現(xiàn)電路，顯現(xiàn)出電池內(nèi)阻r的值。
這個辦法，能夠運用單片機的功用完成主動丈量和成果顯現(xiàn)，但檢測的精度還是由電阻精度和電壓表精度決定。
辦法二，不平衡電橋法電池內(nèi)阻丈量
作者李舒晨，在他的文章《不平衡電橋法電池內(nèi)阻丈量設(shè)備的原理與規(guī)劃》中介紹了運用不平衡電橋丈量電池內(nèi)阻的辦法。
不平衡電橋法丈量電池內(nèi)阻的原理如上圖所示。其間R01,R02,R03為電橋內(nèi)設(shè)電阻,
Rx為含電動勢E的電池內(nèi)阻。電阻R00和開關(guān)K跨接在電橋A至B之間.根據(jù)戴維南定理，從N、G兩點看去，可有圖(b)所示的等效電路。其間E0為開路電壓，R0為等效電阻。
當(dāng)電路滿足電橋平衡條件R02/R01=R03/Rx時，上述等效電路電壓源E0和等效電阻R0均不因開關(guān)K的接通與斷開狀況而改動，即在開關(guān)K接通和斷開狀況下均有
E0=E〔(R01+R02)/(R01+R02+R03+Rx)〕=E〔R01/(R01+Rx)〕
R0=(R01+R02)//(R03+Rx)=(R02//R03)+(R01//Rx)
用上述原理在試驗室測驗電池內(nèi)阻時,只要在N,G之間接入一只直流電流表，重復(fù)接通和斷開開關(guān)K，并調(diào)節(jié)R01或R02，直到開關(guān)狀況變化時，電流表讀數(shù)不變，此刻便可依公式算出電池內(nèi)阻：Rx=R01(R03/R02)。
將上述丈量進程中運用的開關(guān)用電子開關(guān)取代，并用周期性電壓操控開關(guān)重復(fù)通斷。將N、G間的短路電流轉(zhuǎn)化為電壓信號，并在開關(guān)通斷期間對電壓信號分別進行采樣保持構(gòu)成兩路電壓，最后對兩路電壓進行差分放大送至平衡電壓指示表，這就構(gòu)成一個用不平衡電橋原理丈量電池內(nèi)阻的設(shè)備。
電橋電阻R01、R02、R03的選擇影響丈量靈敏度；電阻R00對電橋靈敏度及電池放電有影響。
辦法3，電池內(nèi)阻在線丈量
作者陳寶明在他的文章《電池內(nèi)阻在線丈量試驗體系的規(guī)劃與制造》中介紹了一個比較常用的在線丈量辦法，溝通注入法。
根本原理
完成電池內(nèi)阻在線丈量的根本原理如上圖所示,當(dāng)信號源給電池注入一個溝通電流信號，丈量出電池兩頭發(fā)生的溝通電壓信號和輸入的電流，就可計算出電池的內(nèi)阻:
r=Vrm/Irms
式中：Vrms為電池兩頭溝通電壓信號的有效值；Irms為輸入電池中的溝通電流信號有效值。
具體完成在線丈量的體系框圖，如上圖所示。體系由輸出輸入回路、輸入轉(zhuǎn)化電路、取樣電路、低噪聲前置放大器、方波轉(zhuǎn)化電路、乘法器電路、積分器電路、溝通恒流信號發(fā)生電路、單片機操控體系、顯現(xiàn)器電路、接口電路和計算機等組成。
輸出的溝通恒流信號接到電池兩頭，再將電池內(nèi)阻發(fā)生的電壓信號，從電池兩頭直連續(xù)接到輸入轉(zhuǎn)化開關(guān)電路。注入電流回路和信號丈量回路分開，降低導(dǎo)線阻抗對電池內(nèi)阻的影響，完成四引線銜接。
由單片機操控輸入轉(zhuǎn)化開關(guān)，首先接通取樣電路，檢測出注入電池回路中的電流值；再接通電池兩頭，檢測出內(nèi)阻上發(fā)生的電壓信號，從而根據(jù)內(nèi)阻計算公式，計算出電池內(nèi)阻并顯現(xiàn)。同時，可經(jīng)過接口電路，向PC計算機輸送相關(guān)信息，存儲相關(guān)數(shù)據(jù)，并主動繪制充放電特性曲線。
上述辦法中，直流內(nèi)阻測驗法，是國內(nèi)外規(guī)范的典型測驗辦法，測驗成果認可度較高；溝通注入測驗法，則多用在在線丈量領(lǐng)域，作為車輛運行進程中，對動力電池性能監(jiān)測的一種手段。
參考文獻
1王宏志，根據(jù)LabVIEW的鋰離子動力電池內(nèi)阻測驗體系；
2秦輝，電池內(nèi)阻的丈量；
3李舒晨，不平衡電橋法電池內(nèi)阻丈量設(shè)備的原理與規(guī)劃；
4楊振吉，電池內(nèi)阻丈量體系規(guī)劃；
5張樂芳，根據(jù)Cortex_M3的電池內(nèi)阻檢測體系規(guī)劃與完成；
6陳寶明，電池內(nèi)阻在線丈量試驗體系的規(guī)劃與制造；
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