内阻测试成为衡量电池状态优劣最关键的方法

磷酸铁锂电池在使用过程中容易出现的各种问题,往往体现为内阻的增大。内阻的高低能够表征电池劣化状况,内阻测试成为衡量电池状态优劣的最关键、最迅速、最有效的方法之一。
目前,对于锂离子电池内阻的研究存在如下问题:
1、锂离子电池的内阻通常很小,一般是毫欧量级,同时又是有源元件,不同于一般的电阻元件,不能直接测量;
2、电池的内阻易受测试时所处的状态影响,例如不同环境温度、不同荷电状态下,电池的内阻就有一定的差别。
一、内阻测试标准简介
国际电工委员会(iec)是锂离子电池最主要的国际标准制定机构,制定的锂离子电池的性能标准iec 61960-3:2017和iec 62620:2014中都有要求测试电池内阻的测试项目。
日本工业标准调查会(jisc)是负责日本全国性标准化管理机构,发布的标准中涉及电池内阻测试项目的有jisc 8715-1:2018。
二、测试原理
iec 61960-3:2017、iec 62620:2014、jisc 8715-1:2018这3个标准推荐的测试方法均包括交流测试法和直流测试法两种。
交流测试法是在电池两端加上幅值较小的交流信号作为激励,通过测量其电压响应得出内阻值。直流测试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,根据欧姆定律r=δu/i就可以计算出电池的直流内阻。
2.1 适用对象
iec 61960-3:2017规定交流测试法和直流测试法仅适用于电池组;而iec 62620:2014和jisc 8715-1:2018规定交流测试法仅适用于电芯,直流测试法适用于电芯和电池组。
2.2 试样要求
iec 62620:2014根据倍率放电能力的差异化将试样分为四种类型:超低倍率型(s)、低倍率型(e)、中倍率型(m)、高倍率型(h),四种类型样品在25℃下的最大持续放电电流通常不低于以下值:0.125c、0.5c、3.5c、7.0c。
jisc 8715-1:2018将试样分为四种类型:超低倍率型(s)、低倍率型(e)、中倍率型(m)、高倍率型(h),四种类型样品在25 ℃下的最大持续放电电流分别不低于以下值:0.125c、0.5c、3.5c、>3.5c。
iec 61960-3:2017对试样没有明确规定。
三、测试程序
3.1 测试准备
iec 61960-3:2017标准规定内阻测试前将电池充满电并静置1~4h;iec 62620:2014标准规定内阻测试前将电池充满电,然后放出额定容量的50%±10%的电量后静置1~4h;jisc 8715-1:2018要求与ieciec 62620:2014相同。
3.2 测试温度
iec 61960-3:2017规定在20℃±5℃下进行内阻测试;iec 62620:2014和jisc 8715-1:2018规定在25℃±5℃下进行内阻测试。
3.3 测试方法
iec 61960-3:2017规定如果需要同时使用交流法和直流法测内阻时,应先用交流法,再用直流法。不需要在交流法和直流法测试之间对电池进行充放电。另外两个标准并没有规定交流法和直流法测试的顺序。
3.3.1 交流内阻测试
iec 61960-3:2017、iec 62620:2014和jisc 8715-1:2018规定的交流内阻测试方法相同:在电池两端施加1~5s频率为1.0 khz±0.1 khz、有效值为ia的交流电流信号,测量交流有效值电压ua,交流内阻rac的计算公式为:rac=ua/ia。
3.3.2 直流电阻测试
iec 61960-3:2017规定电池组以i1=0.2c(a)恒流放电10s±0.1s,然后瞬间提高放电电流至i2=1.0c(a)并放电1s±0.1s;而iec 62620:2014和jisc 8715-1:2018根据电池的类型,规定不同的放电电流,具体电流值如表1所示。
表1 iec 62620:2014和jisc 8715-1:2018直流内阻测试时的放电电流值
此外,iec 62620:2014和jisc 8715-1:2018规定的两次放电时间较iec 61960-3:2017长,分别为(30±0.1)s、(5±0.1)s。


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