直流内阻对磷酸鐵锂電池性能影响分析

TIME: 2021-02-10 磷酸鐵锂電池知识百科

1、直流內阻對磷酸鐵锂電池的soc影響

在1C、5C、8C充電和放電情況下、持續5s測試的電池直流內阻隨soc的變化情況。可以看出，在較低的sOc下（30%以下），電池直流內阻比較高，在30~80%期間保持比較平穩，之後，充電測試的直流內阻又逐漸上升，而放電測試的直流內阻仍保持比較平穩。充電測試的直流內阻在sOC中間階段有逐漸下降的趨勢，而放電測試的直流內阻有逐漸上升趨勢，與某些報道的情況並不相符，與采用的電池、實驗電流、持續時間以及測量誤差等有關。

无论是放电还是充电，在30~80%sOC范围内，电池的直流内阻相差不大。所以对对磷酸鐵锂電池或电源系统的直流内阻的评价，应当选取此SOC范围进行比较。而30%、80%SOC作为内阻变化的临界点，可以为混合电动汽车的控制作为参考（混合电动车电源系统应用SOC范围一般在30~80%）。由于在此范围内对磷酸鐵锂電池直流内阻变化比较小，并且受电流、温度等其他因素影响比较大，不适宜作为soC判断的依据。超出此范围，电池放电/充电的极化电阻比较大，引起的电池内阻增大。

2、時間與直流內阻的關系

4C充電情況下0.1~0.9s內和1~10s內測試計算直流內阻。可以看出，無論充電還是放電測試，直流內阻對測試持續時間有強烈的依賴性，隨著持續時間的增加，直流內阻明顯加大，但在不同時間段內，其增加的速率不同。在1s以內，直流內阻與測試持續時間呈良好的線性關系，不同SOC下（30~80%）的擬合曲線的斜率相差不大；但在1~10s內，隨著SOC的增大，雖然曲線也呈較好的線性關系，但斜率的變化隨soc的增大而增大。

4C放電情況下0.1~0.9s和1~10s內測試的直流內阻，直流內阻隨測試時間也呈現較好的線性關系。在0.1~0.9s內，隨著sOC增大，擬合曲線的斜率逐漸減小，1~10s內，斜率變化不大。

這種變化與電池內部的反應有關。對電池施加電流後，引起電池電壓變化的首先是電池的歐姆電阻，瞬間使電池電壓上升（充電）或下降（放電），然後是電荷轉移阻抗引起的電壓降，最後是傳質阻抗。在充電測試過程中，隨著SOC的增大，電荷轉移阻抗增大，所以擬合曲線的斜率逐漸增大。在放電過程中，隨著SOC增大，放電的電荷轉移阻抗逐漸減小，所以放電期間的斜率隨SOc增加而逐漸邊小。隨著測試持續時間的增加，電池內部傳質阻抗逐漸增加，並占據主導，內阻變化也不呈線性變化了。電池1C充電和放電情況下6min內測試計算的直流內阻（測試前後電池SOC增加或減小了10%）。其直流內阻的變化曲線與電池的充電、放電電壓曲線非常接近。

由于对磷酸鐵锂電池的直流内阻对测试持续时间比较敏感，在进行电池或电池组直流内阻的评价时，应根据实际应用情况来选择测试的持续时间。如对于混合电动车来说，起启动、加速时间一般在10s左右，所以可以选择10s的持续时间进行比较。测试时间越短，越能体现电池或电池组的欧姆电阻，但短的测试持续时间受测试设备和数据采集响应误差的影响，也不能完全体现电池组的实际应用性能，不宜作为评价的标准。但在实际应用中，利用较短时间内直流内阻的测试可以判断电池组内的欧姆阻抗变化情况，进行故障诊断。

3、对磷酸鐵锂電池的电流与直流内阻的关系

在不同电流下测试对磷酸鐵锂電池的充电和放电情况下的直流内阻。随着电流的增加，电池直流内阻有明显的下降趋势，当电流达到一定程度后，又会随着电流的增加而上升，主要是由于电池内部的极化形式发生了变化。增大电流，电池内部传质过程成为控制步骤，电池内阻将开始增大。

对于对磷酸鐵锂電池或电源系统的不同，应采用不同的测试电流进行比较与评价，或者根据实际应用特征进行电流的选择，对于大容量动力电池（混合电动客车应用），适宜选择5C左右的电流，而混合电动轿车应用的小容量动力电池，较适宜选取10C左右的电流甚至更高。

4、电流与时间的交互作用对对磷酸鐵锂電池直流内阻的影响

电流与时间的交互作用对对磷酸鐵锂電池直流内阻的影响非常明显。1C、2C、充电情况下1~10s内直流内阻随测试时间的变化情况，随测试持续时间的延长，直流内阻逐渐加大，但变化幅度明显不同。在1C情况下，不同SOC下的曲线无交叉点，同一测试时间下soc越大，直流内阻越低，2C充电就有了较明显的交叉点，交叉点大约在7~8s左右。4C充电的交叉点就更为明显了，约在4s。低于4s，在同一测试时间下，随sOC增大，电池直流内阻降低，而在此点之后，变化相反，sOC增大，直流内阻变大。即各曲线的斜率随soc的增加而增大。

这种原因应当是对磷酸鐵锂電池内部的极化变化引起的。充电情况下，sOC越大，极化及极化变化率也越大，因此曲线的斜率也越大，反映到电池性能上就是sOC越大电池充电接受能力越低。这种情况也解释了某些研究者测试直流内阻时出现随SOC增大直流内阻出现相反变化的原因。时间和电流的交互作用引起的变化点与对磷酸鐵锂電池的类型、结构、设计、材料等各方面有关。

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