鋰電(dian)(dian)池作為動力(li)(li)源或儲能(neng)裝置,鋰電(dian)(dian)池的(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)直接影響著整個系(xi)統(tong)的(de)(de)運(yun)(yun)行效果。而鋰電(dian)(dian)池內(nei)阻是評價其性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)重要(yao)參數之一,它涉及到電(dian)(dian)池的(de)(de)充放電(dian)(dian)能(neng)力(li)(li)、能(neng)量效率、運(yun)(yun)行穩定性(xing)(xing)和安全性(xing)(xing)等方面。
定義:鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池內(nei)阻(zu)(zu)是指電(dian)(dian)(dian)池內(nei)部存在的電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu),包括電(dian)(dian)(dian)極材料電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)、電(dian)(dian)(dian)解液電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)、隔(ge)膜電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)和其它內(nei)部結構(gou)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)等。內(nei)阻(zu)(zu)的大小直接影響著電(dian)(dian)(dian)池的充(chong)放電(dian)(dian)(dian)性能和效率。
測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)方法:測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)內(nei)阻(zu)(zu)(zu)(zu)的(de)方法有多(duo)種(zhong),其中常用的(de)有直(zhi)流(liu)(liu)內(nei)阻(zu)(zu)(zu)(zu)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)和交(jiao)流(liu)(liu)內(nei)阻(zu)(zu)(zu)(zu)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)兩種(zhong)。直(zhi)流(liu)(liu)內(nei)阻(zu)(zu)(zu)(zu)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)是在電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)極化(hua)效應較小的(de)情況下(xia),采用直(zhi)流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)源對電(dian)(dian)(dian)池(chi)進行充放電(dian)(dian)(dian),并測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)相應的(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)和電(dian)(dian)(dian)壓值,計算(suan)得(de)到電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)內(nei)阻(zu)(zu)(zu)(zu)。交(jiao)流(liu)(liu)內(nei)阻(zu)(zu)(zu)(zu)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)則是采用交(jiao)流(liu)(liu)信(xin)號對電(dian)(dian)(dian)池(chi)進行激勵,通過(guo)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)響(xiang)應信(xin)號來計算(suan)內(nei)阻(zu)(zu)(zu)(zu)。
評測鋰電池(chi)內阻的作用
1. 電池(chi)性能(neng)評(ping)估(gu):鋰電池(chi)的內(nei)阻(zu)是其性能(neng)的重要評(ping)價指(zhi)標之一(yi)。通過測試內(nei)阻(zu),可以對(dui)電池(chi)的能(neng)量(liang)傳輸效率和發熱情況進(jin)行評(ping)估(gu),進(jin)而了解電池(chi)的性能(neng)。
2. 健康(kang)狀況監測(ce):隨著鋰電(dian)池的(de)使(shi)用,其性能會逐漸衰(shuai)減,表現為容量(liang)衰(shuai)減、內阻增(zeng)加等。通過持續監測(ce)內阻的(de)變化,可以判斷電(dian)池的(de)健康(kang)狀況,預測(ce)電(dian)池的(de)壽命。
3. 系(xi)統SOC和(he)(he)SOP估(gu)算(suan):在實際(ji)應用(yong)(yong)中,可以(yi)利用(yong)(yong)直(zhi)流(liu)(liu)內阻來估(gu)算(suan)系(xi)統的(de)SOC(荷電(dian)狀態)和(he)(he)SOP(功率狀態)。由(you)于電(dian)池廠(chang)測(ce)試的(de)SOP和(he)(he)OCV-SOC都(dou)是針對單體(ti)電(dian)芯進(jin)行(xing)測(ce)試的(de),所以(yi)在電(dian)池成(cheng)組(zu)運(yun)行(xing)一段時間后(hou),整體(ti)的(de)數值會表(biao)現(xian)出差異性,此時就需要用(yong)(yong)測(ce)量獲得(de)的(de)直(zhi)流(liu)(liu)內阻,進(jin)行(xing)數據的(de)擬合及(ji)修正。
4. 均衡管(guan)(guan)(guan)理:鋰(li)電池(chi)的直流內阻對于整個均衡管(guan)(guan)(guan)理有很大的幫助。在(zai)實際(ji)應用中,可以利(li)用測量(liang)獲得的直流內阻來進行均衡管(guan)(guan)(guan)理,保證電池(chi)的一致性。
5. 保(bao)護邏輯:在電池管理系統中,直流內阻的(de)檢測可(ke)以判斷模(mo)組內連接狀況(kuang)(kuang),對于連接松動的(de)情況(kuang)(kuang),可(ke)以做出及時的(de)反饋,進而觸發相應的(de)保(bao)護邏輯。
6. 功率(lv)管理:在功率(lv)管理中,需要(yao)通(tong)過(guo)電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)內阻情況來(lai)計算電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)輸出能(neng)力(li)。具(ju)體內阻的(de)(de)模型需要(yao)結(jie)合單體電(dian)(dian)芯的(de)(de)數(shu)據進(jin)行成(cheng)組后的(de)(de)管理。
綜上所述,評(ping)測(ce)鋰電(dian)池(chi)內(nei)阻(zu)的作用是(shi)多方面(mian)的,涉(she)及到電(dian)池(chi)的性(xing)能評(ping)估、健康狀況(kuang)監測(ce)、系(xi)統SOC和SOP估算、均(jun)衡管理、保護邏輯以(yi)及功率管理等多個方面(mian)。因此,在實際應用中,定期對鋰電(dian)池(chi)進(jin)行內(nei)阻(zu)測(ce)試是(shi)十(shi)分(fen)必要的。
影響鋰電池內阻的因素
1. 電極材料:電極材料是影響(xiang)鋰電池內阻(zu)的(de)重(zhong)要(yao)因素(su)之(zhi)一。不同材料對(dui)電子(zi)和離(li)子(zi)的(de)導電能(neng)力不同,從而影響(xiang)電池的(de)內阻(zu)。常用(yong)的(de)電極材料有石(shi)墨(mo)、鈷酸(suan)鋰、磷酸(suan)鐵鋰等。
2. 電(dian)(dian)(dian)解液(ye):電(dian)(dian)(dian)解液(ye)在鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)中(zhong)起到傳輸(shu)離子的作用,其電(dian)(dian)(dian)阻(zu)大(da)小直接影響電(dian)(dian)(dian)池(chi)的內(nei)阻(zu)。電(dian)(dian)(dian)解液(ye)的離子電(dian)(dian)(dian)導率(lv)越高,電(dian)(dian)(dian)池(chi)內(nei)阻(zu)越小。
3. 隔膜(mo):隔膜(mo)是分隔正(zheng)負極的材料,需同(tong)時具(ju)備(bei)電(dian)子(zi)(zi)絕(jue)緣性和離子(zi)(zi)導通(tong)性。隔膜(mo)的質量和孔徑大小等因(yin)素也會對電(dian)池(chi)內阻(zu)產(chan)生影響。
4. 溫(wen)(wen)度:溫(wen)(wen)度對鋰電池(chi)內阻(zu)(zu)的影響較大。隨著溫(wen)(wen)度的升高,電解液的流(liu)動性(xing)增(zeng)強(qiang),離子電導率提高,從而降低(di)電池(chi)內阻(zu)(zu)。但過高的溫(wen)(wen)度會對電池(chi)性(xing)能產生(sheng)負面影響,因此需合理控制(zhi)溫(wen)(wen)度。
5. 電(dian)池容量(liang):電(dian)池容量(liang)與內阻之間存在(zai)一定的(de)關(guan)系。隨著電(dian)池容量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)(jia),電(dian)極(ji)材(cai)(cai)料(liao)的(de)表面積增(zeng)大,從而減(jian)小(xiao)了電(dian)極(ji)材(cai)(cai)料(liao)與電(dian)解(jie)液接觸的(de)電(dian)阻。但容量(liang)過大可能會增(zeng)加(jia)(jia)電(dian)池的(de)體積和(he)重量(liang),不利于實(shi)際應用(yong)。
降低鋰電池(chi)內阻的方法(fa)
1. 優化電(dian)極材料:選用(yong)導電(dian)性能(neng)良好的電(dian)極材料是降(jiang)低鋰電(dian)池內阻的有效(xiao)途徑。例(li)如(ru),采用(yong)多孔電(dian)極材料、納米結(jie)構電(dian)極材料等(deng)可(ke)增加電(dian)極材料的表(biao)面積(ji),提高電(dian)子和離子的傳輸(shu)效(xiao)率,從而降(jiang)低內阻。
2. 提高電(dian)(dian)(dian)解(jie)液(ye)離(li)(li)子(zi)電(dian)(dian)(dian)導率:選用高離(li)(li)子(zi)電(dian)(dian)(dian)導率的電(dian)(dian)(dian)解(jie)液(ye)、加入添加劑改善電(dian)(dian)(dian)解(jie)液(ye)的離(li)(li)子(zi)電(dian)(dian)(dian)導率等方法可(ke)以有效降低(di)電(dian)(dian)(dian)池內阻(zu)。此外,采用固態電(dian)(dian)(dian)解(jie)質也可(ke)顯著(zhu)降低(di)內阻(zu),提高電(dian)(dian)(dian)池性能。
3. 改(gai)善隔膜性(xing)能:通(tong)過改(gai)進隔膜制備工藝、提(ti)高(gao)隔膜孔(kong)徑率和孔(kong)隙率等方法可(ke)以降低隔膜電阻(zu),從而(er)減(jian)小電池內阻(zu)。此(ci)外,采用多層隔膜結構也可(ke)提(ti)高(gao)離子傳(chuan)輸效率,降低內阻(zu)。
4. 控(kong)制溫度:在鋰電(dian)池運行過程中,合理控(kong)制溫度可(ke)以降低因溫度變(bian)(bian)化引起(qi)的(de)內阻變(bian)(bian)化。采用先進的(de)熱(re)管理系統(tong)可(ke)有效控(kong)制電(dian)池溫度,保證其在適宜的(de)溫度范圍內工作。
5. 合(he)理設計電池結(jie)構(gou)和尺(chi)寸:根據實(shi)際需求合(he)理設計電池結(jie)構(gou)和尺(chi)寸可以減(jian)小(xiao)(xiao)電池內(nei)阻。例如,采用疊(die)片(pian)式結(jie)構(gou)代替圓柱(zhu)式結(jie)構(gou)、減(jian)小(xiao)(xiao)電極片(pian)厚度(du)等(deng)方(fang)法都可以減(jian)小(xiao)(xiao)電池內(nei)阻。