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          鋰電池內阻測量的目的及方法

          文章來源:PNAS普納斯能源官網 人氣:180 發表時間:2024-02-22 14:27:32
          鋰電池作為動力源或儲能裝置,鋰電池的性能直接影響著整個系統的運行效果。而鋰電池內阻是評價其性能的重要參數之一,它涉及到電池的充放電能力、能量效率、運行穩定性和安全性等方面。 定義:鋰電池內阻是指...
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          鋰電池作為動力源或儲能裝置,鋰電池的性能直接影響著整個系統的運行效果。而鋰電池內阻是評價其性能的重要參數之一,它涉及到電池的充放電能力、能量效率、運行穩定性和安全性等方面。


          定義:鋰電池內阻是指電池內部存在的電阻,包括電極材料電阻、電解液電阻、隔膜電阻和其它內部結構電阻等。內阻的大小直接影響著電池的充放電性能和效率。


          測量方法:測量鋰電池內阻的方法有多種,其中常用的有直流內阻測量和交流內阻測量兩種。直流內阻測量是在電池的極化效應較小的情況下,采用直流電源對電池進行充放電,并測量相應的電流和電壓值,計算得到電池的內阻。交流內阻測量則是采用交流信號對電池進行激勵,通過測量電池的響應信號來計算內阻。


          評測鋰電池內阻的作用


          1. 電池性能評估:鋰電池的內阻是其性能的重要評價指標之一。通過測試內阻,可以對電池的能量傳輸效率和發熱情況進行評估,進而了解電池的性能。


          2. 健康狀況監測:隨著鋰電池的使用,其性能會逐漸衰減,表現為容量衰減、內阻增加等。通過持續監測內阻的變化,可以判斷電池的健康狀況,預測電池的壽命。


          3. 系統SOC和SOP估算:在實際應用中,可以利用直流內阻來估算系統的SOC(荷電狀態)和SOP(功率狀態)。由于電池廠測試的SOP和OCV-SOC都是針對單體電芯進行測試的,所以在電池成組運行一段時間后,整體的數值會表現出差異性,此時就需要用測量獲得的直流內阻,進行數據的擬合及修正。


          4. 均衡管理:鋰電池的直流內阻對于整個均衡管理有很大的幫助。在實際應用中,可以利用測量獲得的直流內阻來進行均衡管理,保證電池的一致性。


          5. 保護邏輯:在電池管理系統中,直流內阻的檢測可以判斷模組內連接狀況,對于連接松動的情況,可以做出及時的反饋,進而觸發相應的保護邏輯。


          6. 功率管理:在功率管理中,需要通過電池的內阻情況來計算電池的輸出能力。具體內阻的模型需要結合單體電芯的數據進行成組后的管理。


          綜上所述,評測鋰電池內阻的作用是多方面的,涉及到電池的性能評估、健康狀況監測、系統SOC和SOP估算、均衡管理、保護邏輯以及功率管理等多個方面。因此,在實際應用中,定期對鋰電池進行內阻測試是十分必要的。


          影響鋰電池內阻的因素


          1. 電極材料:電極材料是影響鋰電池內阻的重要因素之一。不同材料對電子和離子的導電能力不同,從而影響電池的內阻。常用的電極材料有石墨、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等。


          2. 電解液:電解液在鋰電池中起到傳輸離子的作用,其電阻大小直接影響電池的內阻。電解液的離子電導率越高,電池內阻越小。


          3. 隔膜:隔膜是分隔正負極的材料,需同時具備電子絕緣性和離子導通性。隔膜的質量和孔徑大小等因素也會對電池內阻產生影響。


          4. 溫度:溫度對鋰電池內阻的影響較大。隨著溫度的升高,電解液的流動性增強,離子電導率提高,從而降低電池內阻。但過高的溫度會對電池性能產生負面影響,因此需合理控制溫度。


          5. 電池容量:電池容量與內阻之間存在一定的關系。隨著電池容量的增加,電極材料的表面積增大,從而減小了電極材料與電解液接觸的電阻。但容量過大可能會增加電池的體積和重量,不利于實際應用。


          降低鋰電池內阻的方法


          1. 優化電極材料:選用導電性能良好的電極材料是降低鋰電池內阻的有效途徑。例如,采用多孔電極材料、納米結構電極材料等可增加電極材料的表面積,提高電子和離子的傳輸效率,從而降低內阻。


          2. 提高電解液離子電導率:選用高離子電導率的電解液、加入添加劑改善電解液的離子電導率等方法可以有效降低電池內阻。此外,采用固態電解質也可顯著降低內阻,提高電池性能。


          3. 改善隔膜性能:通過改進隔膜制備工藝、提高隔膜孔徑率和孔隙率等方法可以降低隔膜電阻,從而減小電池內阻。此外,采用多層隔膜結構也可提高離子傳輸效率,降低內阻。


          4. 控制溫度:在鋰電池運行過程中,合理控制溫度可以降低因溫度變化引起的內阻變化。采用先進的熱管理系統可有效控制電池溫度,保證其在適宜的溫度范圍內工作。


          5. 合理設計電池結構和尺寸:根據實際需求合理設計電池結構和尺寸可以減小電池內阻。例如,采用疊片式結構代替圓柱式結構、減小電極片厚度等方法都可以減小電池內阻。

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