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收集整理的4種鋰電池內(nèi)阻丈量辦法

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:2514次  |  2019年06月29日  

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(gè)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(huì)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(shí),檢測到的電池正負(fù)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(jìn)程的電壓-時(shí)刻曲線的開端一段。電池開端放電后,曲線有一個(gè)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(shí)候,斷開回路時(shí),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。

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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(shí)刻比較時(shí)刻短,因?yàn)楦娏髦鸩缴仙令~外回路電流的進(jìn)程中,極化現(xiàn)象逐步加強(qiáng),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(shí)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(dá)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(dá)電子的移動(dòng)速度造成的;濃差極化,是鋰離子嵌入脫出正負(fù)極資料并在資料中移動(dòng)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(jìn)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(yàn)手冊》中的HPPC測驗(yàn)試驗(yàn),給出了鋰電池內(nèi)阻的一種典型測驗(yàn)辦法——直流內(nèi)阻測驗(yàn)法,過程如下:

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IP67防水,充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備

(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(shí);


(4)按下圖脈沖功率試驗(yàn)圖進(jìn)行一次試驗(yàn);


(5)重復(fù)(1)-(3)的試驗(yàn),每次放電深度增加10%,直到放出90%DOD進(jìn)行最后的測驗(yàn);


(6)將電池放出100%的DOD。


刻,電池?cái)嚯婌o置;t2~t3時(shí)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(jì)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(shí)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(yàn)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(yàn)法,需要給電池一個(gè)脈沖大電流,這種測驗(yàn)辦法的精確程度,不光與運(yùn)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(huì)對差錯(cuò)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(jìn)行檢測,下面列舉其間幾個(gè)比較典型的測驗(yàn)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(yùn)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(gè)電阻構(gòu)成回路,丈量負(fù)載電阻的分壓,進(jìn)而推算電池內(nèi)阻。這是一個(gè)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(gè)辦法。運(yùn)用這個(gè)辦法的一個(gè)要點(diǎn)是,當(dāng)外接電阻值與電池內(nèi)阻越接近,丈量成果的差錯(cuò)將越小。電阻計(jì)算公式:E/(r+R)=U/R,所以r=(E/U-1)R


用單片機(jī)完成上述電阻丈量原理,框圖如下:


單片機(jī)主導(dǎo)的電池內(nèi)阻丈量進(jìn)程如下:單片機(jī)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(jìn)行檢測。當(dāng)檢測到電壓表有輸入電壓時(shí),單片機(jī)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(dòng)勢E。單片機(jī)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(jī)存儲(chǔ)器中。


然后單片機(jī)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(jī)將該電壓數(shù)據(jù)讀入到單片機(jī)存儲(chǔ)器中。運(yùn)用串聯(lián)電路分壓公式U=100Uˊ/199.5,單片機(jī)計(jì)算出U。再運(yùn)用公式“r=(E/U-1)R”,單片機(jī)計(jì)算出電池內(nèi)阻r(公式中的r1=rˊ+0.5=99.5Ω)。單片機(jī)經(jīng)過接口電路將計(jì)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(gè)辦法,能夠運(yùn)用單片機(jī)的功用完成主動(dòng)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(yùn)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(dòng)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(diǎn)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(shí),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(dòng),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(yàn)室測驗(yàn)電池內(nèi)阻時(shí),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(shí),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(jìn)程中運(yùn)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(hào),并在開關(guān)通斷期間對電壓信號(hào)分別進(jìn)行采樣保持構(gòu)成兩路電壓,最后對兩路電壓進(jìn)行差分放大送至平衡電壓指示表,這就構(gòu)成一個(gè)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(yàn)體系的規(guī)劃與制造》中介紹了一個(gè)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(hào)源給電池注入一個(gè)溝通電流信號(hào),丈量出電池兩頭發(fā)生的溝通電壓信號(hào)和輸入的電流,就可計(jì)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(hào)的有效值;Irms為輸入電池中的溝通電流信號(hào)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(hào)發(fā)生電路、單片機(jī)操控體系、顯現(xiàn)器電路、接口電路和計(jì)算機(jī)等組成。


輸出的溝通恒流信號(hào)接到電池兩頭,再將電池內(nèi)阻發(fā)生的電壓信號(hào),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(hào)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(jī)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(hào),從而根據(jù)內(nèi)阻計(jì)算公式,計(jì)算出電池內(nèi)阻并顯現(xiàn)。同時(shí),可經(jīng)過接口電路,向PC計(jì)算機(jī)輸送相關(guān)信息,存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù),并主動(dòng)繪制充放電特性曲線。


上述辦法中,直流內(nèi)阻測驗(yàn)法,是國內(nèi)外規(guī)范的典型測驗(yàn)辦法,測驗(yàn)成果認(rèn)可度較高;溝通注入測驗(yàn)法,則多用在在線丈量領(lǐng)域,作為車輛運(yùn)行進(jìn)程中,對動(dòng)力電池性能監(jiān)測的一種手段。


參考文獻(xiàn)


1王宏志,根據(jù)LabVIEW的鋰離子動(dòng)力電池內(nèi)阻測驗(yàn)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(yàn)體系的規(guī)劃與制造;


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