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磷酸铁锂电池直流内阻对电池性能的影响

磷酸铁锂电池的直流内阻是评价电池性能的重要指标之一。内阻的测试包括交流内阻与直流内阻。对于磷酸铁锂电池单体,一般以交流内阻来进行评价,即通常称为欧姆内阻。但对于大型磷酸铁锂电池组应用,如电动车用电源系统来说,由于测试设备等方面的限制,不能或不方便来直接进行交流内阻的测试,一般通过直流内阻来评价电池组的特性。在实际应用中,也多用直流内阻来评价电池的健康度,进行寿命预测,以及进行系统SOC、输出输入能力等的估计。在生产中,可以用来检测故障电池如微短路等现象。

磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池直流内阻的测试原理是通过对电池或电池组施加较大的电流(充电或放电),持续较短时间,在电池内部还没有达到完全极化的情况下,根据施加电流前后电池的电压变化和施加的电流,计算电池的直流内阻。测试直流内阻必须选择好四个参数:电流(或采用的倍率)、脉冲时间、荷电状态(SOC)、测试环境温度。这些参数的变化对直流内阻有较大的影响。

直流内阻不仅包括了电池组的欧姆内阻部分,还部分包括了电池组的一些极化电阻。

而电池的极化受电流、时间等影响比较大。目前常用的磷酸铁锂电池直流内阻测试方法有以下三个:(1)美国《FreedomCAR电池测试手册》中的HPPC测试方法:测试持续时间为10s,施加的放电电流为5C或更高,充电电流为放电电流的0.75。具体电流的选择根据电池的特性来制定。

(2)日本JEVSD7132003的测试方法,原来主要针对Ni/MI电池,后也应用于锂离子电池,首先建立0~100%SOC下电池的电流一电压特性曲线,分别以1C、2C、5C、10C的电流对设定SOC下的电池进行交替充电或放电,充电或放电时间分别为10s,计算电池的直流内阻。(3)我国“863”计划电动汽车重大专项《HEV用高功率锂离子动力蓄电池性能测试规范》中提出的测试方法,测试持续时间为5s,充电测试电流为3C,放电测试电流为9C。

JEVS法、HPPC法两种测试方法各有特点,JEVS法采用0~10C“系列”电流可以避免采用单一电流产生的结果偏差,其假定电池的内阻主要成分是近似恒定的欧姆阻抗,因此在放电倍率较低情况下可靠性较高。实际上在电池高倍率充放电时,整个电池反应的速率控制步骤由小倍率下的电荷转移过程控制变为传质过程控制,电池的阻抗构成中不仅有电池本体欧姆阻抗,还有极化反应阻抗等,并且随电流和脉冲时间发生变化。HPPC法同时采用中低倍率及高倍率两个电流段测试电池的功率能力,兼顾了电池在中低两种倍率及高倍率充电或放电电流下不同的电压响应特性,但采用某一电流(5C、15C)分别代表中低倍率或高倍率电池功率能力的方法缺乏全面性,不同电池某一电流(5C、15C)下的电压响应不同,造成了测试结果的片面和偏差。“863“测试规范中采用一种充电电流和放电电流,并且两者差距比较大,具有一定的片面性。每种测试方法均可以作为一个基准方法来测试,对不同的电源系统进行比较。但每种电池均有一定的适应性,其受测试电流和时间的不同,内阻的变化规律也会发生变化。

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