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电池阻抗对充放电性能的影响

时间:2021-09-15 20:59:11 来源:未知 点击:

电池阻抗的大小直接影响到电池能量的消耗,无论是在充电还放电阶段,阻抗的存在都会引起能量的损失,这就会使电池表现出充电电压平台>放电的电压平台(能量=电压*电流*时间),图1为某磷酸铁锂电池充放电过程的SOC-电压曲线(1/20 C电流充放)。
  
图1 某磷酸铁锂电池的充/放电SOC-电压曲线

  2为基于阻抗分解的电池等效电路图。其中,C1为理想电源,表示电池存储电荷的能力,其电压为U1,不受充放电状态的影响;R1为欧姆阻抗,R2为极化阻抗,R3为接触阻抗,V1为电池正负极间测量的电压值。结合该等效电路图对电池充放电过程中的电压变化进行分析。

  
图2基于阻抗分解的电池等效电路图

 
在电池处于静置状态时,此时测量的V1为电池的开路电压,极化电阻R20,且由于测量的电流极小,欧姆内阻与接触内阻产生的分压也极小,因此V1U1
 
当电池处于放电状态时,充/放电端接用电器,电池由理想电源C1提供电荷,并且经过电池自身的R1R2R3三个阻抗的分压,提供给外接用电器,此时电池正负极间测得的电压值V1实际为用电器获得的分压,V1=U1-R1+R2+R3*I。当放电结束后电池转为静置状态,极化内阻逐渐消失,V1U1,因此在放电过程中,电池端的电压值会低于静置时的电压值。
 
当电池处于充电状态时,充/放电端接电源,此时电池自身相当于用电器,此时电池正负极间测得的电压值实际为电池两端获得的电压,但是由于电池存在R1R2R3三个阻抗的分压作用,理想电源C1实际获得的U1=V1-R1+R2+R3*I。当充电结束后,极化内阻逐渐消失,V1U1,因此在充电过程中,电池端的电压值会高于静置时的电压值。
 
PACK过程中,由于焊接不良或螺栓扭矩未打紧会造成电池与极片的接触阻抗R3远大于欧姆内阻R1与极化内阻R2,这会直接影响到电池包的电性能测试,通常会表现为电池的端电压瞬间飙高或飚低,甚至达到电压保护的上下限,导致电性能测试区间缩短或直接终止。

电池阻抗对产热的影响:

当电池通过电流时,其阻抗会将部分电能转化为热能消耗掉,就表现出电池的产热现象。电池包产热会造成电池的温度升高,一般电池的工作温度要求再20~45之间,过高或过低的温度会对电池的寿命造成影响。Q=I2*R*t,在正常的使用情况下,电池的阻抗变化较小,其产热量基本与电流大小的平方线性相关,下图为某电池包在电性能测试中分别使用1C与0.5C放电的温升曲线,变换电流大小是生产中电测可选的温度控制方式之一。
  

3  某电池包电测温度曲线(环境温度20℃)

欧姆内阻与极化内阻导致电池内部产热,而电池与极片间的接触阻抗则导致电池外部产热。产热量与阻抗大小线性相关,由于接触不紧密的导致的大阻抗会产生大量热量,在电动汽车的实际使用中存在极大的安全隐患,严重的会导致电动汽车烧毁。因此,保证螺栓扭力达标,尽可能消除接触阻抗是PACK过程中的关键控制点之一。

 

 

总而言之,电池阻抗是电池的重要属性,了解其组成及影响对分析电池包性能异常具有较大的作用。电池阻抗数值大小也是非常值得锂电行业人士的重视。

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