面包芯语

锂电池内阻测量方法汇总

锂电联盟会长 2023-12-30 16:24
汽车用卸负载电阻低价方案 全球首发！3D IC协同设计“黑科技”，效率提升200%

点击左上角“锂电联盟会长”，即可关注！


1 锂电池内阻的构成
锂电池内阻主要包括两个部分，欧姆内阻和极化内阻在温度恒定的条件下，欧姆电阻基本稳定不变，而极化电阻会随着影响极化水平的因素变动。
欧姆电阻主要由电极材料、电解液、隔膜电阻及集流体、极耳的连接等各部分零件的接触电阻组成，与电池的尺寸、结构、连接方式等有关。锂电池的端电压，指锂电池被连接在回路中处于工作状态时，检测到的电池正负极之间的电压，其数值等于锂电池电势减去欧姆内阻占压后，剩余的电压值。
观察下面图形，展示的是锂电池放电过程的电压-时间曲线的开始一段。电池开始放电后，曲线有一个瞬间压降ΔU1，这是回路通电瞬间，电压传感器检测到的电池两端电压从开路电压（等于电池电势）切换到端电压的结果，ΔU1就是欧姆内阻占压，ΔU2则是在放电结束时候，断开回路时，电池端电压曲线上产生的一段电压回升，同样是欧姆内阻带来的影响，ΔU1与ΔU2是相同的。
能够检测到纯欧姆内阻的时间比较短暂，因为随着电流逐渐上升至额定回路电流的过程中，极化现象逐渐加强，两种内阻的作用将混合到一起，不能分别。测量欧姆内阻的时间窗口在1~2ms以内。
极化内阻，从电芯内由电流产生那一刻开始跟着产生，随着电流的增大而增大，是电池内部各种阻碍带电离子抵达目的地的趋势总和。极化电阻可以分为电化学极化和浓差极化两部分。电化学极化是电解液中电化学反应的速度无法达到电子的移动速度造成的；浓差极化，是锂离子嵌入脱出正负极材料并在材料中移动的速度小于锂离子向电极集结的速度造成的。
上图电压时间曲线上的ΔU3一段，是回路断开后，电池端电压逐渐回升的一段，是电池内部去极化过程的体现，ΔU3的数值就是极化内阻的占压。在不同的放电状态下，ΔU3的数值并不相同。

2 标准上的电池内阻测量方法
《FreedomCAR 电池试验手册》中的HPPC 测试实验，给出了锂电池内阻的一种典型测试方法——直流内阻测试法， 步骤如下：
(1)用恒流40A 限压4.2V 将电池充满；
(2)用100A电流放出10%DOD(放电深度Depth Of Discharge)的电量，此时电池SOC 为90%；
(3)静止1 小时；
(4)按下图脉冲功率试验图进行一次试验；
(5)重复(1)-(3)的试验，每次放电深度增加10%，直到放出90%DOD 进行最后的测试；
(6)将电池放出100%的DOD 。
电流时间曲线如上图所示。t0 ~ t1 时刻，对电池以120A的电流放电；t1 ~ t2时
刻,电池断电静置；t2 ~ t3 时刻，对电池以100A 的电流充电。电池,内阻可以通过电池电压变化量与电流变化量的比值求出,具体计算公式如下：
式中Rd 为放电内阻， Rc 为充电内阻， Id为放电电流, Ic 为充电电流。脉冲放电和充电的时间不能过长，避免极化内阻产生明显影响。

3 一些锂电池内阻测试方法
通过上面的描述可看到，标准给出的直流内阻测试法，需要给电池一个脉冲大电流，这种测试方法的准确程度，不但与使用的充放电设备以及传感器的检测器具的精度有关，电池内阻本身大小，也会对误差产生影响。于是研究人员根据自身产品，设备条件研究出一系列方法，对锂电池内阻进行检测，下面列举其中几个比较典型的测试方式。
方法1，双电阻法测量电池内阻
秦辉在他的文章《电池内阻的测量》中介绍了利用双电阻法测量电池内阻的方法。
如图所示，电池串联一个电阻形成回路，测量负载电阻的分压，进而推算电池内阻。这是一个非常简易的方法，从接触电路开始，我们几乎就知道存在这么一个方法。使用这个方法的一个要点是，当外接电阻值与电池内阻越接近，测量结果的误差将越小。电阻计算公式：E/(r+ R)=U/R，所以 r=(E/U- 1)R
用单片机实现上述电阻测量原理，框图如下：
单片机主导的电池内阻测量过程如下：单片机复位后，其控制端输出高电平，将模拟开关的控制端IN 置1， 然后连续对电压表进行检测。当检测到电压表有输入电压时， 单片机将模拟开关的IN 控制端置0，则D 端与S2端之间呈断开状态，此时电压表测量所得的电压值为电源的电动势E。单片机通过数据总线将数字电压表测量所得的电压数据存入单片机存储器中。
然后单片机再将模拟开关的IN 端置1， 则D 端与S2 端之间呈导通状态。此时电压表测量所得的电压值为模拟开关、电阻rˊ和R 三者承受的总电压Uˊ，单片机将该电压数据读入到单片机存储器中。利用串联电路分压公式U=100 Uˊ/199.5，单片机计算出U。再利用公式“r=(E/U- 1)R”，单片机计算出电池内阻r(公式中的r1=rˊ+0.5 =99.5Ω)。单片机通过接口电路将计算结果送入电压表显示电路，显示出电池内阻r 的值。
这个方法，可以利用单片机的功能实现自动测量和结果显示，但检测的精度还是由电阻精度和电压表精度决定。

方法二，不平衡电桥法电池内阻测量
作者李舒晨，在他的文章《不平衡电桥法电池内阻测量装置的原理与设计》中介绍了利用不平衡电桥测量电池内阻的方法。
不平衡电桥法测量电池内阻的原理如上图所示。其中R01 , R02 , R03为电桥内设电阻,
Rx 为含电动势E 的电池内阻。电阻R00和开关K跨接在电桥A 至B 之间. 根据戴维南定理，从N、G两点看去，可有图( b)所示的等效电路。其中E0 为开路电压， R0 为等效电阻。
当电路满足电桥平衡条件R02 /R01 = R03 /Rx时，上述等效电路电压源E0 和等效电阻R0 均不因开关K的接通与断开状态而改变，即在开关K接通和断开状态下均有
E0 = E〔( R01+ R02 ) /( R01 + R02 + R03 + Rx )〕=E〔R01 /( R01 + Rx )〕
R0 = ( R01+ R02 ) // ( R03+ Rx ) =( R02// R03 ) + ( R01// Rx )
用上述原理在实验室测试电池内阻时,只要在N , G之间接入一只直流电流表，反复接通和断开开关K，并调节R01或R02，直到开关状态变化时，电流表读数不变，此时便可依公式算出电池内阻：Rx = R01 (R03 /R02 )。
将上述测量过程中使用的开关用电子开关取代，并用周期性电压控制开关反复通断。将N 、G间的短路电流转换为电压信号，并在开关通断期间对电压信号分别进行采样保持形成两路电压，最后对两路电压进行差分放大送至平衡电压指示表，这就构成一个用不平衡电桥原理测量电池内阻的装置。
电桥电阻R01 、R02、 R03的选择影响测量灵敏度；电阻R00对电桥灵敏度及电池放电有影响。

方法3，电池内阻在线测量
作者陈宝明在他的文章《电池内阻在线测量实验系统的设计与制作》中介绍了一个比较常用的在线测量方法，交流注入法。
基本原理
实现电池内阻在线测量的基本原理如上图所示, 当信号源给电池注入一个交流电流信号，测量出电池两端产生的交流 公众号 动力电池BMS 电压信号和输入的电流，就可计算出电池的内阻:
r =Vrm/I rms
式中：Vrms 为电池两端交流电压信号的有效值；Irms为输入电池中的交流电流信号有效值。
具体实现在线测量的系统框图，如上图所示。系统由输出输入回路、输入转换电路、取样电路、低噪声前置放大器、方波转换电路、乘法器电路、积分器电路、交流恒流信号产生电路、单片机控制系统、显示器电路、接口电路和计算机等组成。
输出的交流恒流信号接到电池两端， 再将电池内阻产生的电压信号， 从电池两端直接连接到输入转换开关电路。注入电流回路和信号测量回路分开， 降低导线阻抗对电池内阻的影响，实现四引线连接。
由单片机控制输入转换开关，首先接通取样电路， 检测出注入电池回路中的电流值；再接通电池两端， 检测出内阻上产生的电压信号， 从而根据内阻计算公式，计算出电池内阻并显示。同时， 可通过接口电路，向PC 计算机输送相关信息， 存储相关数据， 并自动绘制充放电特性曲线。

上述方法中，直流内阻测试法，是国内外标准的典型测试方法，测试结果认可度较高；交流注入测试法，则多用在在线测量领域，作为车辆运行过程中，对动力电池性能监测的一种手段。
相关阅读：
锂离子电池制备材料/压力测试！
锂电池自放电测量方法：静态与动态测量法！
软包电池关键工艺问题！
一文搞懂锂离子电池K值！
工艺，研发，机理和专利！软包电池方向重磅汇总资料分享！
揭秘宁德时代CATL超级工厂！
搞懂锂电池阻抗谱(EIS)不容易,这篇综述值得一看！
锂离子电池生产中各种问题汇编！
锂电池循环寿命研究汇总（附60份精品资料免费下载）

登录阅读全文
免责声明： 该内容由专栏作者授权发布或作者转载，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点，本站亦不保证或承诺内容真实性等。若内容或图片侵犯您的权益，请及时联系本站删除。侵权投诉联系：  nick.zong@aspencore.com！
锂电联盟会长 研发材料，应用科技
评论 （0）
  • 如何正确选择和使用高斯计
    ‌一、高斯计的正确选择‌1、‌明确测量需求‌‌磁场类型‌：区分直流或交流磁场，选择对应仪器（如交流高斯计需支持交变磁场测量）。‌量程范围‌：根据被测磁场强度选择覆盖范围，例如地球磁场（0.3–0.5 G）或工业磁体（数百至数千高斯）。‌精度与分辨率‌：高精度场景（如科研）需选择误差低于1%的仪器，分辨率需匹配微小磁场变化检测需求。2、‌仪器类型选择‌‌手持式‌：便携性强，适合现场快速检测；‌台式‌：精度更高，适用于实验室或工业环境。‌探头类型‌：‌横向/轴向探头‌：根据磁场方向选择，轴向探头适合
    锦正茂科技 2025-05-06 11:36 338浏览
  • 利亚德净利暴跌、市值缩水，“羞愧”的董事长李军难翻盘
    文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍相较于一众措辞谨慎、毫无掌舵者个人风格的上市公司财报，利亚德的财报显得尤为另类。利亚德光电集团成立于1995年，是一家以LED显示、液晶显示产品设计、生产、销售及服务为主业的高新技术企业。自2016年年报起，无论业绩优劣，董事长李军每年都会在财报末尾附上一首七言打油诗，抒发其对公司当年业绩的感悟。从“三年翻番顺大势”“智能显示我第一”“披荆斩棘幸从容”等词句中，不难窥见李军的雄心壮志。2012年，利亚德（300296.SZ）在深交所创业板上市。成立以来，该公司在细分领
    华尔街科技眼 2025-05-07 19:25 7浏览
  • 【拆解】多功能电锅，又长知识了
    多功能电锅长什么样子，主视图如下图所示。侧视图如下图所示。型号JZ-18A，额定功率600W，额定电压220V，产自潮州市潮安区彩塘镇精致电子配件厂，铭牌如下图所示。有两颗螺丝固定底盖，找到合适的工具，拆开底盖如下图所示。可见和大部分市场的加热锅一样的工作原理，手绘原理图，根据原理图进一步理解和分析。F1为保险，250V/10A,185℃，CPGXLD 250V10A TF185℃ RY 是一款温度保险丝，额定电压是250V，额定电流是10A，动作温度是185℃。CPGXLD是温度保险丝电器元件
    liweicheng 2025-05-05 18:36 222浏览
  • 车载AI算力需求激增，紫光国芯车规级LPDDR4如何满足低功耗高性能？
    随着智能驾驶时代到来，汽车正转变为移动计算平台。车载AI技术对存储器提出新挑战：既要高性能，又需低功耗和车规级可靠性。贞光科技代理的紫光国芯车规级LPDDR4存储器，以其卓越性能成为国产芯片产业链中的关键一环，为智能汽车提供坚实的"记忆力"支持。作为官方授权代理商，贞光科技通过专业技术团队和完善供应链，让这款国产存储器更好地服务国内汽车厂商。本文将探讨车载AI算力需求现状及贞光科技如何通过紫光国芯LPDDR4产品满足市场需求。 车载AI算力需求激增的背景与挑战智能驾驶推动算力需求爆发式
    贞光科技 2025-05-07 16:54 100浏览
  • 【拆解】行车记录仪后摄像头，挺神奇的
    后摄像头是长这个样子，如下图。5孔（D-,D+,5V,12V,GND），说的是连接线的个数，如下图。4LED，+12V驱动4颗LED灯珠，给摄像头补光用的，如下图。打开后盖，发现里面有透明白胶（防水）和白色硬胶（固定），用合适的工具，清理其中的胶。BOT层，AM3860（芯片手册没有查到），如下图。TOP层，感光芯片和广角聚焦镜头组合，如下图。感光芯片，看着是玻璃的外形，好奇如何焊接上去的，如下图。感光芯片，一般用途挺多的，手机照相镜头，数运动相机，监控等等。广角聚焦镜头，原来是感光芯片的“望远
    liweicheng 2025-05-07 23:55 7浏览
  • 【拆解】无线入耳式蓝牙耳机，从浅到深的认识
    这款无线入耳式蓝牙耳机是长这个样子的，如下图。侧面特写，如下图。充电接口来个特写，用的是卡座卡在PCB板子上的，上下夹紧PCB的正负极，如下图。撬开耳机喇叭盖子，如下图。精致的喇叭(HY)，如下图。喇叭是由电学产生声学的，具体结构如下图。电池包（AFS 451012  21 12），用黄色耐高温胶带进行包裹（安规需求），加强隔离绝缘的，如下图。451012是电池包的型号，聚合物锂电池+3.7V 35mAh，详细如下图。电路板是怎么拿出来的呢，剪断喇叭和电池包的连接线，底部抽出PCB板子
    liweicheng 2025-05-06 22:58 242浏览
  • 某国产固态电解的2次和3次谐波失真相当好，值得一试。（仅供参考）
    某国产固态电解的2次和3次谐波失真相当好，值得一试。（仅供参考）现在国产固态电解的性能跟上来了，值得一试。当然不是随便搞低端的那种。电容器对音质的影响_电子基础-面包板社区  https://mbb.eet-china.com/forum/topic/150182_1_1.html （右键复制链接打开）电容器对音质的影响相当大。电容器在音频系统中的角色不可忽视，它们能够调整系统增益、提供合适的偏置、抑制电源噪声并隔离直流成分。然而，在便携式设备中，由于空间、成本的限
    bruce小肥羊 2025-05-04 18:14 172浏览
  • 二位半 5线数码管的驱动方法
    二位半 5线数码管的驱动方法这个2位半的7段数码管只用5个管脚驱动。如果用常规的7段+共阳/阴则需要用10个管脚。如果把每个段看成独立的灯。5个管脚来点亮，任选其中一个作为COM端时，另外4条线可以单独各控制一个灯。所以实际上最多能驱动5*4 = 20个段。但是这里会有一个小问题。如果想点亮B1，可以让第3条线（P3）置高，P4 置低，其它阳极连P3的灯对应阴极P2 P1都应置高，此时会发现C1也会点亮。实际操作时，可以把COM端线P3设置为PP输出，其它线为OD输出。就可以单独控制了。实际的驱
    southcreek 2025-05-07 15:06 134浏览
  • 5小时自学修好BIOS卡住问题 更换硬盘
    5小时自学修好BIOS卡住问题  更换硬盘故障现象：f2、f12均失效，只有ESC和开关机键可用。错误页面：经过AI的故障截图询问，确定是机体内灰尘太多，和硬盘损坏造成，开机卡在BIOS。经过亲手拆螺丝和壳体、排线，跟换了新的2.5寸硬盘，故障排除。理论依据：以下是针对“5小时自学修好BIOS卡住问题+更换硬盘”的综合性解决方案，结合硬件操作和BIOS设置调整，分步骤说明：一、判断BIOS卡住的原因1. 初步排查     拔掉多余硬件：断开所有外接设备（如
    丙丁先生 2025-05-04 09:14 99浏览
  • 紫光展锐全新奇迹手游引擎，开启游戏“芯”时代
    UNISOC Miracle Gaming奇迹手游引擎亮点：• 高帧稳帧：支持《王者荣耀》等主流手游90帧高画质模式，连续丢帧率最高降低85%;• 丝滑操控：游戏冷启动速度提升50%，《和平精英》开镜开枪操作延迟降低80%;• 极速网络：专属游戏网络引擎，使《王者荣耀》平均延迟降低80%;• 智感语音：与腾讯GVoice联合，弱网环境仍能保持清晰通话;• 超高画质：游戏画质增强、超级HDR画质、游戏超分技术，优化游戏视效。全球手游市场规模日益壮大，游戏玩家对极致体验的追求愈发苛刻。紫光展锐全新U
    紫光展锐 2025-05-07 17:07 110浏览
我要评论
0
0
点击右上角，分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦