一种电池内阻的测量方法技术

本发明专利技术提供了一种电池内阻的测量方法，对被测电池以预设的电流进行充电或放电操作后，记录充电或放电截止时到电压稳定时的电压值，计算得出电池的三种极化(即欧姆/电阻极化、电化学极化和浓差极化)各自对应的内阻。本发明专利技术利用了上述三种极化在充电或放电结束后恢复到新平衡态的特征时间量级的差别，通过清晰明确的界定方法来将这三个极化的值提取并区分开来并用于各自对应内阻的计算。经过与其他相关实验对比以及多个实施例验证表明本发明专利技术提出的方法具有较高的可信度和很强的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种电池内阻的测量方法
本专利技术涉及一种电池内阻的测量方法。
技术介绍
电池的内阻对电池容量的释放和大功率充放电性能以及内部产热都有很大的影响。因此在设计电池时，内阻是需要重点检测的一个参数。而影响内阻大小的因素很多，比如极片、电解液、集流体本身的导电性能，电极活性物和电解液之间电化学性能，以及电荷在固相和液相中的传输性能等。如果能找到把这些不同原因造成的内阻区分开的方法，将对电芯和模组设计的优化、失效机理的分析等起到重要的作用。目前对电池内阻测量最常用的方法主要有两种：一种是直流法，一种是交流法。直流法测内阻通常的做法是：在电池某个荷电状态(SOC,StateofCharge)下进行一定时间(可以是5s，10s，20s等)的恒流放电，记录放电前的电压(这时候是开路电压)和放电终止电压(通常是指放电电压的最低点)，并将这两个电压的差值(一般是前者减去后者)除以恒流放电的电流，其值被看作电池的直流内阻。比如专利申请CN103529301A。第二种测量方法是利用放电(或充电)之后电压的回升(或回落)来测内阻的。这些方法主要是通过测量电池在停止放电(或充电)后电压回升(或回落)时测得的第一个点的电压值与放电(或充电)结束时的电压值之间的差再除以放电(或充电)结束前的电流来计算电池的欧姆内阻。这些方法存在的问题是对放电(或充电)结束后电压回升(或回落)的第一个点依赖于测量仪器的分辨率而并没有一个清晰明确的判定标准，所以得到的结果比较随意，并且不能反映实际物理意义。实际上由于欧姆极化(或称电阻极化)的特征时间(也称时间常数)非常短，即一般在10微秒左右的数量级，上述所提到的第二种直流测量方法所描述的将根据测量仪器分辨率得到的电压回升(或回落)的第一个点看作为欧姆极化消失的点具有极大的随意性和不准确性。而如果即使相差0.1秒，相对于欧姆极化的特征时间来说误差也是巨大的。此外由于电极表面存在双电层。在放电(或充电)电流停止的最初阶段，电压并不是立刻回升(或回落)的，而是有个缓慢的变化过程(需要对双电层进行充或放电)。基于上述原因，仅通过选择电压回升(或回落)的第一点来判断欧姆极化的消失是不可行的，得到的结果也是不准确的。通常来说，根据充放电时极化产生的不同原因，可以简单的分为三类：欧姆极化、电化学极化和浓差极化。上面描述的直流法测内阻的另一个缺陷在于它无法将这些不同原因造成的极化区分开来。交流法测内阻的通常做法有两种。一种是使用交流内阻测量仪直接测量，一般频率选择在1KHz左右。但是这种方法只能测量到欧姆内阻，而对于电荷转移内阻(由电化学极化引起)和扩散内阻(由浓差极化引起)无法测得。另一种方法是使用交流阻抗谱也叫电化学阻抗谱(ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy,EIS)。用EIS可以测得电池在接近平衡状态下的欧姆内阻和电荷转移内阻，但是无法测得扩散内阻。因为在用EIS法测交流阻抗谱时要求电压扰动幅度非常小(一般在5mV左右)，所以用这种方法将无法测得电池在实际使用中(实际电流远远大于EIS测量所允许的范围)的上述两个内阻值。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种电池内阻的测量方法，包括：A.提供电池，控制电池温度达到测试温度；B.采用预设电流I对电池进行恒流放电或充电一段预设的时间后截止，记录从放电或充电截止时刻到电压平稳时的电池电压；检测电池放电或充电截止时刻的电池电压值为V1，欧姆过电位消失后的电池电压值为V2，C.根据公式Ro＝|V2-V1|/I计算欧姆内阻Ro。上述测试方法中，控制电池温度达到测试温度，可以首先调整测试环境温度至需要的温度(可以是室温或其他电池允许的工作温度)，然后将电池放置在该环境中直至其温度达到平衡，即与环境温度一致且不再变化，其误差可以允许在±2℃以内。本专利技术中，可以采用电池测试仪对电池进行恒流充电或放电，使用高速数据采集仪对电池的电压进行采集。将待测试的电池连接到电池测试仪和高速数据采集仪(其分辨率优选为每秒采集106个数据点或更多)上，在测试环境下在没有载荷下静置一段时间直至其电压达到平衡，根据实际情况这个时间可以是0～2h或更长，然后进行恒流放电或充电。具体测试连接示意图见图1。放电(或充电)电流截止后，记录欧姆过电位消失后的电池电压值为V2，即在放电(或充电)截止后由于电流载荷失去，欧姆过电位消失后的电池电压值。欧姆极化的特征时间量级在1微秒到1毫秒之间。实际测量中发现由于电池内部固液界面双电层的效应，电压的回升(或回落)是一个缓慢的过程，在这个缓慢的过程结束后有一个明显的平台，平台所对应的电压即为V2。即所述V2的取值为V1之后电压回升或回落后的第一个平台的平台电压。放电和充电情况下的示意图分别参见图2和图3。经过使用交流电法测电池在相同状态下的欧姆内阻和该值的对比验证了该取值方法的准确性。需要说明的是，电化学极化和浓差极化的特征时间都远远大于欧姆极化的特征时间，所以这里的取值假设了在从V1到V2这段时间内电化学极化和浓差极化的变化可以忽略不计。本专利技术的另一个目的在于提供一种电池内阻的测量方法，包括：A.提供电池，控制电池温度达到测试温度；B.采用预设电流I对电池进行恒流放电或充电一段预设的时间后截止，记录从放电或充电截止时刻到电压平稳时的电池电压；检测欧姆过电位消失后的电池电压值为V2，欧姆过电位和电化学过电位消失后的电池电压值为V3，C.根据公式Rct＝|V3-V2|/I计算电荷转移内阻。欧姆过电位和电化学过电位消失后的电池电压值为V3，V3的取值点在V1之后的电化学极化的特征时间范围内(特征时间量级在1毫秒到1秒之间)。本专利技术通过下面的公式来确定V3取值点，即在V2之后当电压相对于时间的变化值与该时刻电压值之比小于预设值C1时的点：|dV/dt|/V<C1对C1的取值需要说明的是，通常的，C1的取值可以选择在0.001s-1到0.5s-1之间。如果C1取值过大则最终算出来的Rct和真实值之间会有较大误差，如果C1取值过小则又需要考虑由浓差极化变化引起的对采集到的数据的影响。经过多次实验验证C1的取值在0.01s-1到0.2s-1之间时既能保证计算结果的准确性又能有效的减少浓差极化变化带来的影响。在本专利技术的另一个实施例中，所述V3为当电压相对于时间的变化值与该时刻电压值之比小于预设值C1时的电池的电压值，并且C1的取值在0.01s-1至0.2s-1之间。C1的取值在0.01s-1至0.2s-1之间时能有效的减少浓差极化变化带来的影响，并且保证了计算结果更加准确。这里需要指出的一点是，因为浓差极化的特征时间远远大于电化学极化的特征时间，所以这里的取值假设了在从V2到V3这段时间内浓差极化的变化可以忽略不计。其引起的误差在可接受范围之内。本专利技术的另一个目的在于提供一种电池内阻的测量方法，包括：A.提供电池，控制电池温度达到测试温度；B.采用预设电流I对电池进行恒流放电或充电一段预设的时间后截止，记录从放电或充电截止时刻到电压平稳时的电池电压；检测欧姆过电位消失和电化学过电位消失后的电池电压值为V3，欧姆过电位、电化学过电位和浓差过电位全部消失后的电池电压值为V4，C.根据公式Rd＝|V4-V3|/I计算扩散内阻。欧姆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池内阻的测量方法，其特征在于，包括：A.提供电池，控制电池温度达到测试温度；B.采用预设电流I对电池进行恒流放电或充电一段预设的时间后截止，记录从放电或充电截止时刻到电压平稳时的电池电压；检测电池放电或充电截止时刻的电池电压值为V1，欧姆过电位消失后的电池电压值为V2，C.根据公式Ro＝|V2‑V1|/I计算欧姆内阻Ro。

【技术特征摘要】
1.一种电池内阻的测量方法，其特征在于，包括：A.提供电池，控制电池温度达到测试温度；B.采用预设电流I对电池进行恒流放电或充电一段预设的时间后截止，记录从放电或充电截止时刻到电压平稳时的电池电压；检测电池放电或充电截止时刻的电池电压值为V1，欧姆过电位消失后的电池电压值为V2，C.根据公式Ro＝|V2-V1|/I计算欧姆内阻Ro。2.一种电池内阻的测量方法，其特征在于，包括：A.提供电池，控制电池温度达到测试温度；B.采用预设电流I对电池进行恒流放电或充电一段预设的时间后截止，记录从放电或充电截止时刻到电压平稳时的电池电压；检测欧姆过电位消失后的电池电压值为V2，欧姆过电位和电化学过电位消失后的电池电压值为V3，C.根据公式Rct＝|V3-V2|/I计算电荷转移内阻。3.一种电池内阻的测量方法，其特征在于，包括：A.提供电池，控制电池温度达到测试温度；B.采用预设电流I对电池进行恒流放电或充电一段预设的时间后截止，记录从放电或充电截止时刻到电压平稳时的电池电压；检测欧姆过电位和电化学过电位消失后的电池电压值为V3，欧姆过电位、电化学过电位和浓差过电位全部消失后的电池电压值为V4，C.根据公式Rd＝|V4-V3|/I计算扩散内阻。4.根据权利要求1或2所述的电池内阻的测量方法，其特征在于，所述V2的取值为V1之后电压回升或回落后的第一个平台的平台电压。5.根据权利要求2或3所述的电池内阻的测量方法，其特征在于，所述V3的取值点由以...

【专利技术属性】
技术研发人员：方伟峰，董学忠，李绮茹，高坡，文娟·刘·麦蒂斯，
申请(专利权)人：微宏动力系统湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33