直流內(nèi)阻對(duì)磷酸鐵鋰電池性能影響分析

1、直流內(nèi)阻對(duì)磷酸鐵鋰電池的soc影響

在1C、5C、8C充電和放電情況下、持續(xù)5s測(cè)試的電池直流內(nèi)阻隨soc的變化情況?？梢钥闯觯谳^低的sOc下（30%以下），電池直流內(nèi)阻比較高，在30~80%期間保持比較平穩(wěn)，之后，充電測(cè)試的直流內(nèi)阻又逐漸上升，而放電測(cè)試的直流內(nèi)阻仍保持比較平穩(wěn)。充電測(cè)試的直流內(nèi)阻在sOC中間階段有逐漸下降的趨勢(shì)，而放電測(cè)試的直流內(nèi)阻有逐漸上升趨勢(shì)，與某些報(bào)道的情況并不相符，與采用的電池、實(shí)驗(yàn)電流、持續(xù)時(shí)間以及測(cè)量誤差等有關(guān)。

無論是放電還是充電，在30~80%sOC范圍內(nèi)，電池的直流內(nèi)阻相差不大。所以對(duì)對(duì)磷酸鐵鋰電池或電源系統(tǒng)的直流內(nèi)阻的評(píng)價(jià)，應(yīng)當(dāng)選取此SOC范圍進(jìn)行比較。而30%、80%SOC作為內(nèi)阻變化的臨界點(diǎn)，可以為混合電動(dòng)汽車的控制作為參考（混合電動(dòng)車電源系統(tǒng)應(yīng)用SOC范圍一般在30~80%）。由于在此范圍內(nèi)對(duì)磷酸鐵鋰電池直流內(nèi)阻變化比較小，并且受電流、溫度等其他因素影響比較大，不適宜作為soC判斷的依據(jù)。超出此范圍，電池放電/充電的極化電阻比較大，引起的電池內(nèi)阻增大。

2、時(shí)間與直流內(nèi)阻的關(guān)系

4C充電情況下0.1~0.9s內(nèi)和1~10s內(nèi)測(cè)試計(jì)算直流內(nèi)阻。可以看出，無論充電還是放電測(cè)試，直流內(nèi)阻對(duì)測(cè)試持續(xù)時(shí)間有強(qiáng)烈的依賴性，隨著持續(xù)時(shí)間的增加，直流內(nèi)阻明顯加大，但在不同時(shí)間段內(nèi)，其增加的速率不同。在1s以內(nèi)，直流內(nèi)阻與測(cè)試持續(xù)時(shí)間呈良好的線性關(guān)系，不同SOC下（30~80%）的擬合曲線的斜率相差不大；但在1~10s內(nèi)，隨著SOC的增大，雖然曲線也呈較好的線性關(guān)系，但斜率的變化隨soc的增大而增大。

4C放電情況下0.1~0.9s和1~10s內(nèi)測(cè)試的直流內(nèi)阻，直流內(nèi)阻隨測(cè)試時(shí)間也呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系。在0.1~0.9s內(nèi)，隨著sOC增大，擬合曲線的斜率逐漸減小，1~10s內(nèi)，斜率變化不大。

這種變化與電池內(nèi)部的反應(yīng)有關(guān)。對(duì)電池施加電流后，引起電池電壓變化的首先是電池的歐姆電阻，瞬間使電池電壓上升（充電）或下降（放電），然后是電荷轉(zhuǎn)移阻抗引起的電壓降，最后是傳質(zhì)阻抗。在充電測(cè)試過程中，隨著SOC的增大，電荷轉(zhuǎn)移阻抗增大，所以擬合曲線的斜率逐漸增大。在放電過程中，隨著SOC增大，放電的電荷轉(zhuǎn)移阻抗逐漸減小，所以放電期間的斜率隨SOc增加而逐漸邊小。隨著測(cè)試持續(xù)時(shí)間的增加，電池內(nèi)部傳質(zhì)阻抗逐漸增加，并占據(jù)主導(dǎo)，內(nèi)阻變化也不呈線性變化了。電池1C充電和放電情況下6min內(nèi)測(cè)試計(jì)算的直流內(nèi)阻（測(cè)試前后電池SOC增加或減小了10%）。其直流內(nèi)阻的變化曲線與電池的充電、放電電壓曲線非常接近。

由于對(duì)磷酸鐵鋰電池的直流內(nèi)阻對(duì)測(cè)試持續(xù)時(shí)間比較敏感，在進(jìn)行電池或電池組直流內(nèi)阻的評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來選擇測(cè)試的持續(xù)時(shí)間。如對(duì)于混合電動(dòng)車來說，起啟動(dòng)、加速時(shí)間一般在10s左右，所以可以選擇10s的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行比較。測(cè)試時(shí)間越短，越能體現(xiàn)電池或電池組的歐姆電阻，但短的測(cè)試持續(xù)時(shí)間受測(cè)試設(shè)備和數(shù)據(jù)采集響應(yīng)誤差的影響，也不能完全體現(xiàn)電池組的實(shí)際應(yīng)用性能，不宜作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。但在實(shí)際應(yīng)用中，利用較短時(shí)間內(nèi)直流內(nèi)阻的測(cè)試可以判斷電池組內(nèi)的歐姆阻抗變化情況，進(jìn)行故障診斷。

3、對(duì)磷酸鐵鋰電池的電流與直流內(nèi)阻的關(guān)系

在不同電流下測(cè)試對(duì)磷酸鐵鋰電池的充電和放電情況下的直流內(nèi)阻。隨著電流的增加，電池直流內(nèi)阻有明顯的下降趨勢(shì)，當(dāng)電流達(dá)到一定程度后，又會(huì)隨著電流的增加而上升，主要是由于電池內(nèi)部的極化形式發(fā)生了變化。增大電流，電池內(nèi)部傳質(zhì)過程成為控制步驟，電池內(nèi)阻將開始增大。

對(duì)于對(duì)磷酸鐵鋰電池或電源系統(tǒng)的不同，應(yīng)采用不同的測(cè)試電流進(jìn)行比較與評(píng)價(jià)，或者根據(jù)實(shí)際應(yīng)用特征進(jìn)行電流的選擇，對(duì)于大容量動(dòng)力電池（混合電動(dòng)客車應(yīng)用），適宜選擇5C左右的電流，而混合電動(dòng)轎車應(yīng)用的小容量動(dòng)力電池，較適宜選取10C左右的電流甚至更高。

4、電流與時(shí)間的交互作用對(duì)對(duì)磷酸鐵鋰電池直流內(nèi)阻的影響

電流與時(shí)間的交互作用對(duì)對(duì)磷酸鐵鋰電池直流內(nèi)阻的影響非常明顯。1C、2C、充電情況下1~10s內(nèi)直流內(nèi)阻隨測(cè)試時(shí)間的變化情況，隨測(cè)試持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，直流內(nèi)阻逐漸加大，但變化幅度明顯不同。在1C情況下，不同SOC下的曲線無交叉點(diǎn)，同一測(cè)試時(shí)間下soc越大，直流內(nèi)阻越低，2C充電就有了較明顯的交叉點(diǎn)，交叉點(diǎn)大約在7~8s左右。4C充電的交叉點(diǎn)就更為明顯了，約在4s。低于4s，在同一測(cè)試時(shí)間下，隨sOC增大，電池直流內(nèi)阻降低，而在此點(diǎn)之后，變化相反，sOC增大，直流內(nèi)阻變大。即各曲線的斜率隨soc的增加而增大。

這種原因應(yīng)當(dāng)是對(duì)磷酸鐵鋰電池內(nèi)部的極化變化引起的。充電情況下，sOC越大，極化及極化變化率也越大，因此曲線的斜率也越大，反映到電池性能上就是sOC越大電池充電接受能力越低。這種情況也解釋了某些研究者測(cè)試直流內(nèi)阻時(shí)出現(xiàn)隨SOC增大直流內(nèi)阻出現(xiàn)相反變化的原因。時(shí)間和電流的交互作用引起的變化點(diǎn)與對(duì)磷酸鐵鋰電池的類型、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、材料等各方面有關(guān)。