電動汽車電池內阻是指電流通過電池時所受到的阻力,包括歐姆內阻和電極在電化學反應時所表現的極化電阻兩部分。歐姆內阻主要是由電極材料、電解液、隔膜的電阻及各部分零件的接觸電阻組成。極化電阻指化學電源的正負極在進行電化學反應時所引起的內阻,包括由於電化學極化和濃差極化所引起的電阻之和,與活性物質的本性、電極結構、電動汽車電池製作工藝有關。
每個電池都有內阻,不同類型的電池內阻不同。相同類型的電池,由於內部化學特性的不一致,內阻也不一樣。電池的內阻很小,一般用μΩ或者mΩ的單位來定義。內阻是衡量電池性能的一個重要技術指標。正常情況下,相同類型的電池,內阻小的大電流放電能力強,內阻大的大電流放電能力弱。
電池壽命初期的內阻是比較小的,但經過長期使用後,由於電池內部電解液的枯竭以及電池內部化學物質活性的降低,內阻會逐漸增加,直到內阻大到電池內部的電量無法正常釋放出來,此時電池壽命也就終止了。
內阻不是一個固定的數值。電池處於不同的電量狀態時,它的內阻值不一樣;電池處於不同的使用壽命狀態下,它的內阻值也不同。從技術的角度出發,一般把電池的內阻分為兩種狀態考慮:充電態內阻和放電態內阻。充電態內阻指電池完全充滿電時的所測量到的電池內阻。放電態內阻指電池充分放電後(放電到標準的截止電壓時)所測量到的電池內阻。一般情況下放電態的內阻是不穩定的,測量的結果也比正常值高出許多,而充電態內阻相對比較穩定。
內阻無法用常規的方法進行精確測量。在一般的測量場合,要求電動汽車電池的內阻測量精度誤差必須控制在±5%以內。如此小的阻值和如此精確的要求必須用專用儀器來進行測量。行業應用中,電池內阻的精確測量是通過專用設備來進行的。目前電池內阻測量方法主要有以下兩種。
一、電動汽車電池直流放電內阻測量法
根據物理公式R=V/I,測試設備讓電池在短時間內(一般為2～3s)強制通過一個很大的恆定直流電流,測量此時電池兩端的電壓,並按公式計算出當前的電池內阻。這種測量方法的精確度較高,控制得當的話,測量精度誤差可以控制在0.1%以內。但此法有明顯的不足之處:只能測量大容量電池或者蓄電池,小容量電池無法在2～3s內負荷40～80A的大電流;當電池通過大電流時,電池內部的電極會發生極化現象,產生極化內阻。故測量時間必須很短,否則測出的內阻值誤差很大,大電流通過電池對電池內部的電極有一定損傷。
二、電動汽車電池交流壓降內阻測量法
電池實際上等效於一個有源電阻,因此給電池施加一個固定頻率和固定電流(目前一般使用1kHz頻率,50mA小電流),然後對其電壓進行採樣,經過整流、濾波等一系列處理後通過運放電路計算出該電動汽車電池的內阻值。交流壓降內阻測量法的電池測量時間極短,一般在100ms左右,幾乎是一按下測量開關就測完了,這種測量方法的精確度也不錯,測量精度誤差一般在1%～2%。這種交流壓降內阻測量法可以測量幾乎所有的電池,包括小容量電池。但是交流壓降測量法的測量精度很可能會受到紋波電流的影響,同時還有諧波電流乾擾的可能,這對測量儀器的抗干擾能力是一個考驗。用此法測量,對電池本身不會有太大的損害。交流壓降測量法的測量精度不如直流放電內阻測量法。在某些內阻在線監控的應用中,只能採用直流放電測量法而無法採用交流壓降測量法。
無論是採用上述哪一種方法對電池內阻進行測量,都存在一些很容易被忽視的問題,那就是測試儀器本身的元件誤差和用於連接電池的測試線纜問題。因為要測量的電池的內阻很小,線路的電阻就要考慮進去了。一條短短的從儀器到電池的連接線本身也存在電阻(大約也是微歐級),還有電池與連接線的接觸面也存在接觸電阻,這些因素必須都在儀器的內部事先做好誤差調節。所以,專用的電池內阻測試儀一般都配有專用的連接線和電池固定架子。
閱讀更多 旺材新能源汽車 的文章
