内容提纲:
1. 电池内阻定义及影响
2. 常见电池内阻测试方法介绍
3. 东帆在铅酸蓄电池内阻测量领域的实践
一. 电池内阻定义及影响
电池内阻是指电池内部的电阻, 由欧姆电阻和电化学极化内阻构成. 内阻大小受化学反应, 电解质浓度, 内部材料等多种因素影响. 当电池充电或放电时, 电流通过电池内阻会产生一定的压降, 从而影响电池的实际输出电压, 减弱对外部电路的供电能力. 除此之外, 电池内阻还会使电池放电速度变慢, 工作温度升高, 能量损耗增加, 可用容量降低. 有研究表明, 当内阻超过正常值的25%, 则蓄电池容量降低到其标称容量的80%左右; 若超过正常值50%, 则蓄电池容量降低到其标称容量的80%以下. 基于上述的负面因素, 对电池内阻的动态持续监测, 在实际的生产场景中变得十分重要.
二. 常见电池内阻测量方法介绍
目前针对铅酸蓄电池内阻的在线监测方法, 业内主要有直流放电法和交流阻抗法两种.
1. 直流放电法
该方法的测量原理为通过对电池进行大电流放电, 同时测量电池两端的电压压降, 进而使用欧姆定律计算其内阻大小. 该种方法的优点是测量精度可以控制在0.1%以内, 缺点是需要在2～3秒内形成几十到上百安培的大放电电流, 会导致电池内部电极出现极化反映, 加速蓄电池老化失效, 减少蓄电池寿命, 因为电池内阻是动态变化的, 故需要周期性测量, 所以该种方法更适合研发及样机试产时使用
2. 交流阻抗法
该方法的测量原理为通过将一定频率的交变电流施加到待测物体中, 根据欧姆定律和电容定律综合计算电池的内阻. 其优点是可以有效避免直流放电法导致的电池寿命衰减问题; 其缺点是内阻测量值受交变电流频率的影响较大, 具体表现如下图一所示:
图一: 交流阻抗与频率对应曲线
从图中可以看出在频率为1kHz附近时, 阻抗值是最稳定的, 同时可以将测量精度误差控制在1%-2%之间, 符合实际工程需求, 故该种方案被大规模商用实施。
三. 东帆在铅酸蓄电池内阻测量领域的实践
东帆科技在实际应用中采用的方法为交流小电流放电法, 属于对传统交流阻抗法的创新改良.通过控制对蓄电池放出幅值不超过2A的交变电流，同时采集放电时蓄电池两端的电压波动，并将采集到的波动信号进行放大处理，精确测量出放电时电池两端的压降，从而算出蓄电池内阻值. 这种方法的另一个好处是, 相比直流放电法, 能够有效测量出电池内部的容抗, 使测量结果更加接近电池内阻的实际值.
该方法的优点主要体现在具备较高的内阻测量精度，放电电流小，持续时间短（约 1s）, 对电池无任何不良影响. 东帆科技将该方法产品化后的性能指标如下图2所示:
图二： 东帆科技电池单体测量单元内阻测量指标
东帆科技同使用相同测试原理(交流阻抗法, 1kHz频率)的日置, Fluke等第三方测试仪做测试结果比较, 数值相差很小, 几近相同, 如下图三所示:
图三: 相同测试环境中第三方内阻测试仪结果VS东帆单体模块测量结果
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