你知道蓄電池內(nèi)阻與容量嗎？荷電態(tài)的關(guān)系分析
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-09 13:58
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蓄電池內(nèi)阻與容量之間的關(guān)系其中有兩種含義：電池內(nèi)阻跟額定容量的關(guān)系，以及同一型號(hào)電池的內(nèi)阻跟荷電態(tài)SOC的關(guān)系。
備注：SOC，全稱是State of Charge，荷電狀態(tài)，也叫剩余電量，代表的是電池使用一段時(shí)間或長期擱置不用后的剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示。其取值范圍為0~1，當(dāng)SOC=0時(shí)表示電池放電完全，當(dāng)SOC=1時(shí)表示電池完全充滿。
１ 閥控密封鉛酸蓄電池
（１）蓄電池的內(nèi)阻跟荷電態(tài)的關(guān)系
１９９２年ＤａｖｉｄＯＦｅｄｅｒ發(fā)表了用ＭｉｄｔｒｏｎｉｃＣｅｌｌｔｒｏｎａｎｄＭｉｄｔｒｏｎ電導(dǎo)測(cè)試儀對(duì)閥控密封鉛酸蓄電池（ＶＲＬＡ）的測(cè)試和統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
圖1可以看出，它們之間存在線性相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)Ｒ２＝０．８２５。由此有人提出對(duì)于在線使用的閥控密封鉛酸蓄電池，可以用測(cè)得的電導(dǎo)值去推測(cè)它們的剩余容量。
但是：我國標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定ＶＲＬＡ的容量必須保證在８０％以上方可在線使用，低于８０％就是失效電池，應(yīng)該更換。也就是說，若用在線使用的蓄電池測(cè)得的電導(dǎo)值去推測(cè)它的剩余容量，必須觀察電池容量在８０％以上時(shí)電池的電導(dǎo)跟容量之間是否存在線性相關(guān)關(guān)系。然而眾多實(shí)驗(yàn)事實(shí)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果都表明了此條件下不存在上述關(guān)系。
筆者觀點(diǎn)：不同時(shí)期不同作者采用不同的方法對(duì)不同型式的鉛酸蓄電池內(nèi)阻進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果都表明，不論是開口式或密封式鉛蓄電池、不論是用交流阻抗法或電導(dǎo)儀測(cè)試法（它是簡化了的阻抗測(cè)試儀）、不論測(cè)量用的交流信號(hào)的頻率或幅度如何，雖然測(cè)得的同一型號(hào)鉛蓄電池內(nèi)阻值有差異，但它們都有一個(gè)共同點(diǎn)：鉛蓄電池的荷電態(tài)在４０％以上時(shí)，其內(nèi)阻或電導(dǎo)幾乎沒有變化，只是在低于３０％時(shí)，其內(nèi)阻值才迅速上升。這就是何以荷電態(tài)高于８０％的電池其容量和電導(dǎo)（內(nèi)阻倒數(shù)）之間不存在線性相關(guān)關(guān)系的根本原因。
?。ǎ玻╇姵貎?nèi)阻跟額定容量的關(guān)系
表１是ＹＤ∕Ｔ１３６０－２００５《通信用閥控式密封膠體蓄電池》中列出的各種型號(hào)電池的內(nèi)阻值的上限值。由該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的內(nèi)阻測(cè)試方法可知，該內(nèi)阻值中包含了電池的歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。
由表１數(shù)據(jù)可以看出：額定容量越大的電池，其內(nèi)阻值就越小。根據(jù)歐姆定律，導(dǎo)體電阻是跟其長度成正比，跟其橫截面積成反比。電池的額定容量越大，電池內(nèi)全部連接件以及板柵筋條的截面積就越大，因而電池的內(nèi)阻就越小。另一方面，由于極板的放電容量跟極板的面積成正比，所以電池的額定容量越大，其內(nèi)阻就越低。
２ 鋰離子電池
鋰離子電池的正極材料多是一些氧化物或鹽類，例如現(xiàn)在常用的ＬｉＦｅＰＯ４，它們本身的電子導(dǎo)電性比金屬要差；再者鋰離子導(dǎo)電性受鋰離子在材料晶格中擴(kuò)散速度的影響，加之采用了有機(jī)物作電解質(zhì)溶劑，這些因素決定了鋰離子電池的內(nèi)阻比較大，使其高功率輸出時(shí)比能量迅速下降。圖３示出國內(nèi)某廠家在產(chǎn)品說明書中提供的鋰離子電池芯的內(nèi)阻分布情況?？梢钥闯?，電池容量越大，其內(nèi)阻越小。８～１０Ａｈ的單電池芯的內(nèi)阻有約１５ｍΩ，它比同容量的閥控式密封鉛酸蓄電池內(nèi)阻要大，后者１０?。粒枞萘侩姵貑胃駜?nèi)阻只有３～４ｍΩ。溫度降低，鋰離子電池內(nèi)阻迅速增大，二者的差別更大。
圖３ 單體鋰離子電池芯的內(nèi)阻的分布
在文獻(xiàn)［４］中給出１５０Ａｈ／３．２Ｖ的Ｃ／ＬｉＦｅＰＯ４單電池內(nèi)阻為１．０～１．４ｍΩ。折算到１０Ａｈ以后，就跟圖３所提供的數(shù)據(jù)基本是一致的。該文獻(xiàn)作者同時(shí)還觀察到，在２０℃～５０℃溫度范圍內(nèi)鋰離子電池內(nèi)阻基本上保持不變，但在０℃時(shí)，電池內(nèi)阻增大１倍；在－１０℃時(shí)內(nèi)阻增大２倍以上。這顯然跟鋰離子電池采用了有機(jī)物作電解質(zhì)溶劑有關(guān)。電池用大電流放電時(shí)其內(nèi)阻稍有下降，這跟大電流放電時(shí)電池溫度有所升高有關(guān)。
此外，作者還觀察到電池荷電態(tài)ＳＯＣ在５０％以上時(shí)，電池內(nèi)阻幾乎保持不變；但ＳＯＣ在４０％以下時(shí)，電池內(nèi)阻就迅速升高。這種規(guī)律性跟ＶＲＬＡ電池是一致的?？磥硪膊荒苡脙?nèi)阻值來定量判斷鋰離子電池的荷電態(tài)。
3 其他蓄電池也類似
4 小 結(jié)
（１）蓄電池的內(nèi)阻跟電池的額定容量有關(guān)。大容量電池的內(nèi)阻低；小容量電池的內(nèi)阻高。
（２）常用蓄電池的內(nèi)阻，在荷電態(tài)ＳＯＣ高于４０％時(shí)是保持不變的；只是ＳＯＣ低于３０％時(shí)，就很快升高。
（３）不能根據(jù)內(nèi)阻的變化去在線檢測(cè)蓄電池的荷電態(tài)。
