西昌學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院 周光強(qiáng)

四川大學(xué)電氣工程學(xué)院 錢(qián)洋杰

西昌學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院 褚曉銳 周玉蓮 張意林

退役動(dòng)力電池的內(nèi)阻測(cè)量是直接反應(yīng)其電池物理化學(xué)特性的重要測(cè)量指標(biāo)，它也是直接造成影響單個(gè)化退役動(dòng)力電池與成組化退役動(dòng)力電池的成分之間不一致的重要因素之一。本文針對(duì)常見(jiàn)的內(nèi)阻測(cè)試方法—直流阻抗法、內(nèi)阻測(cè)試儀法、短路電流內(nèi)阻水平法及交流阻抗譜法進(jìn)行對(duì)比和分析，選出一種適合退役動(dòng)力電池應(yīng)用的內(nèi)阻檢測(cè)方案。

根據(jù)相關(guān)資料顯示我國(guó)每年有大量的廢舊退役動(dòng)力電池被丟棄，但是它們當(dāng)中大多數(shù)都還有80%多的剩余容量，若是能將其重新編組利用起來(lái)，可以減少污染和增加退役動(dòng)力電池的利用率，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減排和廢舊利用率的目的。但是由于退役動(dòng)力電池在很多方面一致性較差，在進(jìn)行分選利用之前，一定要進(jìn)行重新組合篩選。進(jìn)行篩選組合的一個(gè)重要依據(jù)就是退役動(dòng)力電池內(nèi)阻，電池內(nèi)阻是反映電池特性的重要性能指標(biāo)，內(nèi)阻的改變對(duì)電池容量、能量輸出以及電池的正常工作電壓都有其較大的影響。

1 退役動(dòng)力電池的內(nèi)阻測(cè)試方案

1.1 直流阻抗法

退役動(dòng)力電池由于交流內(nèi)阻測(cè)試設(shè)備和技術(shù)條件限制，不方便直接進(jìn)行測(cè)試，通常，電池組的特殊性能都是通過(guò)直流內(nèi)部電阻進(jìn)行評(píng)估。直流阻抗法就是利用電池在進(jìn)行放電的過(guò)程中，當(dāng)停止放電時(shí)，電池內(nèi)部將會(huì)出現(xiàn)由內(nèi)阻引起的歐姆降消失，因而會(huì)出現(xiàn)電池電壓反彈的現(xiàn)象。然后根據(jù)此現(xiàn)象再依據(jù)電池在放電停止并保持穩(wěn)定后的電壓差得出需要的電池的內(nèi)阻值。

1.2 短路電流與內(nèi)阻水平法

測(cè)試方法分為以下幾個(gè)步驟：（1）將電池放置在5A恒定電流、額定電壓3.65V的環(huán)境下進(jìn)行完全充電；（2）對(duì)電池用以恒定的5A電流進(jìn)行間歇放電的操作，放電時(shí)間為10min，擱置不少于2h；（3）將電池置于20A電流的環(huán)境下進(jìn)行放電20s的操作，測(cè)量記錄其電池兩端的電壓值；（4）擱置5min，進(jìn)行5s100A大電流下的放電操作，測(cè)量記錄其電池兩端的電壓值；（5）循環(huán)重復(fù)上述2、3、4步驟，將間歇放電至終止電壓，隨后結(jié)束測(cè)試。通過(guò)得到的被測(cè)電池兩端的電壓差和電流差并通過(guò)歐姆定律得出被測(cè)電池的內(nèi)阻值。

1.3 內(nèi)阻測(cè)試儀法

內(nèi)阻測(cè)試儀是專門(mén)用來(lái)檢測(cè)電池中的內(nèi)阻以及電池中酸化薄膜的損壞程度。其測(cè)試的原理就是向被測(cè)量物體施加1k的交流信號(hào)，通過(guò)測(cè)量其中的交流壓下降的變化值得到其內(nèi)部電阻。它與使用萬(wàn)用電阻表來(lái)檢測(cè)電阻時(shí)的工作原理不同。它所測(cè)量的數(shù)值精準(zhǔn)度為毫歐級(jí)，而萬(wàn)用表僅僅為歐姆級(jí)；萬(wàn)用表只能夠測(cè)量有源物體的內(nèi)部電阻，但內(nèi)阻測(cè)試儀則不管是有源還是無(wú)源物體都可以準(zhǔn)確的測(cè)量其內(nèi)阻，所以兩者有明顯的區(qū)別。通常用電池內(nèi)阻的大小來(lái)評(píng)判電池的劣化狀態(tài)。一般而言，內(nèi)部的電阻越低，則使得電池具有較強(qiáng)的導(dǎo)熱和抗氧化能力。所以，使用內(nèi)阻測(cè)試儀來(lái)檢驗(yàn)和計(jì)算電池的內(nèi)阻是一個(gè)速度快且可靠性高的測(cè)試方式。

1.4 交流阻抗譜法

交流阻抗譜法是交流阻抗法中一種技術(shù)，它的測(cè)試原理就是當(dāng)分布在電池兩端的電極受到正弦電壓或電流交流信號(hào)的干擾時(shí)，會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的交流電流或電壓響應(yīng)信號(hào)，最后通過(guò)這一系列的響應(yīng)信號(hào)產(chǎn)生的阻抗譜，進(jìn)而得到電池的內(nèi)阻。

2 綜合分析對(duì)比

2.1 時(shí)間耗費(fèi)

在四種測(cè)試方法中，內(nèi)阻測(cè)試儀法最快捷方便，一般只需要幾秒鐘。其次為短路電流與內(nèi)阻水平法以及交流阻抗譜法，一般用時(shí)在20min左右，在這四種方法中就直流阻抗法相對(duì)耗時(shí)最長(zhǎng)，需要2h左右。

2.2 測(cè)試誤差

誤差對(duì)比分析：內(nèi)阻測(cè)試儀在測(cè)試過(guò)程中只接觸每個(gè)電極的一個(gè)點(diǎn)，接觸的強(qiáng)度也會(huì)使測(cè)試結(jié)果明顯不同，所以在測(cè)試中很容易造成人為誤差；采用交流阻抗譜法中，它會(huì)受到小信號(hào)的干擾，外界環(huán)境的改變會(huì)在一定程度上影響輸出的響應(yīng)信號(hào)，從而造成一定的測(cè)試誤差。同時(shí)測(cè)試人員也可能會(huì)造成人為影響，因此交流阻抗譜法抗干擾能力差，易造成誤差；其余兩種方法都是由測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算，可相對(duì)大幅度的減少測(cè)試過(guò)程中的人為誤差。

2.3 測(cè)試工況

內(nèi)阻測(cè)試儀法和交流阻抗譜法對(duì)測(cè)試工況沒(méi)有要求可以因地制宜的進(jìn)行直接測(cè)量；而余下兩種方法就只能在電池未進(jìn)行編組并投入使用的情況下。

2.4 測(cè)試原理

內(nèi)阻測(cè)試儀法是在固定頻率下測(cè)出電池的阻抗，而交流阻抗譜法則是在不同頻率下測(cè)出其電池阻抗的變化，兩者都隸屬于交流法測(cè)試。其余兩種介紹的方法都屬于直流法測(cè)試，直流阻抗法為恒流放電，短路電流與內(nèi)阻水平法放電電流與之不同，它需要引入其大電流進(jìn)行放電，在一定程度上可能會(huì)對(duì)電池的內(nèi)在屬性產(chǎn)生一定的損害。

3 測(cè)試方案擬定

本文對(duì)上述四種方法進(jìn)行綜合比較分析，內(nèi)阻測(cè)試儀法操作最為簡(jiǎn)單，可直接在線測(cè)量，若在不考慮系統(tǒng)誤差的前提下，視為最佳測(cè)試方法。如果要避免較大的人為誤差，可以選擇測(cè)量精度相對(duì)較高的直流阻抗法和短路電流法，但缺點(diǎn)也較明顯，不能在線測(cè)量，因?yàn)檫@兩種測(cè)試方法必須將大電流引入電池，進(jìn)而加速電池極化，從而影響電池的相關(guān)性能。交流阻抗譜法，它的優(yōu)越性就在于能夠更加全方面以及系統(tǒng)性地反映出電池的性能，為動(dòng)力電池諸多性能參數(shù)的判定提供較堅(jiān)實(shí)可靠的依據(jù)。綜合前述，在沒(méi)有更好的測(cè)試方案下，交流阻抗譜法是較為適用于退役動(dòng)力電池的內(nèi)阻測(cè)試方法。