微欧电阻(电动汽车电池内阻及其测试)

电动汽车电池内阻是指电流通过电池时所受到的阻力,包括欧姆内阻和电极在电化学反应时所表现的极化电阻两部分。欧姆内阻主要是由电极材料、电解液、隔膜的电阻及各部分零件的接触电阻组成。极化电阻指化学电源的正负极在进行电化学反应时所引起的内阻,包括由于电化学极化和浓差极化所引起的电阻之和,与活性物质的本性、电极结构、电动汽车电池制作工艺有关。

每个电池都有内阻,不同类型的电池内阻不同。相同类型的电池,由于内部化学特性的不一致,内阻也不一样。电池的内阻很小,一般用μΩ或者mΩ的单位来定义。内阻是衡量电池性能的一个重要技术指标。正常情况下,相同类型的电池,内阻小的大电流放电能力强,内阻大的大电流放电能力弱。

电池寿命初期的内阻是比较小的,但经过长期使用后,由于电池内部电解液的枯竭以及电池内部化学物质活性的降低,内阻会逐渐增加,直到内阻大到电池内部的电量无法正常释放出来,此时电池寿命也就终止了。

内阻不是一个固定的数值。电池处于不同的电量状态时,它的内阻值不一样;电池处于不同的使用寿命状态下,它的内阻值也不同。从技术的角度出发,一般把电池的内阻分为两种状态考虑:充电态内阻和放电态内阻。充电态内阻指电池完全充满电时的所测量到的电池内阻。放电态内阻指电池充分放电后(放电到标准的截止电压时)所测量到的电池内阻。一般情况下放电态的内阻是不稳定的,测量的结果也比正常值高出许多,而充电态内阻相对比较稳定。

内阻无法用常规的方法进行精确测量。在一般的测量场合,要求电动汽车电池的内阻测量精度误差必须控制在±5%以内。如此小的阻值和如此精确的要求必须用专用仪器来进行测量。行业应用中,电池内阻的精确测量是通过专用设备来进行的。目前电池内阻测量方法主要有以下两种。

一、电动汽车电池直流放电内阻测量法

根据物理公式R=V/I,测试设备让电池在短时间内(一般为2～3s)强制通过一个很大的恒定直流电流,测量此时电池两端的电压,并按公式计算出当前的电池内阻。这种测量方法的精确度较高,控制得当的话,测量精度误差可以控制在0.1%以内。但此法有明显的不足之处:只能测量大容量电池或者蓄电池,小容量电池无法在2～3s内负荷40～80A的大电流;当电池通过大电流时,电池内部的电极会发生极化现象,产生极化内阻。故测量时间必须很短,否则测出的内阻值误差很大,大电流通过电池对电池内部的电极有一定损伤。

二、电动汽车电池交流压降内阻测量法

电池实际上等效于一个有源电阻,因此给电池施加一个固定频率和固定电流(目前一般使用1kHz频率,50mA小电流),然后对其电压进行采样,经过整流、滤波等一系列处理后通过运放电路计算出该电动汽车电池的内阻值。交流压降内阻测量法的电池测量时间极短,一般在100ms左右,几乎是一按下测量开关就测完了,这种测量方法的精确度也不错,测量精度误差一般在1%～2%。这种交流压降内阻测量法可以测量几乎所有的电池,包括小容量电池。但是交流压降测量法的测量精度很可能会受到纹波电流的影响,同时还有谐波电流干扰的可能,这对测量仪器的抗干扰能力是一个考验。用此法测量,对电池本身不会有太大的损害。交流压降测量法的测量精度不如直流放电内阻测量法。在某些内阻在线监控的应用中,只能采用直流放电测量法而无法采用交流压降测量法。

无论是采用上述哪一种方法对电池内阻进行测量,都存在一些很容易被忽视的问题,那就是测试仪器本身的元件误差和用于连接电池的测试线缆问题。因为要测量的电池的内阻很小,线路的电阻就要考虑进去了。一条短短的从仪器到电池的连接线本身也存在电阻(大约也是微欧级),还有电池与连接线的接触面也存在接触电阻,这些因素必须都在仪器的内部事先做好误差调节。所以,专用的电池内阻测试仪一般都配有专用的连接线和电池固定架子。