適用于退役動力電池的內(nèi)阻測試方案

西昌學院機械與電氣工程學院 周光強

四川大學電氣工程學院 錢洋杰

西昌學院機械與電氣工程學院 褚曉銳 周玉蓮 張意林

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

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

1 退役動力電池的內(nèi)阻測試方案

1.1 直流阻抗法

退役動力電池由于交流內(nèi)阻測試設備和技術條件限制，不方便直接進行測試，通常，電池組的特殊性能都是通過直流內(nèi)部電阻進行評估。直流阻抗法就是利用電池在進行放電的過程中，當停止放電時，電池內(nèi)部將會出現(xiàn)由內(nèi)阻引起的歐姆降消失，因而會出現(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

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

1.3 內(nèi)阻測試儀法

內(nèi)阻測試儀是專門用來檢測電池中的內(nèi)阻以及電池中酸化薄膜的損壞程度。其測試的原理就是向被測量物體施加1k的交流信號，通過測量其中的交流壓下降的變化值得到其內(nèi)部電阻。它與使用萬用電阻表來檢測電阻時的工作原理不同。它所測量的數(shù)值精準度為毫歐級，而萬用表僅僅為歐姆級；萬用表只能夠測量有源物體的內(nèi)部電阻，但內(nèi)阻測試儀則不管是有源還是無源物體都可以準確的測量其內(nèi)阻，所以兩者有明顯的區(qū)別。通常用電池內(nèi)阻的大小來評判電池的劣化狀態(tài)。一般而言，內(nèi)部的電阻越低，則使得電池具有較強的導熱和抗氧化能力。所以，使用內(nèi)阻測試儀來檢驗和計算電池的內(nèi)阻是一個速度快且可靠性高的測試方式。

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，它的測試原理就是當分布在電池兩端的電極受到正弦電壓或電流交流信號的干擾時，會產(chǎn)生對應的交流電流或電壓響應信號，最后通過這一系列的響應信號產(chǎn)生的阻抗譜，進而得到電池的內(nèi)阻。

2 綜合分析對比

2.1 時間耗費

在四種測試方法中，內(nèi)阻測試儀法最快捷方便，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，一般用時在20min左右，在這四種方法中就直流阻抗法相對耗時最長，需要2h左右。

2.2 測試誤差

誤差對比分析：內(nèi)阻測試儀在測試過程中只接觸每個電極的一個點，接觸的強度也會使測試結(jié)果明顯不同，所以在測試中很容易造成人為誤差；采用交流阻抗譜法中，它會受到小信號的干擾，外界環(huán)境的改變會在一定程度上影響輸出的響應信號，從而造成一定的測試誤差。同時測試人員也可能會造成人為影響，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試系統(tǒng)自動計算，可相對大幅度的減少測試過程中的人為誤差。

2.3 測試工況

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

2.4 測試原理

內(nèi)阻測試儀法是在固定頻率下測出電池的阻抗，而交流阻抗譜法則是在不同頻率下測出其電池阻抗的變化，兩者都隸屬于交流法測試。其余兩種介紹的方法都屬于直流法測試，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行放電，在一定程度上可能會對電池的內(nèi)在屬性產(chǎn)生一定的損害。

3 測試方案擬定

本文對上述四種方法進行綜合比較分析，內(nèi)阻測試儀法操作最為簡單，可直接在線測量，若在不考慮系統(tǒng)誤差的前提下，視為最佳測試方法。如果要避免較大的人為誤差，可以選擇測量精度相對較高的直流阻抗法和短路電流法，但缺點也較明顯，不能在線測量，因為這兩種測試方法必須將大電流引入電池，進而加速電池極化，從而影響電池的相關性能。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，為動力電池諸多性能參數(shù)的判定提供較堅實可靠的依據(jù)。綜合前述，在沒有更好的測試方案下，交流阻抗譜法是較為適用于退役動力電池的內(nèi)阻測試方法。