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锂电池的等效阻抗及测量方法

发布日期:2017-12-25 08:40:09 【关闭】
摘要:目前,电化学阻抗法是测量电池内阻的最好方法,在电池研究领域占据着重要的角色,其测量原理是在电池的正常工作状态下,给电池系统输入小幅度不同频率的正弦电压(电流)信号,由于电池一般工作于直流状态,输入的小幅度交流信号要求不足以对电池系统正常工作产生影响,运用四线法测量出相应的输出电流(电压)信号,各频率的电压信号与电流信号比值就得到了锂电池的频率阻抗谱。电化学阻抗谱能够反映电池中的细微变化,所以对建立电池的等效模型有很大的作用。

   目前,电化学阻抗法是测量电池内阻的最好方法,在电池研究领域占据着重要的角色,其测量原理是在电池的正常工作状态下,给电池系统输入小幅度不同频率的正弦电压(电流)信号,由于电池一般工作于直流状态,输入的小幅度交流信号要求不足以对电池系统正常工作产生影响,运用四线法测量出相应的输出电流(电压)信号,各频率的电压信号与电流信号比值就得到了锂电池的频率阻抗谱。电化学阻抗谱能够反映电池中的细微变化,所以对建立电池的等效模型有很大的作用。

  1.1 锂电池的阻抗谱

   锂电池在不同频率下,内阻的大小是不同的,但是总的阻值变化不大。通过对锂电池电阻的阻抗实验分析得到图1。从图中可以看出锂电池的频率阻抗谱分为三个部分,每个部分随着频率的改变,阻抗的大小呈现非线性变化。通过研究分析,在低频段主要是锂离子在电极中的扩散阻抗;中频段表明电解液带来的阻抗;高频段则是 SEI膜阻抗。不同的阻抗有着其不同的性质,在不同的环境下,表现出不同的特性。文中锂离子电池等效模型的搭建从体现各部分结构特性出发,能够更加准确的表现锂离子电池本身的特性。

gooxian-锂电池阻抗谱

  1.2 锂电池的等效阻抗

   在对锂电池进行检测分析前,主要对锂电池的等效模型进行分析,在现有的等效模型中,一般为电源信号与电阻、电容的串并联组成。由以上分析得到锂电池的阻抗主要由欧姆内阻、隔膜扩散(SEI)阻抗、电荷转移阻抗构成。根据各频段阻抗谱特征的不同,用不同的电阻电容组成的复合元件分别代替不同频段的阻抗,如图 2 所示。图中的 RΩ为欧姆内阻表示锂电池的电解液内阻、界面内阻等,Q、Rf组成的并联电路表示 SEI的电容效应及隔膜内阻,由 Ch、Rsol、Zw组成的串并联电路表示锂离子的转移内阻和扩散阻抗。

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