磷酸铁锂电池在使用过程中容易出现的各种问题，往往体现为内阻的增大。内阻的高低能够表征电池劣化状况，内阻测试成为衡量电池状态优劣的最关键、最迅速、最有效的方法之一。

 

目前，对于锂离子电池内阻的研究存在如下问题：

 

1、锂离子电池的内阻通常很小，一般是毫欧量级，同时又是有源元件，不同于一般的电阻元件，不能直接测量；

 

2、电池的内阻易受测试时所处的状态影响，例如不同环境温度、不同荷电状态下，电池的内阻就有一定的差别。

 

一、内阻测试标准简介

国际电工委员会(IEC)是锂离子电池最主要的国际标准制定机构，制定的锂离子电池的性能标准IEC 61960-3:2017<含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组 便携式应用的锂蓄电池和蓄电池组第3部分:方形和圆柱形锂蓄电池及其制成的蓄电池组>和IEC 62620:2014<蓄电池和含碱或其他非酸性电解质电池组 工业应用中使用的二次锂电池和蓄电池组>中都有要求测试电池内阻的测试项目。

 

日本工业标准调查会(JISC)是负责日本全国性标准化管理机构,发布的标准中涉及电池内阻测试项目的有JISC 8715-1:2018<工业用二次锂电池和蓄电池．第1部分 性能要求和试验>。

 

二、测试原理

IEC 61960-3:2017、IEC 62620:2014、JISC 8715-1:2018这3个标准推荐的测试方法均包括交流测试法和直流测试法两种。

 

交流测试法是在电池两端加上幅值较小的交流信号作为激励，通过测量其电压响应得出内阻值。直流测试法是给电池强制施加短时恒定电流，此时电池的电压随时间而发生变化，假如电池瞬间通过的电流为I，在极短的时间内测量出电池电压的变化为ΔU，根据欧姆定律R＝ΔU/I就可以计算出电池的直流内阻。

 

2.1 适用对象

IEC 61960-3:2017规定交流测试法和直流测试法仅适用于电池组；而IEC 62620:2014和JISC 8715-1:2018规定交流测试法仅适用于电芯，直流测试法适用于电芯和电池组。

 

2.2 试样要求

IEC 62620:2014根据倍率放电能力的差异化将试样分为四种类型：超低倍率型(S)、低倍率型(E)、中倍率型(M)、高倍率型(H)，四种类型样品在25℃下的最大持续放电电流通常不低于以下值：0.125C、0.5C、3.5C、7.0C。

 

JISC 8715-1:2018将试样分为四种类型：超低倍率型(S)、低倍率型(E)、中倍率型(M)、高倍率型(H)，四种类型样品在２５ ℃下的最大持续放电电流分别不低于以下值：0.125C、0.5C、3.5C、＞3.5C。

 

IEC 61960-3:2017对试样没有明确规定。

 

三、测试程序

3.1 测试准备

IEC 61960-3:2017标准规定内阻测试前将电池充满电并静置1~4h；IEC 62620:2014标准规定内阻测试前将电池充满电，然后放出额定容量的50%±10%的电量后静置1~4h；JISC 8715-1:2018要求与IECIEC 62620:2014相同。

 

3.2 测试温度

IEC 61960-3:2017规定在20℃±5℃下进行内阻测试；IEC 62620:2014和JISC 8715-1:2018规定在25℃±5℃下进行内阻测试。

 

3.3 测试方法

IEC 61960-3:2017规定如果需要同时使用交流法和直流法测内阻时，应先用交流法，再用直流法。不需要在交流法和直流法测试之间对电池进行充放电。另外两个标准并没有规定交流法和直流法测试的顺序。

 

3.3.1 交流内阻测试

IEC 61960-3:2017、IEC 62620:2014和JISC 8715-1:2018规定的交流内阻测试方法相同：在电池两端施加1~5s频率为1.0 kHz±0.1 kHz、有效值为Ia的交流电流信号，测量交流有效值电压Ua，交流内阻Rac的计算公式为：Rac＝Ua/Ia。

 

3.3.2 直流电阻测试

IEC 61960-3:2017规定电池组以I1＝0.2C(A)恒流放电10s±0.1s，然后瞬间提高放电电流至I2＝1.0C(A)并放电1s±0.1s；而IEC 62620:2014和JISC 8715-1:2018根据电池的类型，规定不同的放电电流，具体电流值如表1所示。

表1 IEC 62620:2014和JISC 8715-1:2018直流内阻测试时的放电电流值

此外，IEC 62620:2014和JISC 8715-1:2018规定的两次放电时间较IEC 61960-3:2017长，分别为(30±0.1)s、(5±0.1)s。

 

 

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关键词： 电池内阻测试