三元锂电池是指使用镍钴锰作为正极材料，石墨作为负极材料的锂电池。三元锂电池电压平台高，比能量、比功率大，能量密度高。除此之外，在大倍率充电和耐低温性能等方面，三元锂电池也有很大的优势。

 

电池内阻是衡量电池健康状态的重要指标，本文利用HPPC脉冲功率测试方法，测试电池在不同脉冲电流、不同脉冲时间长度下，充放电过程中对应下的内阻，通过绘图并分析得出在不同条件下内阻的变化规律，为研究电池性能提供参考依据。

 

1. 实验

1.1 实验平台

实验设备为蓝电测试系统，测试电流10A，电压20V；温控箱，温度范围为-20~130℃。

 

实验过程中，将电池样品放置于恒温箱中与蓝电测试设备相连接的卡槽内，设置温度25℃，湿度30%，避免由于环境温度的变化对内阻测试的影响。通过在测试软件设置测试程序，实时存储实验数据。利用 Excel 表格筛选数据，Origin 软件绘图。

 

1.2 实验对象

实验材料为三元锂电池18650PF，标称容量2.9Ah，标称电压3.7V。该圆柱形电池的正极材料为镍钴锰(三元材料)，其他参数如表1所示。

 

 

1.3 实验过程和方法

本文参考《FreedomCAR 功率辅助型混合动力车电池测试手册》里的3.3节混合脉冲功率特性测试，设计内阻测试方法，完整测试过程中电流和电压随时间的变化，如图1所示。

 

具体测试步骤如下：

(1)将三元锂电池置于温控箱，温度设为25℃，湿度30%，静置1h以2.3A电流进行充放电，记录充入容量C；(2)以1C倍率恒流放电至放电容量为0.01C时停止放电，此时电池SOC=0.9，静置1h，电压记为U1；(3)采用XC倍率大小的脉冲电流对电池进行恒流放电，持续30s，电压记为U2，静置60s，电压记为U3；(4)采用XC倍率大小的脉冲电流对电池进行恒流充电，持续30s，电压记为U4，静置60s；(5)重复步骤(2)~(4)，直至SOC=0.1；(6)调节脉冲电流倍率大小X为 2、3、4，重复(1)~(5)，进行不同脉冲电流下的内阻测试。

 

 

 

步骤(3)和(4)中，数据为0.1s采集一次。以放电过程为例，电压变化曲线如图2所示。在加载脉冲电流放电的瞬间，电池端电压会产生阶跃，接着相对缓慢变化，参考IEC内阻测试方法，计算公式为：

 

 

2. 结果与分析

2.1 内阻随SOC、脉冲时间的变化

表2、表3为不同脉冲电流和不同脉冲时间长度对应下充放电过程的内阻测试结果。图3为脉冲电流3C时，充电和放电过程中不同脉冲时间长度下内阻随的变化规律。

 

 

 

图3、图4所示为脉冲电流大小为3C时，充放电过程中不同脉冲时间长度对应下的内阻变化。从图3中可以看到：在相同SOC下，随着脉冲时间的增加，内阻增加，增加的幅度减小。例如，当SOC=0.5时，脉冲时间为10、20和30s对应的R内阻值分别为36.25、39.87和42.77mΩ，即脉冲时间长度每增加10s， 的增幅从3.62mΩ降为2.9mΩ 。此外，随着脉冲时间长度的增加，R随SOC的变化在总体趋势上保持一致，先快速减小再缓慢上升最后趋于稳定。

 

 

图4所示为脉冲电流大小为3C时，放电过程中不同脉冲时间长度下的内阻R随SOC的变化。随着脉冲时间的增加，放电内阻R逐渐增加。与充电过程不同，放电过程中SOC=0.1和SOC=0.2时，内阻快速减小；SOC=0.3到SOC=0.9之间的内阻趋于稳定，变化范围小。

 

 

在SOC=0.3到SOC=0.9之间，10s脉冲时间下基本稳定在38.77mΩ，20s脉冲时间下基本稳定在43.33mΩ，30s脉冲时间下基本稳定在 46.30mΩ。SOC=0.3之前，不同脉冲时间长度下内阻较高。10s脉冲时间下R最大值达到64.81mΩ，20s脉冲时间下最大值达到71.92mΩ，30 s脉冲时间下R最大值达到 77.86mΩ。

 

2.2 直流内阻与脉冲电流倍率的关系

图5为当脉冲电流倍率分别为2C、3C和4C时，不同SOC下，充放电过程中，内阻随脉冲电流的变化。从图中可以看出，随着脉冲电流的增加，内阻接近以线性规律减小，SOC=0.3到SOC=0.9变化趋势一致，且同脉冲电流下，不同值对应的内阻差值不大。不同脉冲电流下，充电过程SOC=0.1与SOC=0.2之间内阻最大差值为9.78mΩ，放电过程SOC=0.1与SOC=0.2之间内阻最大差值为 20.02mΩ 。充电、放电过程，SOC=0.1时的不同脉冲电流下的内阻都明显高于SOC=0.2到SOC=0.9的R值，放电过程内阻值整体上高于充电过程的内阻值。

 

 

3. 结论

本文以2.9Ah圆柱形三元锂电池为研究对象，参考HPPC混合脉冲功率特性测试，研究了内阻与、脉冲时间、脉冲电流和充放电状态的关系，分析了脉冲电流的大小对测试的影响，总结如下：

(1) 无论是充电过程还是放电过程，不同脉冲时间长度下，SOC=0.1时的内阻R值明显高于SOC=0.2到SOC=0.9时的R值。

 

(2) 不同脉冲时间长度下，放电过程中的内阻 值会高于充电过程的R值。

 

(3) 充、放电过程中，随着脉冲电流值的增大，内阻值近似认为以线性规律减小；SOC=0.1 和SOC=0.2时的内阻值高于SOC=0.3到SOC=0.9的R值。充电过程中SOC=0.1时的最大值为59.62mΩ，放电过程中SOC=0.1时的最大R值为80.07mΩ。

 

文献参考：武鑫,严晓,王影,黄碧雄,刘中财.三元锂电池内阻特性的研究[J].电源技术,2019,43(4):568-570684

 

 

来源：Internet

关键词： 锂电池 HPPC脉冲功率测试方法