锂离子电池内阻的特性以及原理分析

人类社会的进步离不开社会上各行各业的努力，各种各样的电子产品的更新换代离不开我们的设计者的努力，其实很多人并不会去了解电子产品的组成，比如锂离子电池内阻。电池的内阻是蓄电池最重要的特性参数之一，它是表征电池寿命及电池运行状态的重要参数，是衡量电子和离子在电极内传输难易程度的重要标志。内阻还反映了电池的健康状态。电池出厂时的内阻很小，但经过长期充放电后，由于电池内部电解液的损耗，以及电池内部化学物质活性的降低，会使内阻逐渐新增，电解质会在多次充放电中逐步变性，内阻新增，直到内阻大到电池内部的电量无法正常释放出来，此时电池老化，相对的电池容量也会下降。

锂离子电池内阻不是定值，它跟锂离子电池的工作状态有关，包括欧姆内阻和极化内阻这两部分。

1)欧姆内阻

欧姆内阻是锂离子电池的固有电阻，即直流内阻，可以认为在一定的SOC状态下是固定的。它重要由电极材料，电解质，隔膜的电阻以及材料其他部分的内阻组成。该图示出了处于特定SOC状态的锂离子电池的放电过程。当锂离子电池开始放电时，欧姆内阻将在锂离子电池的两端出现瞬时电压降ΔU1。该电压降会持续很短的时间(2ms以内)。因此，要对锂离子电池的动态内阻进行更多的测试。响应时间短。短时间后，锂离子电池的极化将起用途。锂离子电池两端的电压降重要是由极化内阻引起的。在充电过程中，欧姆内阻还会引起锂离子电池两端的瞬时电压上升。变化后，极化内阻起着用途。

2)极化内阻

放电后短时间内锂离子电池的电压降是由欧姆内阻引起的，其后的电压降重要是由极化引起的。由于锂离子电池的内部化学反应，极化使用和电池SOC状态变化将导致电池输出电压下降，但这种变化缓慢，这不同于欧姆内阻引起的电池两端电压的瞬时下降。此时的内部电阻是由锂离子电池的化学反应中的离子浓度引起的，这称为极化内部电阻。内阻随着反应的进行而变化，其大小与检测时间和电流强度有关。放电过程中电压在10-20s内持续缓慢下降，充电过程20s之后的电压持续缓慢上升都是由极化内阻引起的。

内阻影响因素

锂离子电池的交流和直流内部电阻与温度有着明显的反比关系，即温度下降时内部电阻会升高，并表现出典型的非线性特性。在实际应用过程中，应防止锂离子电池在低温环境下充放电，特别是低温充电对电池性能影响很大。

锂离子电池在不同SOC状态下的直流内阻呈现出放电深度越大，直流内阻越大的趋势。由图可知，处于不同SOC状态的锂离子电池的交流内阻非常接近，可以认为锂离子电池AC的内阻不随SOC的变化而变化。锂离子电池在不同SOC状态下的交流内阻基本没有变化，因此在应用过程中仅需研究不同SOC状态下的直流内阻值即可。

锂离子电池内阻特性

随着锂离子电池的使用，电池性能持续下降，重要是由于容量下降，内部电阻新增，功率下降等。电池内部电阻的变化受温度和放电深度等各种使用条件的影响。内阻是评估锂离子电池性能的重要指标之一。关于大型锂离子电池组应用，例如电动汽车的电源系统，由于测试设备的局限性，不可能或不方便直接测试交流内阻。通常，电池组的特性由直流内部电阻评估。在实际应用中，DC内部电阻还用于评估电池的健康状况，预测寿命以及评估系统SOC，输出/输入能力等。

由于制造工艺不同，每个锂离子电池制造商生产的同一型号电池的内阻差异很大。即使电池是由相同的制造商，相同的材料，相同的工艺，相同的材料和相同的批次生产的，电池的内阻也有很大的不同。