蓄電池內(nèi)阻與容量的關(guān)系

1、年月日第 卷第期， 文章編號(hào)：（）新能源蓄電池內(nèi)阻與容量的關(guān)系桂長清 ，柳瑞華（）中船重工第研究所，武漢湖北摘要：蓄電池的內(nèi)阻跟額定容量有關(guān)。荷電態(tài) 高于 ，、時(shí) 閥控密封鉛酸蓄電池鋰離子電池電池、； 以下時(shí)，鎘鎳蓄電池鋅鎳電池的內(nèi)阻都是保持不變的只是 低于它們的內(nèi)阻才很快升高關(guān)鍵詞 ：蓄電池 ；電池內(nèi)阻 ；荷電態(tài) ；容量中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：、金屬氫化物鎳。，（，）：， 、；， ：； 蓄電池內(nèi)阻與容量之間的關(guān)系其中有兩種含義 ：電池內(nèi)阻跟額定容量的關(guān)系，以及同 一型號(hào)電池的內(nèi)阻跟荷電態(tài) 的關(guān)系 。 十多年前人們?cè)?jīng)試圖利用閥控密封鉛酸蓄電池內(nèi)阻（）或電導(dǎo)的變化去在線檢測(cè)電池的容量和預(yù)測(cè)電池

2、壽命，；但卻未能如愿近來隨著電動(dòng)汽車和電動(dòng)助力車產(chǎn)，業(yè)的發(fā) 展 人們對(duì)動(dòng) 力電池的大電流放電能力提出了，越來越高的要求這就要求盡可能降低電池內(nèi)阻。因而本文將進(jìn)一步探索和闡明一些常用蓄電池內(nèi)阻與容量之間的內(nèi)在關(guān)系。它們之間存在線性相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù) 。由此有人提出對(duì)于在線使用的閥控密封鉛酸蓄電 池，可以用測(cè)得的電導(dǎo)值去推測(cè)它們的剩余容量。雖然十多年前本人從客觀實(shí)際出發(fā)已多次對(duì)這一觀點(diǎn)提出了。否定的看法 ，但今而后被眾多的同行專家所認(rèn)可天仍有一些人沒做過試驗(yàn)不假思索地引用上述已經(jīng)過，。時(shí)的觀點(diǎn)因而重提一下上述觀點(diǎn)的癥結(jié)閥控密封鉛酸蓄電池當(dāng)前閥控密封鉛酸蓄電池已逐步取代開口式流動(dòng)電解液鉛酸蓄電池，

3、、廣泛用于郵電通信電源儲(chǔ)能電源系統(tǒng)等。 動(dòng)力型閥控密封鉛酸蓄電池不僅已廣泛用于電動(dòng)助力車，汽車大力而且近來又向輕型電動(dòng)進(jìn)軍 。 這些領(lǐng)域都要求在線檢測(cè)蓄電池的荷電態(tài)。（）蓄電池的內(nèi)阻跟荷電態(tài)的關(guān)系蓄電池的荷電態(tài) 指的是電池可以放出的容量跟其額定容量的比。這一數(shù)據(jù)對(duì)郵電通信電源系統(tǒng)和正在使用的動(dòng)力電池組十分重要。年發(fā)表了用 電導(dǎo)測(cè)試儀對(duì)閥控密封鉛酸蓄電池（） 。圖示出了 塊 的測(cè)試和統(tǒng)計(jì)結(jié)果密封鉛酸蓄電池用 放電至的放電時(shí)間跟電池電導(dǎo)（）。可以看出，內(nèi)阻的倒數(shù)的 分布收稿日期：作者簡(jiǎn)介：（）， ，研究所原總工程師，桂長 清 男中船年復(fù)旦大學(xué)電化學(xué)專業(yè)研究生畢業(yè)。榮獲國務(wù)院頒發(fā)的政府特殊津貼，。主

4、要從事化學(xué)電源的研究和設(shè)計(jì)圖密封鉛酸蓄電池電導(dǎo)與放電時(shí)間的關(guān)系（電池 ，放電到）從圖 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出上述觀點(diǎn)是有一定道理的。，但應(yīng)當(dāng)看 到 上述結(jié)果是將放電時(shí)間接近于至 的全部鉛酸蓄電池都統(tǒng)計(jì)進(jìn)去得到的，其中 電池的容量是低于 的。 可是我國標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的容量必須保證在以上方可在線使，。，用 低于 就是失效電池應(yīng)該更換也就是說 若用在線使用的蓄電池測(cè)得的電導(dǎo)值去推測(cè)它的剩余容，以上時(shí)電池的電導(dǎo)跟容量 必須觀察電池容量在量之間是否存在線性相關(guān)關(guān)系。然而眾多實(shí)驗(yàn)事實(shí)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果都表明了此條件下不存在上述關(guān)系。：筆者在以前的工作中已經(jīng)闡明了不同時(shí)期不同作者采用不同的方法對(duì)不同型式的鉛酸蓄電池內(nèi)阻&#

5、183;·桂長清等：蓄電池內(nèi)阻與容量的關(guān)系，年月日第卷第期 進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果都表明，封式鉛蓄例如現(xiàn)在常用的，性 比不論是開口式或密 它們本身的電子導(dǎo)電、（；電池 不論是用交流阻抗法或電導(dǎo)儀測(cè)試法它是簡(jiǎn)化金屬要差 再者鋰離子導(dǎo)電性受鋰離子在材料晶格中了的阻抗測(cè)試儀）、擴(kuò)散速度的影響，不論測(cè)量用的交流信號(hào)的頻率或幅加之采用了有機(jī)物作電解質(zhì)溶劑這度如何 ，雖然測(cè)得的同一型號(hào)鉛蓄電池內(nèi)阻值有差異，些因素決定了鋰離子電池的內(nèi)阻比較大，使其高功率但它們都有一個(gè)共同點(diǎn)：以輸出時(shí)比能量迅速下降。圖示出國內(nèi)某廠家在產(chǎn)品鉛蓄電池的荷電態(tài)在，說明書中提供的鋰離子電池芯的內(nèi)阻分布情況?？梢陨蠒r(shí) 其內(nèi)阻或電導(dǎo)幾

6、乎沒有變化只是在低于，。這就是何以荷電態(tài)高于，。時(shí) 其內(nèi)阻值才迅速上升的單 電看出 電池容量越大其內(nèi)阻越 小 的電池其容量和電導(dǎo)（內(nèi)阻倒數(shù) ）之間不存在線性相池芯的內(nèi)阻有約， 它比同容量的閥控式密封鉛關(guān)關(guān)系的根本原因。酸蓄電池內(nèi)阻要大，后者 容量電池單格內(nèi)阻只最近我們用階躍電流測(cè)試技術(shù)測(cè)取了動(dòng)力型閥控密有。溫度降低，鋰離子電池內(nèi)阻迅速增大二封鉛酸蓄電池的歐姆內(nèi)阻（），者的差別更大。見圖 結(jié)果又一次表明電池的荷電態(tài)在 ，。以上時(shí) 其歐姆內(nèi)阻幾乎是不變的圖電池歐姆內(nèi)阻跟荷電態(tài)的關(guān)系圖單體鋰離子電池芯的內(nèi)阻的分布（）電池內(nèi)阻跟額定容量的關(guān)系電池的額定容量指的是電池有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)說明在文獻(xiàn) 中給出的

7、單電池內(nèi)阻為 。 折算到 以后，書中規(guī)定的，放出的最就在一定的條件下電池必須保證低容量 。 通常就是用額定容量來表示電池的大小。跟圖 所提供的數(shù)據(jù)基本是一致的。該文獻(xiàn)作者同時(shí)還觀察到 ，在 溫度范圍內(nèi)鋰離子電池內(nèi)表是通信用閥控式密封膠體蓄電池 中列出的各種型號(hào)電池的內(nèi)阻值的上限值。阻基本上保持不變，但在 時(shí)，電池內(nèi)阻增大倍；由該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的內(nèi)阻測(cè)試，中包在 時(shí)內(nèi)阻增大倍以上。這顯然跟鋰離子電方法可 知 該內(nèi)阻值含了電池的歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。池采用了有機(jī)物作電解質(zhì)溶劑有關(guān)。電池用大電流放表通信用閥控式密封膠體蓄電池內(nèi)阻電時(shí)其內(nèi)阻稍有下降，這跟大電流放電時(shí)電池溫度有電池型號(hào)內(nèi) 阻電池型號(hào)內(nèi) 阻 所

8、升高有 關(guān)。此外，作者還觀察到電池荷電態(tài)在以上時(shí)，電池內(nèi)阻幾乎保持不變；但在，。這種規(guī)律性跟以下時(shí) 電池內(nèi)阻就迅速升高 電池是一致的。看來也不能用內(nèi)阻值來定量判斷鋰離子電池的荷電態(tài)。金屬氫化物鎳電池（） 、，由于電池采用的薄極板面積大 電 阻小，。并且電解質(zhì)的導(dǎo)電性也好電池內(nèi)阻小因而 （圓柱 形電池） 型電池 內(nèi)阻與放電深度 。，的關(guān)系如圖所示可以看出內(nèi)阻在大部分放電時(shí)間內(nèi)保持相，由表數(shù)據(jù)可以看出：，對(duì)穩(wěn)定 在接近放電終點(diǎn)時(shí) 即額定容量越大的電池其內(nèi)阻 ，內(nèi)阻很快升高。阻抗測(cè)量結(jié)果表明：值就越小 。 根據(jù)歐姆定律 ，導(dǎo)體電阻是跟其長度成正比，電池放電中前期，跟其橫截面積成反比。電池的額定容量越

9、大，正極歐姆內(nèi)阻隨放電過程而增大但負(fù)極則電池內(nèi)全減??； 以上時(shí)，部連接件以及板柵筋條的截面積就越大，當(dāng)放電量達(dá)到正極阻抗迅速增大因而電池的內(nèi)導(dǎo)致電池內(nèi)阻迅速增大。因而不能根據(jù)電池內(nèi)阻去判阻就越小。另一方面，由于極板的放電容量跟極板的面斷金屬氫化物鎳電池的荷電狀態(tài)。積成正比，。所以電池的額定容量越大其內(nèi)阻就越低此外，文獻(xiàn)也觀察到同樣的規(guī)律性即當(dāng) 鋰離子電池時(shí)，的電池內(nèi)阻保持不變 ， 時(shí)，內(nèi)阻開始上升 。鋰離子電池的正極材料多是一些氧化物或鹽類，· ·年月日第卷第期， 圖電池內(nèi)阻與放電深度的關(guān)系 其它蓄電池（）（電池）鋅鎳電池在文獻(xiàn)的密封電池中報(bào)道了的內(nèi)阻跟荷電態(tài)的關(guān)系。當(dāng)，時(shí)

10、 電池內(nèi)阻保持不變；，時(shí) 內(nèi)阻開 始上升。這一規(guī)律是跟閥控密封鉛酸蓄電池、鋰離子電池金屬氫化物鎳電池內(nèi)阻的變化是一致的。（）鎘鎳蓄電池（電池 ）鎘鎳蓄電池的歐姆內(nèi)阻一般較小，的袋如充電態(tài)式電池、的 高 倍率 中部 率 和 低 倍率 電池 的 直流歐姆 電阻分 別為、和 。高倍率 電池的設(shè)計(jì)不同于一般的動(dòng)力電池，它的極板很薄片數(shù)較多，時(shí)仍然不使放電電流密度可以在大電流放電，高 每片上的活性物質(zhì)較少利用率較高因而電 池容量可以得到保證。但是要切記，這是 以大幅度降低電池使用壽命為代價(jià)的，短幾倍甚會(huì)使電池使用壽命縮至于十幾倍 。 動(dòng)力電池是在保證電池使用壽命的前提下來減小電池內(nèi)阻，。提高電池大電流放

11、電能力的中倍率鎘鎳蓄電池內(nèi)阻為， 由于該電池內(nèi)阻與額定容量的乘，積近似為 定值 即電池內(nèi)阻與額定容量近似成反比，那么中倍率鎘鎳蓄電池內(nèi)阻應(yīng)當(dāng)為。這一數(shù)值跟動(dòng)力型閥控密封鉛酸蓄電池內(nèi)阻相當(dāng) ，后者由個(gè)單電池串聯(lián)組成，那么 每 個(gè) 動(dòng) 力 型閥 控密 封 鉛 酸蓄電池只有 。各種型號(hào)的密封電池的內(nèi)阻跟的 關(guān)系與電池相同 ，即當(dāng)時(shí) ，電池 內(nèi)阻保持不變 ，時(shí)，內(nèi)阻開始上升。（）鋅銀蓄電池鋅銀蓄電池的內(nèi)阻在充放電過程中的變化跟其他蓄電池不同：前，放完電的電池在充入電量達(dá)到電池的內(nèi)阻幾乎不變，；仍然很小在充入電量達(dá)到，； 時(shí) 電池的內(nèi)阻很快增大在充入電量達(dá)到 以上時(shí)，電池的內(nèi)阻又很快下降直到電池充足電為

12、止，電池的內(nèi)阻保持不變但充完電的電池內(nèi)阻大約是放完電的倍。在放電過程中，電池的內(nèi)阻是不斷增加的； 以上時(shí)，但在放電量達(dá)到電池的內(nèi)阻又很快下降，直到電池放完電為止電池的內(nèi)阻只有很小的下降，。最終內(nèi)阻約為放電初期的一半鋅銀蓄電池內(nèi)阻的這種變化規(guī)律是由于電池的正極活性物質(zhì)、之間的轉(zhuǎn)化造成的。放電初 ，逐步轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電率很低的期 導(dǎo)電率較好的 ，因而電池內(nèi)阻增加；轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電率很高繼續(xù)放電 的，。充電時(shí)電池內(nèi)阻的那么電池內(nèi)阻就會(huì)很快下降變化過程同樣反映了活性物質(zhì)成分的變遷。小結(jié)（ ）。大容蓄電池的內(nèi)阻跟電池的額定容量有關(guān)量電池的內(nèi)阻低；。小容量電池的內(nèi)阻高（），時(shí)常用蓄電池的內(nèi)阻在荷電態(tài) 高于是保持不變的 ；只是 低于 時(shí)，就很快升高 。（）。不能根據(jù)內(nèi)阻的變化去在線檢測(cè)蓄電池的荷電態(tài)參考文獻(xiàn) ：， （ ）：，桂長清 電柳瑞華密封鉛蓄電池電導(dǎo)與容量的關(guān)系，（）：池，桂長清：機(jī)械工業(yè)出版社，動(dòng)力電池 北京，張鋰離子賓 林成濤陳全世電動(dòng)汽車用，（）：電池性能 電源技術(shù)， 著，汪繼強(qiáng) 譯電 池 手冊(cè) ：， 北京化學(xué)工業(yè)出版社英治波 蓄電池 在不同放 電深度下 的阻抗行 為，（）： 電源技術(shù) 吳伯榮估計(jì)的 金屬氫化物鎳電池研究 電源技術(shù)，（）：，