鉅大LARGE | 點擊量：2520次 | 2021年04月25日
蓄電池內阻與容量、荷電態的關系分析
蓄電池內阻與容量之間的關系其中有兩種含義：電池內阻跟額定容量的關系，以及同一型號電池的內阻跟荷電態SOC的關系。
備注：SOC，全稱是StateofCharge，荷電狀態，也叫剩余電量，代表的是電池使用一段時間或長期擱置不用后的剩余容量與其完全充電狀態的容量的比值，常用百分數表示。其取值范圍為0~1，當SOC=0時表示電池放電完全，當SOC=1時表示電池完全充滿。
１閥控密封鉛酸蓄電池
（１）蓄電池的內阻跟荷電態的關系
１９９２年ＤａｖｉｄＯＦｅｄｅｒ發表了用ＭｉｄｔｒｏｎｉｃＣｅｌｌｔｒｏｎａｎｄＭｉｄｔｒｏｎ電導測試儀對閥控密封鉛酸蓄電池（ＶＲＬＡ）的測試和統計結果。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
圖1可以看出，它們之間存在線性相關關系，其相關系數Ｒ２＝０．８２５。由此有人提出關于在線使用的閥控密封鉛酸蓄電池，可以用測得的電導值去推測它們的剩余容量。
但是：我國標準中規定ＶＲＬＡ的容量必須保證在８０％以上方可在線使用，低于８０％就是失效電池，應該更換。也就是說，若用在線使用的蓄電池測得的電導值去推測它的剩余容量，必須觀察電池容量在８０％以上時電池的電導跟容量之間是否存在線性相關關系。然而眾多實驗事實和統計結果都表明了此條件下不存在上述關系。
筆者觀點：不同時期不同作者采用不同的方法對不同型式的鉛酸蓄電池內阻進行測試的結果都表明，不論是開口式或密封式蓄電池、不論是用交流阻抗法或電導儀測試法（它是簡化了的阻抗測試儀）、不論測量用的交流信號的頻率或幅度如何，雖然測得的同一型號蓄電池內阻值有差異，但它們都有一個共同點：蓄電池的荷電態在４０％以上時，其內阻或電導幾乎沒有變化，只是在低于３０％時，其內阻值才迅速上升。這就是何以荷電態高于８０％的電池其容量和電導（內阻倒數）之間不存在線性相關關系的根本原因。
（２）電池內阻跟額定容量的關系
表１是ＹＤ∕Ｔ１３６０－２００５《通信用閥控式密封膠體蓄電池》中列出的各種型號電池的內阻值的上限值。由該標準中規定的內阻測試方法可知，該內阻值中包含了電池的歐姆內阻和極化內阻。
由表１數據可以看出：額定容量越大的電池，其內阻值就越小。根據歐姆定律，導體電阻是跟其長度成正比，跟其橫截面積成反比。電池的額定容量越大，電池內全部連接件以及板柵筋條的截面積就越大，因而電池的內阻就越小。另一方面，由于極板的放電容量跟極板的面積成正比，所以電池的額定容量越大，其內阻就越低。
鋰離子電池的正極材料多是一些氧化物或鹽類，例如現在常用的ＬｉＦｅＰＯ４，它們本身的電子導電性比金屬要差；再者鋰離子導電性受鋰離子在材料晶格中擴散速度的影響，加之采用了有機物作電解質溶劑，這些因素決定了鋰離子電池的內阻比較大，使其高功率輸出時比能量迅速下降。圖３示出國內某廠家在產品說明書中供應的鋰離子電池芯的內阻分布情況。可以看出，電池容量越大，其內阻越小。８～１０Ａｈ的單電池芯的內阻有約１５ｍ，它比同容量的閥控式密封鉛酸蓄電池內阻要大，后者１０Ａｈ容量電池單格內阻只有３～４ｍ。溫度降低，鋰離子電池內阻迅速增大，二者的差別更大。
在文獻［４］中給出１５０Ａｈ／３．２Ｖ的Ｃ／ＬｉＦｅＰＯ４單電池內阻為１．０～１．４ｍ。折算到１０Ａｈ以后，就跟圖３所供應的數據基本是一致的。該文獻作者同時還觀察到，在２０℃～５０℃溫度范圍內鋰離子電池內阻基本上保持不變，但在０℃時，電池內阻增大１倍；在－１０℃時內阻增大２倍以上。這顯然跟鋰離子電池采用了有機物作電解質溶劑有關。電池用大電流放電時其內阻稍有下降，這跟大電流放電時電池溫度有所升高有關。
此外，作者還觀察到電池荷電態ＳＯＣ在５０％以上時，電池內阻幾乎保持不變；但ＳＯＣ在４０％以下時，電池內阻就迅速升高。這種規律性跟ＶＲＬＡ電池是一致的。看來也不能用內阻值來定量判斷鋰離子電池的荷電態。
3其他蓄電池也類似
4小結
（１）蓄電池的內阻跟電池的額定容量有關。大容量電池的內阻低；小容量電池的內阻高。
（２）常用蓄電池的內阻，在荷電態ＳＯＣ高于４０％時是保持不變的；只是ＳＯＣ低于３０％時，就很快升高。
（３）不能根據內阻的變化去在線檢測蓄電池的荷電態。
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