适用于退役动力电池的内阻测试方案

西昌学院机械与电气工程学院 周光强

四川大学电气工程学院 钱洋杰

西昌学院机械与电气工程学院 褚晓锐 周玉莲 张意林

退役动力电池的内阻测量是直接反应其电池物理化学特性的重要测量指标，它也是直接造成影响单个化退役动力电池与成组化退役动力电池的成分之间不一致的重要因素之一。本文针对常见的内阻测试方法—直流阻抗法、内阻测试仪法、短路电流内阻水平法及交流阻抗谱法进行对比和分析，选出一种适合退役动力电池应用的内阻检测方案。

根据相关资料显示我国每年有大量的废旧退役动力电池被丢弃，但是它们当中大多数都还有80%多的剩余容量，若是能将其重新编组利用起来，可以减少污染和增加退役动力电池的利用率，进而达到节能减排和废旧利用率的目的。但是由于退役动力电池在很多方面一致性较差，在进行分选利用之前，一定要进行重新组合筛选。进行筛选组合的一个重要依据就是退役动力电池内阻，电池内阻是反映电池特性的重要性能指标，内阻的改变对电池容量、能量输出以及电池的正常工作电压都有其较大的影响。

1 退役动力电池的内阻测试方案

1.1 直流阻抗法

退役动力电池由于交流内阻测试设备和技术条件限制，不方便直接进行测试，通常，电池组的特殊性能都是通过直流内部电阻进行评估。直流阻抗法就是利用电池在进行放电的过程中，当停止放电时，电池内部将会出现由内阻引起的欧姆降消失，因而会出现电池电压反弹的现象。然后根据此现象再依据电池在放电停止并保持稳定后的电压差得出需要的电池的内阻值。

1.2 短路电流与内阻水平法

测试方法分为以下几个步骤：（1）将电池放置在5A恒定电流、额定电压3.65V的环境下进行完全充电；（2）对电池用以恒定的5A电流进行间歇放电的操作，放电时间为10min，搁置不少于2h；（3）将电池置于20A电流的环境下进行放电20s的操作，测量记录其电池两端的电压值；（4）搁置5min，进行5s100A大电流下的放电操作，测量记录其电池两端的电压值；（5）循环重复上述2、3、4步骤，将间歇放电至终止电压，随后结束测试。通过得到的被测电池两端的电压差和电流差并通过欧姆定律得出被测电池的内阻值。

1.3 内阻测试仪法

内阻测试仪是专门用来检测电池中的内阻以及电池中酸化薄膜的损坏程度。其测试的原理就是向被测量物体施加1k的交流信号，通过测量其中的交流压下降的变化值得到其内部电阻。它与使用万用电阻表来检测电阻时的工作原理不同。它所测量的数值精准度为毫欧级，而万用表仅仅为欧姆级；万用表只能够测量有源物体的内部电阻，但内阻测试仪则不管是有源还是无源物体都可以准确的测量其内阻，所以两者有明显的区别。通常用电池内阻的大小来评判电池的劣化状态。一般而言，内部的电阻越低，则使得电池具有较强的导热和抗氧化能力。所以，使用内阻测试仪来检验和计算电池的内阻是一个速度快且可靠性高的测试方式。

1.4 交流阻抗谱法

交流阻抗谱法是交流阻抗法中一种技术，它的测试原理就是当分布在电池两端的电极受到正弦电压或电流交流信号的干扰时，会产生对应的交流电流或电压响应信号，最后通过这一系列的响应信号产生的阻抗谱，进而得到电池的内阻。

2 综合分析对比

2.1 时间耗费

在四种测试方法中，内阻测试仪法最快捷方便，一般只需要几秒钟。其次为短路电流与内阻水平法以及交流阻抗谱法，一般用时在20min左右，在这四种方法中就直流阻抗法相对耗时最长，需要2h左右。

2.2 测试误差

误差对比分析：内阻测试仪在测试过程中只接触每个电极的一个点，接触的强度也会使测试结果明显不同，所以在测试中很容易造成人为误差；采用交流阻抗谱法中，它会受到小信号的干扰，外界环境的改变会在一定程度上影响输出的响应信号，从而造成一定的测试误差。同时测试人员也可能会造成人为影响，因此交流阻抗谱法抗干扰能力差，易造成误差；其余两种方法都是由测试系统自动计算，可相对大幅度的减少测试过程中的人为误差。

2.3 测试工况

内阻测试仪法和交流阻抗谱法对测试工况没有要求可以因地制宜的进行直接测量；而余下两种方法就只能在电池未进行编组并投入使用的情况下。

2.4 测试原理

内阻测试仪法是在固定频率下测出电池的阻抗，而交流阻抗谱法则是在不同频率下测出其电池阻抗的变化，两者都隶属于交流法测试。其余两种介绍的方法都属于直流法测试，直流阻抗法为恒流放电，短路电流与内阻水平法放电电流与之不同，它需要引入其大电流进行放电，在一定程度上可能会对电池的内在属性产生一定的损害。

3 测试方案拟定

本文对上述四种方法进行综合比较分析，内阻测试仪法操作最为简单，可直接在线测量，若在不考虑系统误差的前提下，视为最佳测试方法。如果要避免较大的人为误差，可以选择测量精度相对较高的直流阻抗法和短路电流法，但缺点也较明显，不能在线测量，因为这两种测试方法必须将大电流引入电池，进而加速电池极化，从而影响电池的相关性能。交流阻抗谱法，它的优越性就在于能够更加全方面以及系统性地反映出电池的性能，为动力电池诸多性能参数的判定提供较坚实可靠的依据。综合前述，在没有更好的测试方案下，交流阻抗谱法是较为适用于退役动力电池的内阻测试方法。