内阻反映了电池在整个使用寿命期间的质量和性能。内阻越高,电池效率越低,越容易过早失效。高内阻会在运行过程中产生过多的热量,如果电池发生热失控,则可能造成安全隐患。使用前测量内阻是识别可能存在失效风险的电池单元的有效方法。有多种方法可以表征内阻,每种方法都表征了电池性能的不同方面。.

其中一种方法是电化学阻抗谱(EIS)。在该测试中,向电池施加一个宽频带的交流信号,并测量电池的响应。虽然这项测试可能比较耗时,但它能最全面地反映电池内部的阻抗特性。.

最常用的方法是交流内阻 (ACIR)。由于它是一种交流技术,因此可以表征阻抗,尽管通常只测量实部,即电阻。ACIR 是电化学阻抗谱 (EIS) 的一个子集,其测量在单一频率下进行,通常为 1 kHz。这可以表征小信号特性,是电池质量的良好指标,并且比完整的 EIS 测试快得多。这种节省时间的特性使其成为生产环境中常用的测试方法,因为在生产环境中,每块电池都必须满足规格要求。.

最后一种方法是直流内阻(DCIR),也称为脉冲特性分析。在这种方法中,仅测量电阻分量,因为假设电池由理想的开路电压和串联电阻表示,如图 2 所示:

带内部直流电阻的电池模型


图 2:直流绝缘电阻电池模型

 

将直流电施加到电池上,持续一段时间,测量电池电压的变化,并计算其电阻。图 3 显示了说明此操作的图表。.

电池内阻的直流电压和电流曲线图

图 3:DCIR 测量程序

 

直流电流冲击测试 (DCIR) 方法中使用的电流通常远高于交流电流冲击测试 (ACIR) 方法,因此在实际应用场景中,直流电流冲击测试更贴近真实情况,因为电池经常会暴露于高瞬时电流下。电池的内阻是其输出大电流能力的最大限制因素,因此识别无法在高电流条件下工作的电池至关重要。理想情况下,您需要一台能够同时提供高电流脉冲并同步测量电压的仪器。例如,Keithley 2461 等源测量单元 (SMU) 可以精确地提供 10 A 的脉冲,并以 6.5 位分辨率测量产生的电压。这些 SMU 配备了测试脚本处理器 (TSP®),用户可以使用 DCIR TSP 应用程序运行完整的直流电流冲击测试脉冲序列,并从前面板接收计算数据。.

 

在 Keithley 2461 图形触摸屏 SMU 上进行 DCIR 测试设置及结果

图 4:Keithley 2461 图形触摸屏 SMU 上的 DCIR 测试设置和结果

 

电池的内阻是衡量其质量和使用寿命内性能的关键指标。测量电池阻抗(或电阻)的方法有三种,每种方法提供的信息略有不同。了解这些方法有助于确保您获得所需且预期的信息。.