蓄电池内阻与容量的关系

1、年月日第 卷第期， 文章编号：（）新能源蓄电池内阻与容量的关系桂长清 ，柳瑞华（）中船重工第研究所，武汉湖北摘要：蓄电池的内阻跟额定容量有关。荷电态 高于 ，、时 阀控密封铅酸蓄电池锂离子电池电池、； 以下时，镉镍蓄电池锌镍电池的内阻都是保持不变的只是 低于它们的内阻才很快升高关键词 ：蓄电池 ；电池内阻 ；荷电态 ；容量中图分类号：文献标识码：、金属氢化物镍。，（，）：， 、；， ：； 蓄电池内阻与容量之间的关系其中有两种含义 ：电池内阻跟额定容量的关系，以及同 一型号电池的内阻跟荷电态 的关系 。 十多年前人们曾经试图利用阀控密封铅酸蓄电池内阻（）或电导的变化去在线检测电池的容量和预测电池

2、寿命，；但却未能如愿近来随着电动汽车和电动助力车产，业的发 展 人们对动 力电池的大电流放电能力提出了，越来越高的要求这就要求尽可能降低电池内阻。因而本文将进一步探索和阐明一些常用蓄电池内阻与容量之间的内在关系。它们之间存在线性相关关系，其相关系数 。由此有人提出对于在线使用的阀控密封铅酸蓄电 池，可以用测得的电导值去推测它们的剩余容量。虽然十多年前本人从客观实际出发已多次对这一观点提出了。否定的看法 ，但今而后被众多的同行专家所认可天仍有一些人没做过试验不假思索地引用上述已经过，。时的观点因而重提一下上述观点的症结阀控密封铅酸蓄电池当前阀控密封铅酸蓄电池已逐步取代开口式流动电解液铅酸蓄电池，

3、、广泛用于邮电通信电源储能电源系统等。 动力型阀控密封铅酸蓄电池不仅已广泛用于电动助力车，汽车大力而且近来又向轻型电动进军 。 这些领域都要求在线检测蓄电池的荷电态。（）蓄电池的内阻跟荷电态的关系蓄电池的荷电态 指的是电池可以放出的容量跟其额定容量的比。这一数据对邮电通信电源系统和正在使用的动力电池组十分重要。年发表了用 电导测试仪对阀控密封铅酸蓄电池（） 。图示出了 块 的测试和统计结果密封铅酸蓄电池用 放电至的放电时间跟电池电导（）。可以看出，内阻的倒数的 分布收稿日期：作者简介：（）， ，研究所原总工程师，桂长 清 男中船年复旦大学电化学专业研究生毕业。荣获国务院颁发的政府特殊津贴，。主

4、要从事化学电源的研究和设计图密封铅酸蓄电池电导与放电时间的关系（电池 ，放电到）从图 的统计数据可以看出上述观点是有一定道理的。，但应当看 到 上述结果是将放电时间接近于至 的全部铅酸蓄电池都统计进去得到的，其中 电池的容量是低于 的。 可是我国标准中规定的容量必须保证在以上方可在线使，。，用 低于 就是失效电池应该更换也就是说 若用在线使用的蓄电池测得的电导值去推测它的剩余容，以上时电池的电导跟容量 必须观察电池容量在量之间是否存在线性相关关系。然而众多实验事实和统计结果都表明了此条件下不存在上述关系。：笔者在以前的工作中已经阐明了不同时期不同作者采用不同的方法对不同型式的铅酸蓄电池内阻&#

5、183;·桂长清等：蓄电池内阻与容量的关系，年月日第卷第期 进行测试的结果都表明，封式铅蓄例如现在常用的，性 比不论是开口式或密 它们本身的电子导电、（；电池 不论是用交流阻抗法或电导仪测试法它是简化金属要差 再者锂离子导电性受锂离子在材料晶格中了的阻抗测试仪）、扩散速度的影响，不论测量用的交流信号的频率或幅加之采用了有机物作电解质溶剂这度如何 ，虽然测得的同一型号铅蓄电池内阻值有差异，些因素决定了锂离子电池的内阻比较大，使其高功率但它们都有一个共同点：以输出时比能量迅速下降。图示出国内某厂家在产品铅蓄电池的荷电态在，说明书中提供的锂离子电池芯的内阻分布情况。可以上时 其内阻或电导几

6、乎没有变化只是在低于，。这就是何以荷电态高于，。时 其内阻值才迅速上升的单 电看出 电池容量越大其内阻越 小 的电池其容量和电导（内阻倒数 ）之间不存在线性相池芯的内阻有约， 它比同容量的阀控式密封铅关关系的根本原因。酸蓄电池内阻要大，后者 容量电池单格内阻只最近我们用阶跃电流测试技术测取了动力型阀控密有。温度降低，锂离子电池内阻迅速增大二封铅酸蓄电池的欧姆内阻（），者的差别更大。见图 结果又一次表明电池的荷电态在 ，。以上时 其欧姆内阻几乎是不变的图电池欧姆内阻跟荷电态的关系图单体锂离子电池芯的内阻的分布（）电池内阻跟额定容量的关系电池的额定容量指的是电池有关标准或技术说明在文献 中给出的

7、单电池内阻为 。 折算到 以后，书中规定的，放出的最就在一定的条件下电池必须保证低容量 。 通常就是用额定容量来表示电池的大小。跟图 所提供的数据基本是一致的。该文献作者同时还观察到 ，在 温度范围内锂离子电池内表是通信用阀控式密封胶体蓄电池 中列出的各种型号电池的内阻值的上限值。阻基本上保持不变，但在 时，电池内阻增大倍；由该标准中规定的内阻测试，中包在 时内阻增大倍以上。这显然跟锂离子电方法可 知 该内阻值含了电池的欧姆内阻和极化内阻。池采用了有机物作电解质溶剂有关。电池用大电流放表通信用阀控式密封胶体蓄电池内阻电时其内阻稍有下降，这跟大电流放电时电池温度有电池型号内 阻电池型号内 阻 所

8、升高有 关。此外，作者还观察到电池荷电态在以上时，电池内阻几乎保持不变；但在，。这种规律性跟以下时 电池内阻就迅速升高 电池是一致的。看来也不能用内阻值来定量判断锂离子电池的荷电态。金属氢化物镍电池（） 、，由于电池采用的薄极板面积大 电 阻小，。并且电解质的导电性也好电池内阻小因而 （圆柱 形电池） 型电池 内阻与放电深度 。，的关系如图所示可以看出内阻在大部分放电时间内保持相，由表数据可以看出：，对稳定 在接近放电终点时 即额定容量越大的电池其内阻 ，内阻很快升高。阻抗测量结果表明：值就越小 。 根据欧姆定律 ，导体电阻是跟其长度成正比，电池放电中前期，跟其横截面积成反比。电池的额定容量越

9、大，正极欧姆内阻随放电过程而增大但负极则电池内全减小； 以上时，部连接件以及板栅筋条的截面积就越大，当放电量达到正极阻抗迅速增大因而电池的内导致电池内阻迅速增大。因而不能根据电池内阻去判阻就越小。另一方面，由于极板的放电容量跟极板的面断金属氢化物镍电池的荷电状态。积成正比，。所以电池的额定容量越大其内阻就越低此外，文献也观察到同样的规律性即当 锂离子电池时，的电池内阻保持不变 ， 时，内阻开始上升 。锂离子电池的正极材料多是一些氧化物或盐类，· ·年月日第卷第期， 图电池内阻与放电深度的关系 其它蓄电池（）（电池）锌镍电池在文献的密封电池中报道了的内阻跟荷电态的关系。当，时

10、 电池内阻保持不变；，时 内阻开 始上升。这一规律是跟阀控密封铅酸蓄电池、锂离子电池金属氢化物镍电池内阻的变化是一致的。（）镉镍蓄电池（电池 ）镉镍蓄电池的欧姆内阻一般较小，的袋如充电态式电池、的 高 倍率 中部 率 和 低 倍率 电池 的 直流欧姆 电阻分 别为、和 。高倍率 电池的设计不同于一般的动力电池，它的极板很薄片数较多，时仍然不使放电电流密度可以在大电流放电，高 每片上的活性物质较少利用率较高因而电 池容量可以得到保证。但是要切记，这是 以大幅度降低电池使用寿命为代价的，短几倍甚会使电池使用寿命缩至于十几倍 。 动力电池是在保证电池使用寿命的前提下来减小电池内阻，。提高电池大电流放

11、电能力的中倍率镉镍蓄电池内阻为， 由于该电池内阻与额定容量的乘，积近似为 定值 即电池内阻与额定容量近似成反比，那么中倍率镉镍蓄电池内阻应当为。这一数值跟动力型阀控密封铅酸蓄电池内阻相当 ，后者由个单电池串联组成，那么 每 个 动 力 型阀 控密 封 铅 酸蓄电池只有 。各种型号的密封电池的内阻跟的 关系与电池相同 ，即当时 ，电池 内阻保持不变 ，时，内阻开始上升。（）锌银蓄电池锌银蓄电池的内阻在充放电过程中的变化跟其他蓄电池不同：前，放完电的电池在充入电量达到电池的内阻几乎不变，；仍然很小在充入电量达到，； 时 电池的内阻很快增大在充入电量达到 以上时，电池的内阻又很快下降直到电池充足电为

12、止，电池的内阻保持不变但充完电的电池内阻大约是放完电的倍。在放电过程中，电池的内阻是不断增加的； 以上时，但在放电量达到电池的内阻又很快下降，直到电池放完电为止电池的内阻只有很小的下降，。最终内阻约为放电初期的一半锌银蓄电池内阻的这种变化规律是由于电池的正极活性物质、之间的转化造成的。放电初 ，逐步转化为导电率很低的期 导电率较好的 ，因而电池内阻增加；转化为导电率很高继续放电 的，。充电时电池内阻的那么电池内阻就会很快下降变化过程同样反映了活性物质成分的变迁。小结（ ）。大容蓄电池的内阻跟电池的额定容量有关量电池的内阻低；。小容量电池的内阻高（），时常用蓄电池的内阻在荷电态 高于是保持不变的 ；只是 低于 时，就很快升高 。（）。不能根据内阻的变化去在线检测蓄电池的荷电态参考文献 ：， （ ）：，桂长清 电柳瑞华密封铅蓄电池电导与容量的关系，（）：池，桂长清：机械工业出版社，动力电池 北京，张锂离子宾 林成涛陈全世电动汽车用，（）：电池性能 电源技术， 著，汪继强 译电 池 手册 ：， 北京化学工业出版社英治波 蓄电池 在不同放 电深度下 的阻抗行 为，（）： 电源技术 吴伯荣估计的 金属氢化物镍电池研究 电源技术，（）：，