【交流阻抗】

電池阻抗測(cè)量是在當(dāng)其充分靜置之后，在某個(gè)確定的工作點(diǎn)附近施加一個(gè)無(wú)偏置的小正弦波擾動(dòng)，一般有恒電流和恒電壓兩種測(cè)量模式。恒電壓模式為動(dòng)力電池的激勵(lì)由一個(gè)恒定電壓與一個(gè)幅值確定的正弦信號(hào)疊加得到的復(fù)合電壓信號(hào)來(lái)提供，測(cè)量電池系統(tǒng)的交流電流響應(yīng)；而恒電流模式是指對(duì)動(dòng)力電池施加一個(gè)由直流電流（可以為0）與一個(gè)幅值確定的正弦信號(hào)疊加得到的復(fù)合電流信號(hào)作為激勵(lì)，測(cè)量電池系統(tǒng)的電壓響應(yīng)。

但由于電池阻抗較小，若采用恒電壓模式容易導(dǎo)致過(guò)電流，同時(shí)恒電流模式能夠防止在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量過(guò)程中導(dǎo)致的動(dòng)力電池充電或放電，從而保持SOC值恒定。因此，一般采用恒電流模式測(cè)量阻抗。圖1所示的即為恒流模式下的電池阻抗測(cè)量原理。

圖1 電池阻抗測(cè)量原理（恒電流）

基于輸入電池的擾動(dòng)及其響應(yīng)，可根據(jù)下列公式計(jì)算電池在頻域內(nèi)的阻抗、幅值和相位角：

此外，電池阻抗還可以用復(fù)數(shù)的形式進(jìn)行表示：

若將阻抗的實(shí)部作為橫軸，負(fù)虛部作為縱軸，所得圖形即為常用的奈奎斯特圖，如圖2所示：

圖2 鋰離子電池電化學(xué)阻抗譜

鋰離子電池內(nèi)部的電極過(guò)程可歸結(jié)為五部分：固相擴(kuò)散、液相擴(kuò)散、固相傳導(dǎo)、液相傳導(dǎo)以及電荷轉(zhuǎn)移。在這些過(guò)程中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)和反應(yīng)時(shí)間常數(shù)存在差異，因此電化學(xué)阻抗譜的不同部分代表著不同過(guò)程，參考圖2，具體解釋如下：

低頻區(qū)域的阻抗譜主要表示電池內(nèi)部的 固相和液相擴(kuò)散過(guò)程 ；

中高頻區(qū)域的阻抗譜主要表示 電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程 ；

高頻區(qū)域的圓弧表示的是電池SEI 膜的阻抗 ；

與橫軸交點(diǎn)部分表示的是電池的 歐姆內(nèi)阻 （即固相和液相傳導(dǎo)過(guò)程中的阻抗）

超高頻區(qū)域下的阻抗為 電感阻抗 ，主要由導(dǎo)線和電池的集流體所引起

**注：**沿著橫軸方向頻率逐漸降低

【直流內(nèi)阻】

電池的直流內(nèi)阻通常指的是歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，其測(cè)量方式通常為在某個(gè)確定的SOC點(diǎn)下向鋰離子電池施加一個(gè)直流脈沖，即為混合動(dòng)力脈沖能力特性測(cè)試（Hybrid Pulse Power Characteristic, HPPC），如圖3所示?；诿}沖電流及其電壓響應(yīng)數(shù)據(jù)，可通過(guò)下列公式計(jì)算電池的歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，以t1-t2的放電過(guò)程為例：

t3-t4的充電過(guò)程也可以類似計(jì)算。此外，上述兩個(gè)內(nèi)阻相加即為電池的直流內(nèi)阻，通常用于電池產(chǎn)熱率的計(jì)算。

除了通過(guò)上述理論公式計(jì)算電池內(nèi)阻外，還可基于HPPC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用參數(shù)辨識(shí)算法（如：最小二乘法、粒子群優(yōu)化）實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)阻計(jì)算。

圖3 電池內(nèi)阻測(cè)試過(guò)程中的電流和電壓曲線

【總結(jié)】

綜上所述，電池的交流阻抗和直流內(nèi)阻雖然均能反映電池內(nèi)部帶電粒子移動(dòng)的困難程度，但交流阻抗是在頻域內(nèi)，而直流內(nèi)阻是在時(shí)域內(nèi)。除此之外，交流阻抗還能反映電池內(nèi)部的反映過(guò)程，并能基于此參數(shù)實(shí)現(xiàn)電池的荷電狀態(tài)、健康狀態(tài)以及溫度估計(jì)；而電池的直流內(nèi)阻反映的是持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間電流下的電池電壓變化，不能反映電池內(nèi)部的電極過(guò)程。