ACR 交流內阻
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電池內阻 (綜合轉載)
這是一篇綜合文章，此篇為網路上有許多文章結合成，其文意解釋電池內阻的形成、定義、量測等，今日轉載是認為有助於了解鋰電池的內阻但此篇文章的發表超過十年以上，當初所撰寫的技術考量已偏離現有技術許久，因此觀看此文需考量現有量測技術的差異，切勿斷章取義。
電池的內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部所受到的阻力，它包括歐姆內阻和極化內阻，極化內阻又包括電化學極化內阻和濃差極化內阻。
一、電池內阻定義
二、電池內阻的測量
三、鋰離子電池內阻
四、改善電池內阻
一、電池內阻定義
歐姆內阻主要是指由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成，與電池的尺寸、結構、裝配等有關。
電流通過電極時，電極電勢偏離平衡電極電勢的現象稱為電極的極化。極化電阻是指電池的正極與負極在進行電化學反應時極化所引起的內阻。
電池的內阻不是常數，在充放電過程中隨時間不斷變化，這是因為活性物質的組成，電解液的濃度和溫度都在不斷的改變。歐姆內阻遵守歐姆定律，極化內阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關係。常隨電流密度的對數增大而線性增加。
不同類型的電池內阻不同。相同類型的電池，由於內部化學特性的不一致，內阻也不一樣。電池的內阻很小，我們一般用毫歐的單位來定義它。內阻是衡量電池性能的一個重要技術指標。正常情況下，內阻小的電池的大電流放電能力強，內阻大的電池放電能力弱。
電池的內阻很小，我們一般用微歐或者毫歐的單位來定義它。在一般的測量場合，我們要求電池的內阻測量精度誤差必須控制在正負 5%以內。這麼小的阻值和這麼精確的要求必須用專用儀器來進行測量。
二、電池內阻的測量
電池的內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部所受到的阻力，一般分為交流內阻和直流內阻，由於充電電池內阻很小，測直流內阻時由於電極容量極化，產生極化內阻，故無法測出其真實值，而測其交流內阻可免除極化內阻的影響，得出真實的內值。
交流內阻測試方法為：利用電池等效於一個有源電阻的特點，給電池一個 1000HZ、50mA 的恒定電流，對其電壓採樣整流濾波等一系列處理從而精確地測量其阻值。
三、鋰離子電池內阻
對鋰離子電池而言，電池內阻分為歐姆內阻和極化內阻。
歐姆內阻由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成。極化內阻是指電化學反應時由極化引起的電阻，包括電化學極極化和濃差極化引起的電阻。
鋰離子電池的實際內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部所受到的阻力。電池內阻大，會產生大量焦耳熱引起電池溫度升高，導致電池放電工作電壓降低，放電時間縮短，對電池性能、壽命等造成嚴重影響。
電池內阻大小的精確計算相當複雜，而且在電池使用過程中會不斷變化。根據經驗表明，鋰離子電池的體積越大，內阻越小；反之亦然。
四、改善電池內阻
用功能塗層對電池導電基材進行表面處理是一項突破性的技術創新，覆碳鋁箔/銅箔就是將分散好的納米導電石墨和碳包覆粒，均勻、細膩地塗覆在鋁箔/銅箔上。它能提供極佳的靜態導電性能，收集活性物質的微電流，從而可以大幅度降低正/負極材料和集流之間的接觸電阻，並能提高兩者之間的附著能力，可減少粘結劑的使用量，進而使電池的整體性能產生顯著的提升。
導電塗層（塗碳鋁箔）對鋰電池的性能帶來以下提升
1.降低電池內阻，抑制充放電迴圈過程中的動態內阻增幅。
2.顯著提高電池組的一致性，降低電池組成本。
3.提高活性材料和集流體的粘接附著力，降低極片製造成本。
4.減小極化，提高倍率性能，減低熱效應。
5.防止電解液對集流體的腐蝕。
6.綜合因數進而延長電池使用壽命。
7.塗層厚度：常規單面厚 1～3μm。
塗碳鋁箔/銅箔的性能優勢
1.顯著提高電池組使用一致性，大幅降低電池組成本。如：
A.明顯降低電芯動態內阻增幅。
B.提高電池組的壓差一致性。
C.延長電池組壽命。
D.大幅降低電池組成本。
2. 提高活性材料和集流體的粘接附著力，降低極片製造成本。如：
A. 改善使用水性體系的正極材料和集電極的附著力。
B. 改善納米級或亞微米級的正極材料和集電極的附著力。
C. 改善鈦酸鋰或其他高容量負極材料和集電極的附著力。
D. 提高極片製成合格率，降低極片製造成本。
塗碳鋁箔與光箔的電池極片粘附力測試圖
使用塗碳鋁箔後極片粘附力由原來10gf提高到60gf（用3M膠帶或百格刀法），粘附力顯著提高
3. 減小極化，提高倍率和克容量，提升電池性能。如：
A. 部分降低活性材料中粘接劑的比例，提高克容量。
B. 改善活性物質和集流體之間的電接觸。
C. 減少極化，提高功率性能。
不同鋁箔的電池倍率性能圖
其中C-AL 為塗碳鋁箔，E-AL為蝕刻鋁箔，U-AL為光鋁箔
4. 保護集流體，延長電池使用壽命。如：
A. 防止集流極腐蝕、氧化。
B. 提高集流極表面張力，增強集流極的易塗覆性能。
C. 可替代成本較高的蝕刻箔或用更薄的箔材替代原有的標準箔材。
不同鋁箔的電池迴圈曲線圖（200周）
其中（1）為光鋁箔，（2）為蝕刻鋁箔，（3）為塗碳鋁箔
無法測出其真實值
電池的內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部所受到的阻力，一般分為交流內阻和直流內阻，由於充電電池內阻很小，測直流內阻時由於電極容量極化，產生極化內阻，故無法測出其真實值，而測其交流內阻可免除極化內阻的影響，得出真實的內值。
交流內阻測試方法為：利用電池等效於一個有源電阻的特點，給電池一個 1000HZ、50mA 的恒定電流，對其電壓採樣整流濾波等一系列處理從而精確地測量其阻值。
電池內阻電池內阻可分：歐姆極化電阻，隔膜電阻，電極電阻，各種接觸電阻，伏安特性的直線部分和化學電阻。
極板所塗化學物質所引起.還可分：靜態內阻，極化內阻。
測試方法：
1.大電流放電法。
2.低頻或高頻小幅值信號測量法。
3.高頻方波法。
4.綜合參數判定法。
電池內阻
可分：歐姆極化電阻：隔膜電阻，電極電阻，各種接觸電阻，伏安特性的直線部分和化學電阻。極板所塗化學物質所引起.還可分：靜態內阻，極化內阻。靜態內阻在測量時除去極化內阻很困難，由於電池內阻很小(mΩ 級)所以精確測量內阻很困難。
現有測量方法：
測出△V、I 再計算：R＝△V ⁄ I
1.大電流放電法。
2.低頻或高頻小幅值信號測量法：先測出阻抗 Z 和相角 θ。再計算R＝Z × cosθ。
3.高頻方波法。
4.微分電容法。
測電池電阻目的是判斷電池品質優劣、容量大小及預測剩餘電量等。由於內阻很難精確測量以及到目前為止，尚未建立內阻與容量的精確數學模型，所以還僅靠內阻及其他單一參數分容，效果不甚理想。
目前有人提出綜合參數判定法：
武漢安德科技術開發公司提出的全程動態特性配組法FCDCM(Full Course Dynamic Characteristic Matching)。
哈爾濱子木電子公司的“自動曲線識別法”是目前最理想的方法，這種方法的大量資料處理只有電腦系統才能完成不同類型的電池內阻不同。相同類型的電池，由於內部化學特性的不一緻，內阻也不一樣。電池的內阻很小，我們一般用毫歐的單位來定義它。內阻是衡量電池性能的一個重要技術指標。正常情況下，內阻小的電池的大電流放電能力強，內阻大的電池放電能力弱。
在放電電路的原理圖上來說，我們可以把電池和內阻拆開考慮，分爲一個完全沒有內阻的電源串接上一個阻值很小的電阻。此時如果外接的負載輕，那麽分配在這個小電阻上的電壓就小，反之如果外接很重的負載，那麽分配在這個小電阻上的電壓就比較大，就會有一部分功率被消耗在這個內阻上（可能轉化爲發熱，或者是一些複雜的逆向電化學反應）。
一個可充電電池出廠時的內阻是比較小的，但經過長期使用後，由於電池內部電解液的枯竭，以及電池內部化學物質活性的降低，這個內阻會逐漸增加，直到內阻大到電池內部的電量無法正常釋放出來，此時電池也就“壽終正寢”了。絕大部分老化的電池都是因爲內阻過大的原因而造成無使用價值，只好報廢。因此我們更應該注重的是電池放出的容量而不是充入的容量。
一、內阻不是一個固定的數值
麻煩的一點是，電池處於不同的電量狀態時，它的內阻值不一樣；電池處於不同的使用壽命狀態下，它的內阻值也不同。從技術的角度出發，我們一般把電池的電阻分爲兩種狀態考慮：充電態內阻和放電態內阻。
1. 充電態內阻指電池完全充滿電時的所測量到的電池內阻。
2. 放電態內阻指電池充分放電後（放電到標準的截止電壓時）所測量到的電池內阻。
一般情況下放電態的內阻是不穩定的，測量的結果也比正常值高出許多，而充電態內阻相對比較穩定，測量這個數值具有實際的比較意義。因此在電池的測量過程中，我們都以充電態內阻做爲測量的標準。
二、內阻無法用一般的方法進行精確測量
或許大家會說，高中物理課上有教用簡單公式+電阻箱來計算電池內阻的方法，但物理課本上教的用電阻箱推算的演算法精度太低，只能用於理論的教學，在實際應用上根本無法採用。電池的內阻很小，我們一般用微歐或者毫歐的單位來定義它。
在一般的測量場合，我們要求電池的內阻測量精度誤差必須控制在正負5％以內。這麽小的阻值和這麽精確的要求必須用專用儀器來進行測量。
三、目前行業中應用的電池內阻測量方法
行業應用中，電池內阻的精確測量是通過專用設備來進行的。下面我來說說行業中應用的電池內阻測量方法。目前行業中應用的電池內阻測量方法主要有以下兩種：
1. 直流放電內阻測量法
根據物理公式Ｒ=Ｕ/Ｉ，測試設備讓電池在短時間內（一般爲 2～3 秒）強制通過一個很大的恒定直流電流（目前一般使用40A～80A的大電流），測量此時電池兩端的電壓，並按公式計算出當前的電池內阻。這種測量方法的精確度較高，控制得當的話，測量精度誤差可以控制在0.1％以內。但此法有明顯的不足之處：
（1）隻能測量大容量電池或者蓄電池，小容量電池無法在 2～3 秒鍾內負荷40A～80A 的大電流。
（2）當電池通過大電流時，電池內部的電極會發生極化現象，産生極化內阻。故測量時間必須很短，否則測出的內阻值誤差很大。
（3）大電流通過電池對電池內部的電極有一定損傷。
2. 交流壓降內阻測量法
因爲電池實際上等效於一個有源電阻，因此我們給電池施加一個固定頻率和固定電流（目前一般使用 1kHz 頻率、50mA 小電流），然後對其電壓進行采樣，經過整流、濾波等一系列處理後通過運放電路計算出該電池的內阻值。交流壓降內阻測量法的電池測量時間極短，一般在 100 毫秒左右。 這種測量方法的精確度也不錯，測量精度誤差一般在1％～2％之間。此法的優缺點：
（1）使用交流壓降內阻測量法可以測量幾乎所有的電池，包括小容量電池。筆記本電池電芯的內阻測量一般都用這種辦法。
（2）交流壓降測量法的測量精度很可能會受到紋波電流的影響，同時還有諧波電流干擾的可能。這對測量儀器電路中的抗干擾能力是一個考驗。
（3）用此法測量，對電池本身不會有太大的損害。
（4）交流壓降測量法的測量精度不如直流放電內阻測量法。
3. 測試儀器的元件誤差及測試用 的電池連接線問題 無論是上述哪一種方法，都存在一些很容易被我們忽視的問題，那就是測試儀器本身的元件誤差和用於連接電池的測試線纜問題，因爲要測量的電池的內阻很小，線路的電阻就要考慮進去了。一條短短的從儀器到電池的連接線本身也存在電阻（大約也是微歐級），還有電池與連接線的接觸面也存在接觸電阻，這些因素必須都在儀器的內部事先做好誤差調節。 所以正規的電池內阻測試儀一般都配有專用的連接線和電池固定架子。
四、總結
很多老化的電池其實內部電量還是很多，只是內阻過大放不出電來，實在可惜。但電池的內阻一旦增加後，要想人爲降低這個內阻值是難上加難。因此對於已經老化的電池，我們即使想出很多辦法來“啟動”它，比如大電流沖擊，小電流浮充，放冰箱等，但大多無濟於事，回天乏術。在瞭解了上述知識之後，我們基本可以知道，挑選電池要盡可能地挑選內阻較小的電池。另外很重要的一點，電池久置不用，其內阻也會不斷增加。建議大家還是要經常使用電池來保持電池內部化學物質的活性。
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