CN110018348B

CN110018348B - 锂电池内阻测量方法及装置

Info

Publication number: CN110018348B
Application number: CN201810021312.9A
Authority: CN
Inventors: 华桂祥; 陈文浩; 郑媛媛; 靳承铀; 缪永华; 薛驰
Original assignee: Jiangsu Zhongtian Technology Co Ltd; Zhongtian Energy Storage Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Zhongtian Technology Co Ltd; Zhongtian Energy Storage Technology Co Ltd
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2021-07-20
Anticipated expiration: 2038-01-09
Also published as: CN110018348A

Abstract

一种锂电池内阻测量方法包括：根据微分模型获取锂电池中箔材的电阻；根据极片材料的电阻及极片空隙中电解液的电阻获取锂电池中极片的电阻；获取锂电池隔膜的电阻；获取锂电池中电解液的电阻；根据箔材的电阻、极片的电阻、隔膜的电阻及电解液的电阻计算锂电池的总电阻，以得到所述锂电池的内阻。本发明还提供了一种锂电池内阻测量装置。上述锂电池内阻测量方法及装置通过获取锂电池的各参数信息，并根据各参数信息得到锂电池的箔材的电阻、极片的电阻、隔膜的电阻及电解液的电阻，并计算锂电池的总电阻，减少了由专用的电池内阻测试仪器进行测试所带来的制作周期长、成本高的不足。

Description

锂电池内阻测量方法及装置

技术领域

本发明涉及一种锂电池内阻测量方法及装置。

背景技术

随着手机、电脑、电动工具等日益普及，以及储能和电动汽车市场的扩大，锂离子电池的需求不断增长。尤其是将18650锂电池作为电池模组应用到电动汽车中，圆柱形电池的研究有了空前的发展。与其他的电池相比，锂电池不仅具有更高的能量密度和工作电压，其寿命也更长，其优异的性能满足了各种设备的要求。

电池的材料和结构是电池极为重要的两个环节。电池的正负极材料作为构成电池和限制电池发展的重要一环对电池的优劣以及电池的发展有重要的意义。而电池的结构设计是将电池各种材料组装后以期待接近其所能发挥的最高的性能，对电池的性能具有非常重要的意义。

内阻作为锂离子二次电池的关键技术指标之一，对电池有着重要的影响，影响到其倍率充放电性能、循环性能、充放电能量转换效率以及安全性能等，基于此种原因，各大厂家都对电池内阻给予足够重视。锂离子电池内阻构成复杂，可分为欧姆内阻和极化内阻。对于18650锂电池的设计，对电池欧姆内阻的测量的尤为重要。目前，测试电池内阻由专用的电池内阻测试仪器进行测试，在进行测试前都要制作完整的全电池，整个制作周期非常长，成本比较高。因此，如何方便测量电池的内阻已成为业界急需解决的问题。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种方便测量电池内阻的锂电池内阻测量方法及装置。

一种锂电池内阻测量方法，应用于锂电池，所述锂电池包括箔材、极片、电解液及隔膜，所述极片及隔膜浸润于电解液内，所述方法包括：

根据微分模型获取锂电池中箔材的电阻；

根据极片材料的电阻及极片空隙中电解液的电阻获取锂电池中极片的电阻；

获取锂电池隔膜的电阻；

获取锂电池中电解液的电阻；

根据箔材的电阻、极片的电阻、隔膜的电阻及电解液的电阻计算锂电池的总电阻，以得到所述锂电池的内阻。

进一步地，所述锂电池内阻测量方法中，所述微分模型获取锂电池中箔材的电阻包括：

获取箔材的参数，其中，所述箔材的参数包括所述箔材的电阻率、长度、宽度及厚度；

以箔材的厚度为单位在箔材的长度上进行n个等分，以进行微分处理；

获取n个等分箔材电阻的叠加值，以得到所述箔材的电阻。

进一步地，所述锂电池内阻测量方法中，所述获取n个等分箔材电阻的叠加值的计算公式为：

ρL/2S；

其中，ρ为箔材的电阻率，L为箔材的长度，S为箔材的宽度与厚度的之积。

进一步地，所述锂电池内阻测量方法中，所述根据极片材料的电阻及极片空隙中电解液的电阻获取锂电池中极片的电阻包括：

获取极片的平均真密度；

计算极片浸润电解液的导电率；

根据极片的平均真密度与极片浸润电解液的导电率计算极片的电阻。

进一步地，所述锂电池内阻测量方法中，所述极片包含一种或多种材料、每种材料所占的比重及每种材料真密度，所述获取极片的平均真密度包括：

根据极片包含各材料所占比重与其真密度之比的和得到第一值；

获取单位质量与所述第一值之间的比值，以得到所述极片的平均真密度。

进一步地，所述锂电池内阻测量方法中，所述计算极片浸润电解液的导电率包括：

根据极片电阻率、极片压实密度、极片平均真密度、电解液电阻率计算极片的浸润电解液的导电率，其中所述极片的浸润电解液的导电率的计算公式包括：

(极片电阻率*极片压实密度)/极片平均真密度+(电解液电阻率*(极片平均真密度-极片压实密度))/极片平均真密度；

根据极片的平均真密度与极片浸润电解液的导电率计算极片的电阻，极片的电阻计算公式包括：

ρ_{极片浸润电解液}*L/S；

其中，ρ_{正极浸润电解液}表示极片浸润电解液的导电率，L表示的单面极片的厚度，S表示极片的截面面积。

进一步地，所述锂电池内阻测量方法中，所述获取锂电池隔膜的电阻的公式包括：

ρ_{隔膜浸润电解液}*L/S；

其中，ρ_{隔膜浸润电解液}表示隔膜浸润电解液的导电率，L表示隔膜的厚度，S表示隔膜的截面面积。

进一步地，所述锂电池内阻测量方法中，所述获取锂电池中电解液的电阻的公式包括：

ρ_电解液*L/S；

其中，ρ_电解液表示电解液的导电率，L表示电解液的传输长度，S表示电解液的截面面积。

进一步地，所述锂电池内阻测量方法中，所述根据箔材的电阻、极片的电阻、隔膜的电阻及电解液的电阻计算锂电池的总电阻包括：

根据极片电阻、隔膜电阻及电解液电阻之和得到第二值；

根据所述第二值获取对应所述极片电阻、隔膜电阻及电解液电阻之和的并联电阻，以得到第三值；

根据所述箔材的电阻及所述第三值之和得到所述锂电池的总电阻。

一种锂电池内阻测量装置，包括存储器及处理器，所述存储器存储有所述锂电池的若干参数信息及若干程序，所述若干程序被所述处理器执行时，实现如下步骤的功能：

根据微分模型获取锂电池中箔材的电阻；

获取锂电池隔膜的电阻；

获取锂电池中电解液的电阻；

上述锂电池内阻测量方法及装置通过获取锂电池的各参数信息，并根据各参数信息得到锂电池的箔材的电阻、极片的电阻、隔膜的电阻及电解液的电阻，并计算锂电池的总电阻，减少了由专用的电池内阻测试仪器进行测试所带来的制作周期长、成本高的不足。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明锂电池内阻测量装置应用于锂电池的截面的示意图。

图2是图1中锂电池的电池内阻分布的等效电路的示意图。

图3是本发明锂电池内阻测量方法的较佳实施方式的流程图。

图4是图2中锂电池极片中对箔材微分处理的微分模型的示意图。

图5是本发明锂电池内阻测量装置的较佳实施方式的方框图。

图6是图3中步骤S102的较佳实施方式的流程图。

主要元件符号说明

电子设备	50
		处理器	501
显示屏	503
		存储器	505
输入输出接口	507
		锂电池内阻测量装置	517
总线	511
		网络接口	509
锂电池	30
		铜箔	300
负极极片	302
		隔膜	304
正极极片	306
		铝箔	308

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施例

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明锂电池内阻测量方法可应用于锂电池，请一并参阅图1及图2，所述锂电池30可包括箔材、极片、电解液及隔膜304，其中，所述箔材体可包括铜箔300及铝箔308，所述极片可包括正极极片306及负极极片302。本实施方式中，所述锂电池30可为18650型锂电池，所述箔材、极片及隔膜可容置于壳体内。

可以理解地，在所述壳体内从上至下依次可叠放有铜箔、负极极片、隔膜、正极极片和铝箔；所述铜箔电性连接所述负极极片，所述铝箔电性连接所述正极极片；在所述壳体内密闭有电解液，所述负极极片302、隔膜304及正极极片306均可浸润于电解液中。

所述锂电池30内部的电流可依次经过铜箔300、负极极片302、隔膜304、正极极片306及铝箔308，进而产生电动势。

请参阅图3，本发明锂电池内阻测量方法的较佳实施方式，所述锂电池内阻测量方法可通过电子设备来执行，所述锂电池内阻测量方法可包括如下步骤：

步骤S100，获取箔材的电阻。

本实施方式中，所述锂电池30的箔材可包括铜箔及铝箔，所述箔材的电阻可通过微分模型来进行计算，即所述电子设备可根据箔材的参数，并通过微分模型来计算所述箔材的电阻，所述箔材的参数可包括所述箔材的电阻率、长度、宽度及厚度等。

请一并参阅图4，较佳地，所述微分模型可包括：以箔材的厚度为单位、在其长度上微分成n个等分，以进行微分处理，之后，通过电阻叠加计算箔材的最终电阻(即获取n个等分箔材电阻的叠加值，以得到所述箔材的电阻)，其可表示为：

其中，ρ表示箔材的电阻率，S表示箔材的横截面积，L表示箔材的长度，I表示通过箔材的电流，U表示箔材两侧的电压。根据欧姆定律可知，箔材的电阻R可表示为：

其中，当n趋向于无穷大时，可获得箔材电阻R的极限为：

表1为锂电池材料的电阻率的参数信息表，其包含了锂电池的材料及各材料对应的电阻率。

表1材料的电阻率

表2为锂电池各材料基本参数信息表，其包含了锂电池的材料及各材料对应的长度、宽度及厚度的参数信息。

表2锂电池各材料基本参数

材料	长度(m)	宽度(m)	厚度(m)
				铜箔	0.5	0.058	8*10<sup>-6</sup>
铝箔	0.5	0.056	12*10<sup>-6</sup>
				正极极片	0.5	0.056	139*10<sup>-6</sup>去除箔材
负极极片	0.5	0.058	162*10<sup>-6</sup>去除箔材
				隔膜	0.5	0.058	16*10<sup>-6</sup>

因此，对于铜箔而言，其箔材的电阻可表示为：

对于铝箔而言，其箔材的电阻可表示为：

步骤S102，获取极片的电阻。

本实施方式中，所述锂电池30的极片包括正极极片及负极极片，所述极片的电阻可根据极片材料的电阻及极片空隙中电解液的电阻来进行计算。

较佳地，请一并参阅图5，其为极片电阻计算的较佳实施方式的步骤，其包括：

步骤S200，获取极片的平均真密度。

本实施方式中，极片可包含一种或多种材料、每种材料所占的比重及每种材料真密度。因而，可根据极片包含各材料所占比重与其真密度之比的和得到第一值，极片平均真密度可表示为单位质量与所述第一值之间的比值。对于锂电池而言，极片的平均真密度可包括：正极极片平均真密度及负极极片平均真密度。

表3为正极极片材料的基本参数信息表，其包括正极极片的材料名称、各材料对应的比例及真密度，还包括正极极片的压实密度。

表3正极极片材料的基本参数

可以理解地，正极极片平均真密度＝1/(0.978/4.8+0.01/1.2+0.012/1.8)＝4.57cm³。

表4为负极极片材料的基本参数信息表，其包括负极极片的材料名称、各材料对应的比例及真密度，还包括负极极片的压实密度。

表4负极极片材料的基本参数

可以理解地，负极极片平均真密度＝1/(0.962/2.26+0.016/2+0.012/1.6+0.01/1.2)＝2.225cm³。

步骤S202，计算极片浸润电解液的导电率。

本实施方式中，由于所述极片的电阻包括极片本身的电阻及极片空隙中电解液的电阻，因此，可根据极片浸润电解液的导电率来计算极片的电阻，其中，极片浸润电解液的导电率可根据(极片电阻率*极片压实密度)/极片平均真密度+(电解液电阻率*(极片平均真密度-极片压实密度))/极片平均真密度。

具体而言，对于正极极片，其正极浸润电解液的导电率ρ_{正极浸润电解液}可等于正极极片电阻率*正极压实密度)/正极极片平均真密度+(电解液电阻率*(正极极片平均真密度-正极压实密度))/正极极片平均真密度，即：

对于负极极片，其负极浸润电解液的导电率ρ_{负极浸润电解液}可等于负极极片电阻率*负极压实密度)/负极平均真密度+(电解液电阻率*(负极平均真密度-负极压实密度))/负极平均真密度，即：

步骤S204，根据极片的平均真密度与极片浸润电解液的导电率计算极片的电阻。

可以理解地，极片的电阻可表示为极片浸润电解液的导电率*单面极片厚度/截面面积，其中单面极片厚度可表示为极片厚度(去除箔材)的一半。例如，对于正极极片的单面极片厚度＝139x10^-6/2＝69.5x10^-6；对于负极极片的单面极片厚度＝162x10^-6/2＝81x10^-6。

正极极片的电阻可表示为：

其中，ρ_{正极浸润电解液}表示正极浸润电解液的导电率，L表示正极的单面极片的厚度，S表示正极的截面面积。

负极极片的电阻可表示为：

其中，ρ_{负极浸润电解液}表示负极浸润电解液的导电率，L表示负极的单面极片的厚度，S表示负极的截面面积。

步骤S104，获取隔膜的电阻。

假定隔膜孔隙率为38％，隔膜的电阻R_{隔膜浸润电解液}可表示为隔膜浸润电解液的导电率与隔膜的厚度之积后再与隔膜的截面面积之比，其中隔膜的截面面积可表示为隔膜的长度与宽度之积，具体地：

其中，ρ_{隔膜浸润电解液}表示隔膜浸润电解液的导电率，L表示隔膜的厚度，S表示隔膜的截面面积(即隔膜的长度与宽度之积)。

步骤S106，获取电解液的电阻。

本实施方式中，假定电解液的传输长度为50微米。电解液的电阻R_电解液可表示为电解液的导电率与电解液的传输长度之积后再与电解液的截面面积之比，其中，电解液的截面面积可表示为隔膜的长度与宽度之积(由于隔膜浸润于电解液中，因此，隔膜的截面面积可表示电解液的截面面积)。

步骤S108，根据箔材的电阻、极片的电阻、隔膜的电阻及电解液的电阻计算锂电池的总电阻。

由于正、负极极片采用双面涂布，且有两片隔膜，所以相当于两个部分电池的并联，其电阻分别为R1和R2，且理论上指定R1＝R2。

其中，R₁＝R_{正极浸润电解液}+R_{负极浸润电解液}+R_{隔膜浸润电解液}+R_电解液＝12.656mΩ；

进而，锂电池的总电阻R_总(即锂电池的内阻)可表示为：

上述锂电池内阻测量方法，在不考虑电池副反应、接触电阻等情况下，单纯计算18650锂电池的欧姆内阻分布，得到整卷铜箔的内阻9.43mΩ，铝箔内阻10.17mΩ。然后，将18650锂电池其他部分可当做两个相同部分电池的并联，单部分正极极片(包含浸润电解液)的电阻为5.679mΩ，负极极片(包含浸润电解液)的电阻为1.363mΩ，隔膜(包含浸润电解液)的电阻为3.994mΩ，电解液的电阻为1.620mΩ。通过上述计算后得到锂电池的内阻理论计算值为25.928mΩ，与实际中18650锂电池的欧姆电阻在30mΩ左右的值相近，证明此种计算是一种较为准确的方法。另外，通过电子设备执行上述步骤后可较快的得到所述锂电池的内阻的理论值。

请参阅图6，其本发明锂电池内阻测量装置517应用于电子设备50的示意图。

所述电子设备50可以为手机、平板电脑、计算机等具有数据处理功能的电子设备。

所述电子设备50是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、数字处理器(Digital Signal Processor，DSP)、嵌入式设备等。

所述电子设备50可以是，但不限于任何一种可与用户通过键盘、鼠标、遥控器、触摸板或声控设备等方式进行人机交互的电子产品，例如，平板电脑、智能手机、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、游戏机、智能式穿戴式设备等。

所述电子设备50所处的网络包括，但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、虚拟专用网络(Virtual Private Network，VPN)等，如所述电子设备50可网络接口509接入互联网、广域网、城域网、局域网、虚拟专用网络。

所述的存储器505可以是不同类型存储设备或计算机可读存储介质，用于存储各类数据。例如，可以是电子设备50的内存，还可以是可外接于该电子设备50的存储卡，如闪存、SM卡(Smart Media Card，智能媒体卡)、SD卡(Secure Digital Card，安全数字卡)等。存储器505用于存储各类数据，例如，所述电子设备50中安装的包括信息处理的应用(Applications)、应用上述信息处理方法而设置、获取的数据等信息。

所述处理器501用于执行所述锂电池内阻测量装置方法以及所述电子设备50内安装的各类软件，例如操作系统、信息处理软件等。所述处理器501包含但不限于处理器(Central Processing Unit，CPU)、微控制单元(Micro Controller Unit，MCU)等用于解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据的装置，可以包括一个或者多个微处理器、数字处理器。所述显示屏503可以是触摸屏等其他用于显示画面的设备。

如图6所示，所述电子设备50包括的锂电池内阻测量装置517可以包括一个或多个的模块，所述一个或多个模块可以被存储在电子设备50的存储器505中并可以被配置成由一个或多个处理器(本实施例为一个处理器501)执行，以完成本发明。本发明所称的模块是完成一特定功能的程序段，比程序更适合于描述软件在处理器中的执行过程。

可以理解的是，对应上述锂电池内阻测量装置方法中的各实施例，锂电池内阻测量装置517可以包括图5中所示的各功能模块中的一部分或全部，各模块的功能将在以下具体介绍。

所述存储器505可存储有锂电池的各参数信息，其包括但不限于上述中表1至表4的参数信息，所述存储器505可存储有若干程序，以在被所述处理器501执行时可实现上述锂电池内阻测量方法中步骤S100至S108的功能。在其他实施方式中，所述锂电池内阻测量装置可包括若干模块，所述若干模块可实现上述锂电池内阻测量方法中步骤S100至S108的功能。

上述锂电池内阻测量装置，在不考虑电池副反应、接触电阻等情况下，单纯计算18650锂电池的欧姆内阻分布，得到整卷铜箔的内阻9.43mΩ，铝箔内阻10.17mΩ。然后，将18650锂电池其他部分可当做两个相同部分电池的并联，单部分正极极片(包含浸润电解液)的电阻为5.679mΩ，负极极片(包含浸润电解液)的电阻为1.363mΩ，隔膜(包含浸润电解液)的电阻为3.994mΩ，电解液的电阻为1.620mΩ。通过上述计算后得到锂电池的内阻理论计算值为25.928mΩ，与实际中18650锂电池的欧姆电阻在30mΩ左右的值相近，如此，减少了由专用的电池内阻测试仪器进行测试所带来的制作周期长、成本高的不足，进而可较快的得到所述锂电池的内阻的理论值。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的锂电池内阻测量装置方法及装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的锂电池内阻测量装置的实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在相同处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在相同模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或系统也可以由同一个单元或系统通过软件或者硬件来实现。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种锂电池内阻测量方法，应用于锂电池，所述锂电池包括箔材、极片、电解液及隔膜，所述极片及隔膜浸润于电解液内，其特征在于，所述方法包括：

根据微分模型获取锂电池中箔材的电阻；

根据极片材料的电阻及极片空隙中电解液的电阻获取锂电池中极片的电阻，包括：获取极片的平均真密度，计算极片浸润电解液的导电率，根据极片的平均真密度与极片浸润电解液的导电率计算极片的电阻；

获取锂电池隔膜的电阻；

获取锂电池中电解液的电阻；

2.如权利要求1所述的锂电池内阻测量方法，其特征在于，所述微分模型获取锂电池中箔材的电阻包括：

获取n个等分箔材电阻的叠加值，以得到所述箔材的电阻。

3.如权利要求2所述的锂电池内阻测量方法，其特征在于，所述获取n个等分箔材电阻的叠加值的计算公式为：

ρL/2S；

4.如权利要求1所述锂电池内阻测量方法，所述极片包含一种或多种材料、每种材料所占的比重及每种材料真密度，其特征在于，所述获取极片的平均真密度包括：

5.如权利要求4所述的锂电池内阻测量方法，其特征在于，所述计算极片浸润电解液的导电率包括：

ρ_{极片浸润电解液}*L/S；

6.如权利要求1所述的锂电池内阻测量方法，其特征在于，所述获取锂电池隔膜的电阻的公式包括：

ρ_{隔膜浸润电解液}*L/S；

7.如权利要求1所述的锂电池内阻测量方法，其特征在于，所述获取锂电池中电解液的电阻的公式包括：

ρ_电解液*L/S；

8.如权利要求1所述的锂电池内阻测量方法，其特征在于，所述根据箔材的电阻、极片的电阻、隔膜的电阻及电解液的电阻计算锂电池的总电阻包括：

根据极片电阻、隔膜电阻及电解液电阻之和得到第二值；

9.一种锂电池内阻测量装置，包括存储器及处理器，所述存储器存储有所述锂电池的若干参数信息及若干程序，所述若干程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-8中任一项所述的锂电池内阻测量方法的步骤的功能。