【交流阻抗】

電池阻抗測量是在當(dāng)其充分靜置之后，在某個確定的工作點(diǎn)附近施加一個無偏置的小正弦波擾動，一般有恒電流和恒電壓兩種測量模式。恒電壓模式為動力電池的激勵由一個恒定電壓與一個幅值確定的正弦信號疊加得到的復(fù)合電壓信號來提供，測量電池系統(tǒng)的交流電流響應(yīng)；而恒電流模式是指對動力電池施加一個由直流電流（可以為0）與一個幅值確定的正弦信號疊加得到的復(fù)合電流信號作為激勵，測量電池系統(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)致過電流，同時恒電流模式能夠防止在長時間測量過程中導(dǎo)致的動力電池充電或放電，從而保持SOC值恒定。因此，一般采用恒電流模式測量阻抗。圖1所示的即為恒流模式下的電池阻抗測量原理。

圖1 電池阻抗測量原理（恒電流）

基于輸入電池的擾動及其響應(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。在這些過程中帶電粒子的運(yùn)動和反應(yīng)時間常數(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)散過程 ；

中高頻區(qū)域的阻抗譜主要表示 電荷轉(zhuǎn)移過程 ；

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，其測量方式通常為在某個確定的SOC點(diǎn)下向鋰離子電池施加一個直流脈沖，即為混合動力脈沖能力特性測試（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的放電過程為例：

t3-t4的充電過程也可以類似計(jì)算。此外，上述兩個內(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)阻測試過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)阻是在時域內(nèi)。除此之外，交流阻抗還能反映電池內(nèi)部的反映過程，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)長時間電流下的電池電壓變化，不能反映電池內(nèi)部的電極過程。