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從Nyquist圖中準確地識別歐姆電阻
更新時(shí)間:2022-08-19   點(diǎn)擊次數:2070次

電池的內阻包括歐姆電阻和極化電阻。在溫度恒定的條件下,歐姆電阻基本穩定不變,而極化電阻會(huì )隨著(zhù)影響極化水平的因素變動(dòng)。

歐姆電阻主要由電極材料、電解液、隔膜電阻及集流體、極耳的連接等各部分零件的接觸電阻組成,與電池的尺寸、結構、連接方式等有關(guān)。

我們都知道歐姆電阻可以通過(guò)交流阻抗EIS方法測得,但怎樣才能從EIS數據中得到準確的歐姆電阻呢?很多人認為是Nyquist圖跟橫軸的交點(diǎn),但其實(shí)這樣讀到的歐姆電阻并不準確。

我們可以用分析軟件做個(gè)模擬電路或者用電子元件搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的電路進(jìn)行分析。

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以上的Nyquist圖可以從跟橫軸的交點(diǎn)(只是接近)讀到歐姆電阻大概是50.589Ω,跟等效電路的R0相差不大。這是由于電路中不存在電感,高頻區沒(méi)有受到電感的影響。但實(shí)際上電池的多層結構和卷繞結構使電池不可避免地存在電感,電感的存在使Nyquisty圖高頻區形狀發(fā)生變化。


我們在模擬電路中增加一個(gè)電感L0,L0的值分別是100nH、500nH、1uH。


Nyquist圖跟橫軸的交點(diǎn)變成了63mΩ、85mΩ、104mΩ,跟實(shí)際的50mΩ相差很遠。

此外,有的人會(huì )問(wèn),是不是把第四象限的感抗線(xiàn)刪除就可以不用擬合電感了?答案是不能,其實(shí)從上圖就可以看出,電感的影響效果不只是在第四象限多了跟長(cháng)線(xiàn),它會(huì )影響到第一象限的很大一部分區域。

舉個(gè)例子,下圖是一個(gè)18650電池的eis圖。

如果用以下這個(gè)電路圖擬合,錯誤率是0.64%。


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如果把第四象限的點(diǎn)切除掉,電路圖也去掉電感元件,錯誤率增大到2.66%。也就是這樣擬合不準確


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結論:

對于有電感存在的樣品(絕大部分電池都有電感)要得到準確的歐姆電阻就需要用等效電路擬合的方法算出來(lái),直接讀Nyquist圖跟橫軸的交點(diǎn)是不準確的。擬合時(shí)刪除第四象限的點(diǎn)不用電感元件擬合也是不準確的,因為電感的影響效果會(huì )延續到第一象限,如果第四象限的線(xiàn)太長(cháng),刪除掉一部分是可以的,保留3個(gè)點(diǎn)以上可以使擬合更準確。





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