par Chase Wu
20 mars 2025
Industrie des batteries, Connaissance des batteries, Matériaux de la batterie
06 minutes

Résistance interne des batteries - analyse complète et solutions d'optimisation

Résistance interne de la batterie est un paramètre important qui affecte les performances de la batterie. Il détermine l'efficacité de la conversion énergétique, la capacité de décharge et la durée de vie de la batterie. Dans des secteurs tels que les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie par batterie, la résistance interne de la batterie affecte directement l'efficacité énergétique globale, l'endurance et la sécurité. Il est donc essentiel de comprendre la source, l'impact, les méthodes de mesure et d'optimisation de la résistance interne des batteries pour en améliorer les performances.

Quelle est la résistance interne de la batterie ?

Définition de la résistance interne d'une batterie

La résistance interne de la batterie fait référence à la résistance de la batterie au flux de courant. Elle comprend la résistance combinée de composants tels que matériaux pour batteriesLes électrodes et les électrolytes (trouver l'indice de masse corporelle). top 10 des fabricants d'électrolytes pour batteries lithium-ion). Une résistance interne plus faible signifie une meilleure efficacité de transmission du courant, tandis qu'une résistance interne plus élevée entraînera une perte d'énergie et des problèmes de chauffage. La résistance interne de la batterie est généralement mesurée en milliohms (mΩ), et les méthodes de mesure comprennent la mesure de l'impédance en courant alternatif (EIS), la méthode de chute de tension en courant continu, le test du compteur LCR, etc.

Classification de la résistance interne des batteries

Résistance ohmiqueLa chute de tension instantanée est déterminée par les électrodes, l'électrolyte, les matériaux conducteurs, etc. à l'intérieur de la batterie, ce qui affecte principalement la chute de tension instantanée.
Résistance à la polarisationLa résistance causée par les réactions électrochimiques au cours du processus de charge et de décharge de la batterie affecte la performance dynamique de la batterie.
Résistance interne AC et DC: La résistance interne en courant alternatif est généralement utilisée pour évaluer l'impédance à court terme, tandis que la résistance interne en courant continu est plus proche des performances de la batterie dans des conditions de travail réelles.

Facteurs affectant la résistance interne de la batterie

TempératureLa température élevée réduit la résistance interne, mais peut accélérer le vieillissement de la batterie, tandis que la température basse augmente la résistance interne et affecte les performances de décharge.
État de charge et de déchargeL'état de charge : l'état de charge (SOC) affecte la résistance interne. Habituellement, la résistance interne est faible dans la plage de SOC moyenne, et élevée dans l'état de faible puissance ou de pleine puissance.
Vieillissement de la batterieLe nombre de cycles augmente, les changements de matériaux et les réactions secondaires à l'intérieur de la batterie augmentent la résistance interne et affectent les performances.

Quel est l'impact de la résistance interne de la batterie ?

Impact sur la durée de vie de la batterie

Une résistance interne plus élevée fait que la batterie génère plus de chaleur pendant l'utilisation, accélère le vieillissement de la batterie et réduit la durée de vie.

Impact sur les performances de la batterie

Chute de tension: Une résistance interne accrue entraîne une chute de tension plus importante, ce qui affecte la puissance de sortie de la batterie.
Production de chaleur: Une résistance interne plus élevée entraîne une plus grande perte d'énergie, augmente la température de la batterie et peut même provoquer un emballement thermique.

Impact sur les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie

Dans le domaine des véhicules électriques, une résistance interne élevée peut entraîner une réduction des performances d'accélération et de l'endurance. Dans les systèmes de stockage d'énergie, une résistance interne élevée affecte l'efficacité de la conversion énergétique et la stabilité à long terme.

Comment mesurer la résistance interne de la batterie ?

Méthodes courantes de mesure de la résistance des batteries

Méthode de mesure de la résistance interne par décharge DC

Mesurer la chute de tension lors d'une décharge de courant importante, ce qui permet une détection rapide dans les applications pratiques. Spécifique
La résistance interne est calculée en appliquant un courant important (40A-80A) pendant une courte durée (2-3 secondes) et en mesurant la tension aux bornes de la batterie. Cette méthode est très précise (l'erreur peut être contrôlée à 0,1%), mais elle est facilement affectée par la polarisation et peut endommager la batterie ; elle convient donc aux batteries de grande capacité.

Méthode de mesure de la résistance interne de la chute de tension en courant alternatif

Les caractéristiques d'impédance de la batterie sont testées par des signaux CA de différentes fréquences, ce qui convient à la recherche en laboratoire. Plus précisément, une fréquence fixe (telle que 1kHz) et un faible courant (50mA) sont utilisés pour mesurer l'impédance de la batterie. Cette méthode a un temps de mesure très court (environ 100 ms) et convient à tous les types de piles, mais elle est facilement affectée par le courant d'ondulation et les interférences harmoniques, ce qui met à l'épreuve la capacité anti-interférence de l'équipement de mesure.

En outre, des compteurs LCR et des testeurs de résistance interne spéciaux peuvent être utilisés pour la production et l'inspection de la qualité.

Méthode de calcul de la résistance interne d'une batterie

Calcul selon la formule R=U/I :

Mesurer la tension en circuit ouvert U1.
Décharge avec une résistance fixe R en parallèle.
Enregistrez la tension de la batterie U2 après la décharge.
Calculer la résistance interne : r = (U1 - U2) / (U2 / R). Par exemple, si U1 = 12V, U2 = 10V, et la résistance parallèle R = 10Ω, alors r = (12-10) / (10/10) = 2Ω.

En règle générale, plus la résistance interne est élevée, plus la capacité de charge de la batterie est faible. Les piles de forte puissance (telles que les piles électriques) ont une résistance interne plus faible, tandis que les piles de faible puissance (telles que les piles 9V) ont une résistance interne relativement importante. Une mesure raisonnable et l'optimisation de la résistance interne sont essentielles pour améliorer la capacité de charge de la batterie. performance de la batterie et la durée de vie.

Méthodes de réduction de la résistance interne des batteries

La résistance interne des piles au lithium affecte directement leurs performances de charge et de décharge, leur efficacité de conversion énergétique et leur durée de vie. Pour réduire la résistance interne et améliorer les performances de la batterie, les mesures suivantes peuvent être prises :

Optimiser les matériaux des électrodes: Utiliser des matériaux d'électrode hautement conducteurs, poreux ou nanostructurés pour améliorer l'efficacité de la transmission des électrons et des ions et réduire la résistance ohmique interne.
Augmentation de la conductivité ionique de l'électrolyte: Choisir un électrolyte à haute conductivité ou ajouter des additifs spéciaux pour améliorer la migration des ions. Parallèlement, l'utilisation d'électrolytes solides peut également réduire la résistance interne.
Améliorer les performances du diaphragme: Optimiser la structure des membranes, par exemple en augmentant la porosité ou en utilisant des membranes multicouches pour réduire la résistance à la transmission des ions.
Température de contrôle: Maintenir la batterie dans la plage de température de fonctionnement optimale grâce à un système de gestion thermique efficace afin de réduire l'augmentation de la résistance interne causée par les changements de température.
Optimiser la conception de la structure de la batterie: Utiliser une structure empilée, réduire l'épaisseur des pièces polaires, optimiser la conception de l'oreille polaire, etc. pour raccourcir le trajet du courant et réduire la résistance de contact.
Optimiser le système de gestion de la batterie (BMS): Grâce à une gestion intelligente, la température de fonctionnement et l'état de charge et de décharge de la batterie sont contrôlés afin de réduire la croissance de la résistance interne.

Comparaison de la résistance interne de différents types de batteries

Batterie lithium-ion et batterie plomb-acide

Comparaison entre Batterie lithium-ion et batterie plomb-acideLa batterie lithium-ion a une résistance interne plus faible et une efficacité de conversion énergétique plus élevée, tandis que la batterie plomb-acide a une résistance interne plus élevée, ce qui se traduit par une puissance de sortie plus faible.

Différents systèmes chimiques (NCM, LFP)

Les batteries au phosphate de fer lithié (LFP) ont généralement une résistance interne plus élevée que les batteries au phosphate de fer lithié (LFP). lithium ternaire (NCM)mais une meilleure sécurité.

Impact du vieillissement de la batterie

Les différents types de piles ont des tendances de croissance de la résistance interne différentes après une utilisation cyclique. Le taux de croissance de la résistance interne des batteries NCM est généralement plus rapide, tandis que les batteries LFP sont plus stables.

Conclusion

La résistance interne des batteries a un impact important sur leurs performances, leur durée de vie et leurs scénarios d'application. En optimisant les matériaux, en améliorant les processus de fabrication et en renforçant la gestion des batteries, il est possible de réduire efficacement la résistance interne et d'améliorer l'efficacité énergétique globale de la batterie.

Avec les progrès de la technologie des batteries, les futures batteries feront de plus grandes percées dans le contrôle de la résistance interne, améliorant ainsi les performances et la fiabilité des véhicules électriques et des systèmes de stockage d'énergie.

FAQ

Quelle est la résistance interne moyenne d'une batterie ?

La résistance interne d'une batterie varie considérablement en fonction de son type, de sa taille, des matériaux utilisés et de sa conception. Voici les plages typiques pour les types de piles les plus courants :
Accumulateurs au plomb: Généralement inférieur à 10 milliohms (mΩ), avec des produits de haute qualité aussi bas que 6 mΩ.
Batteries au lithium-ion: Types standard (par exemple, 18650) : 12-30 mΩ pour les modèles à haute performance, et jusqu'à 50 mΩ pour les cellules à usage général .
Batteries au lithium de type puissance (utilisées dans les VE): Souvent inférieurs à 15 mΩ pour supporter des courants de décharge élevés .
Piles au nickel-cadmium (NiCd): Résistance interne extrêmement faible (similaire à celle du plomb-acide), permettant une charge rapide et une décharge à courant élevé .
Piles nickel-métal hydrure (NiMH): Légèrement plus élevé que le NiCd, typiquement 20-50 mΩ .
Piles à combustible hydrogène-oxygène (aujourd'hui obsolètes): Résistance initiale exceptionnellement faible (~10 mΩ), diminuant encore pendant la décharge .

Comment réduire la résistance interne d'une batterie ?

1. Améliorations au niveau des matériaux

Utiliser des matériaux d'électrode à haute conductivité (par exemple, des composites silicium-carbone, des matériaux ternaires à haute teneur en nickel).
Utiliser des électrolytes à faible viscosité pour améliorer la mobilité des ions.
Optimiser l'épaisseur et la porosité du séparateur pour minimiser la résistance au transport des ions.

2. Amélioration de la conception et de la fabrication

Augmenter le nombre de pattes d'électrodes et raccourcir le trajet du courant.
Améliorer l'uniformité des électrodes grâce à des techniques avancées d'enrobage et de calandrage.
Le soudage au laser permet d'obtenir des connexions plus étroites et une résistance de contact plus faible.

3. Gestion thermique

Maintenir une température de fonctionnement optimale (20-40°C) pour améliorer la conductivité de l'électrolyte et réduire la résistance à la polarisation.

Quelle est la pile dont la résistance interne est la plus faible ?

Batteries au lithium-ion

Les batteries modernes au phosphate de fer lithié (LFP) et les batteries au lithium-polymère haute performance présentent la résistance la plus faible (de 6 à 12 mΩ), ce qui les rend idéales pour les applications à haute puissance telles que les véhicules électriques.
Piles au nickel-cadmium (NiCd)

Historiquement connu pour sa très faible résistance (~10 mΩ), il convient aux outils et à l'aviation malgré les préoccupations environnementales.
Piles à combustible hydrogène-oxygène

Réalisation de <10 mΩ, mais problèmes de sécurité et de coûts.

Chase Wu

Bonjour, je m'appelle Chase. Je suis spécialisé dans la fourniture d'informations approfondies et des dernières mises à jour sur les systèmes d'échange de batteries pour véhicules électriques à deux ou trois roues, de la technologie des batteries au lithium aux solutions d'échange intelligentes. Mon objectif est de transformer des concepts techniques complexes en un contenu clair et accessible, afin d'aider les entreprises et les particuliers à naviguer dans le paysage en constante évolution de la mobilité électrique et de l'énergie durable.

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