por Chase Wu
março 20, 2025
Indústria de baterias, Conhecimento da bateria, Materiais da bateria
06 minutos

Resistência interna da bateria - soluções abrangentes de análise e otimização

Resistência interna da bateria é um parâmetro importante que afecta o desempenho da bateria. Determina a eficiência de conversão de energia da bateria, a capacidade de descarga e a vida útil. Em indústrias como a dos veículos eléctricos e dos sistemas de armazenamento de energia das baterias, a resistência interna da bateria afecta diretamente a eficiência energética global, a resistência e a segurança. Por conseguinte, compreender a fonte, o impacto, a medição e os métodos de otimização da resistência interna da bateria é crucial para melhorar o desempenho da bateria.

Qual é a resistência interna da bateria?

Definição da resistência interna de uma bateria

A resistência interna da bateria refere-se à resistência da bateria ao fluxo de corrente. Inclui a resistência combinada de componentes como materiais para pilhas, eléctrodos e electrólitos (encontrar o os 10 principais fabricantes de electrólitos para baterias de iões de lítio). Uma resistência interna mais baixa significa uma melhor eficiência na transmissão da corrente, ao passo que uma resistência interna mais elevada conduzirá a problemas de perda de energia e aquecimento. A resistência interna da bateria é normalmente medida em miliohms (mΩ) e os métodos de medição incluem a medição da impedância AC (EIS), o método de queda de tensão DC, o teste do medidor LCR, etc.

Classificação da resistência interna da bateria

Resistência óhmicaDeterminado pelos eléctrodos, eletrólito, materiais condutores, etc. no interior da bateria, afectando principalmente a queda de tensão instantânea.
Resistência à polarização: a resistência causada pelas reacções electroquímicas durante o processo de carga e descarga da bateria afecta o desempenho dinâmico da bateria.
Resistência interna AC e DC: A resistência interna AC é normalmente utilizada para avaliar a impedância a curto prazo, enquanto a resistência interna DC está mais próxima do desempenho da bateria em condições reais de funcionamento.

Factores que afectam a resistência interna da bateria

TemperaturaA temperatura elevada reduz a resistência interna, mas pode acelerar o envelhecimento da bateria, enquanto a temperatura baixa aumenta a resistência interna e afecta o desempenho da descarga.
Estado de carga e descargaO estado de carga (SOC) afectará a resistência interna. Normalmente, a resistência interna é baixa na gama SOC média e alta no estado de carga baixa ou total.
Envelhecimento da bateria: à medida que o número de ciclos aumenta, as alterações do material e as reacções laterais no interior da pilha aumentam a resistência interna e afectam o desempenho.

Qual é o impacto da resistência interna da bateria?

Impacto no ciclo de vida da bateria

Uma resistência interna mais elevada fará com que a bateria gere mais calor durante a utilização, acelere o envelhecimento da bateria e reduza a sua vida útil.

Impacto no desempenho da bateria

Queda de tensão: O aumento da resistência interna provocará uma maior queda de tensão, o que afectará a potência de saída da bateria.
Geração de calor: Uma resistência interna mais elevada provocará uma maior perda de energia, aumentará a temperatura da bateria e poderá mesmo provocar uma fuga térmica.

Impacto nos veículos eléctricos e nos sistemas de armazenamento de energia

No domínio dos veículos eléctricos, uma resistência interna elevada pode levar a uma redução do desempenho da aceleração e da resistência. Nos sistemas de armazenamento de energia, uma resistência interna elevada afectará a eficiência da conversão de energia e a estabilidade a longo prazo.

Como medir a resistência interna da bateria?

Métodos comuns para medir a resistência da bateria

Método de medição da resistência interna de descarga DC

Mede a queda de tensão durante uma grande descarga de corrente, o que é adequado para uma deteção rápida em aplicações práticas. Específico
A resistência interna é calculada aplicando uma grande corrente (40A-80A) durante um curto período de tempo (2-3 segundos) e medindo a tensão através da bateria. Este método tem uma elevada precisão (o erro pode ser controlado dentro de 0,1%), mas é facilmente afetado pela polarização e pode danificar a bateria, pelo que é adequado para baterias de grande capacidade.

Método de medição da resistência interna da queda de tensão CA

As caraterísticas de impedância da bateria são testadas por sinais AC de diferentes frequências, o que é adequado para investigação laboratorial. Especificamente, uma frequência fixa (como 1kHz) e uma pequena corrente (50mA) são utilizadas para medir a impedância da bateria. Este método tem um tempo de medição muito curto (cerca de 100ms) e é adequado para todos os tipos de baterias, mas é facilmente afetado pela corrente de ondulação e interferência harmónica, o que testa a capacidade anti-interferência do equipamento de medição.

Além disso, medidores LCR e testadores de resistência interna especiais, que podem ser utilizados para a produção e inspeção de qualidade.

Método para calcular a resistência interna da bateria

Cálculo segundo a fórmula R=U/I:

Medir a tensão de circuito aberto U1.
Descarregar com uma resistência fixa R em paralelo.
Registar a tensão da bateria U2 após a descarga.
Calcule a resistência interna: r = (U1 - U2) / (U2 / R). Por exemplo, se U1 = 12V, U2 = 10V, e a resistência paralela R = 10Ω, então r = (12-10) / (10/10) = 2Ω.

De um modo geral, quanto maior for a resistência interna, pior será a capacidade de carga da pilha. As baterias de alta potência (como as baterias eléctricas) têm uma resistência interna menor, enquanto as baterias de baixa potência (como as baterias de 9V) têm uma resistência interna relativamente grande. Uma medição razoável e a otimização da resistência interna são essenciais para melhorar desempenho da bateria e vida útil.

Métodos para reduzir a resistência interna da bateria

A resistência interna das baterias de lítio afecta diretamente o seu desempenho de carga e descarga, a eficiência da conversão de energia e a vida útil. Para reduzir a resistência interna e melhorar o desempenho da bateria, podem ser adoptadas as seguintes medidas:

Otimizar os materiais dos eléctrodos: Utilizar materiais de eléctrodos altamente condutores, porosos ou nanoestruturados para melhorar a eficiência da transmissão de electrões e iões e reduzir a resistência óhmica interna.
Aumentar a condutividade iónica dos electrólitos: Selecionar um eletrólito com elevada condutividade ou adicionar aditivos especiais para melhorar a migração de iões. Ao mesmo tempo, a aplicação de electrólitos sólidos pode também reduzir a resistência interna.
Melhorar o desempenho do diafragma: Otimizar a estrutura do diafragma, como aumentar a porosidade ou utilizar diafragmas de várias camadas para reduzir a resistência à transmissão de iões.
Temperatura de controlo: Manter a bateria dentro do intervalo de temperatura de funcionamento ideal através de um sistema de gestão térmica eficiente para reduzir o aumento da resistência interna causado pelas alterações de temperatura.
Otimizar a conceção da estrutura da bateria: Utilizar uma estrutura empilhada, reduzir a espessura da peça do pólo, otimizar o desenho da orelha do pólo, etc. para encurtar o percurso da corrente e reduzir a resistência de contacto.
Otimizar o sistema de gestão da bateria (BMS): Através de uma gestão inteligente, controlar a temperatura de funcionamento e o estado de carga e descarga da bateria para reduzir o crescimento da resistência interna.

Comparação da resistência interna da bateria em diferentes tipos de baterias

Bateria de iões de lítio vs. bateria de chumbo-ácido

Comparação entre bateria de iões de lítio vs. chumbo-ácidoA bateria de iões de lítio tem uma resistência interna mais baixa e uma eficiência de conversão de energia mais elevada, enquanto a bateria de chumbo-ácido tem uma resistência interna mais elevada, o que resulta numa potência de saída mais fraca.

Diferentes sistemas químicos (NCM, LFP)

As baterias de fosfato de ferro e lítio (LFP) têm normalmente uma resistência interna superior à das baterias de lítio ternário (NCM), mas com maior segurança.

Impacto do envelhecimento da bateria

Diferentes tipos de baterias têm diferentes tendências de crescimento da resistência interna após utilização cíclica. A taxa de crescimento da resistência interna das baterias NCM é normalmente mais rápida, enquanto as baterias LFP são mais estáveis.

Conclusão

A resistência interna da bateria tem um impacto importante no seu desempenho, vida útil e cenários de aplicação. Através da otimização dos materiais, da melhoria dos processos de fabrico e do reforço da gestão da bateria, a resistência interna pode ser eficazmente reduzida e a eficiência energética global da bateria pode ser melhorada.

Com o avanço da tecnologia das baterias, as futuras baterias farão maiores progressos no controlo da resistência interna, melhorando assim o desempenho e a fiabilidade dos veículos eléctricos e dos sistemas de armazenamento de energia.

FAQ

Qual é a resistência interna média de uma pilha?

A resistência interna de uma bateria varia significativamente, dependendo do seu tipo, tamanho, materiais e design. Aqui estão os intervalos típicos para tipos comuns de baterias:
Baterias de chumbo-ácido: Geralmente abaixo de 10 miliohms (mΩ), com os de alta qualidade tão baixos quanto 6 mΩ
Baterias de iões de lítio: Tipos padrão (por exemplo, 18650): 12-30 mΩ para os modelos de elevado desempenho e até 50 mΩ para as células de utilização geral .
Baterias de lítio do tipo Power (utilizadas em veículos eléctricos): Frequentemente inferior a 15 mΩ para suportar correntes de descarga elevadas .
Baterias de níquel-cádmio (NiCd): Resistência interna extremamente baixa (semelhante à do chumbo-ácido), permitindo um carregamento rápido e uma descarga de alta corrente .
Baterias de hidreto metálico de níquel (NiMH): Ligeiramente superior ao NiCd, normalmente 20-50 mΩ .
Células de combustível de hidrogénio-oxigénio (atualmente obsoletas): Resistência inicial excecionalmente baixa (~10 mΩ), diminuindo ainda mais durante a descarga .

Como reduzir a resistência interna da bateria?

1. Melhorias ao nível dos materiais

Utilizar materiais de eléctrodos de elevada condutividade (por exemplo, compósitos de silício-carbono, materiais ternários com elevado teor de níquel).
Utilizar electrólitos de baixa viscosidade para uma melhor mobilidade dos iões.
Otimizar a espessura e a porosidade do separador para minimizar a resistência ao transporte de iões.

2. Melhorias na conceção e no fabrico

Aumentar o número de separadores de eléctrodos e encurtar o percurso da corrente.
Melhorar a uniformidade dos eléctrodos com técnicas avançadas de revestimento e calandragem.
Utilize a soldadura a laser para obter ligações mais apertadas e uma menor resistência de contacto.

3. Gestão térmica

Manter uma temperatura de funcionamento ideal (20-40°C) para melhorar a condutividade do eletrólito e reduzir a resistência à polarização.

Qual é a pilha com a resistência interna mais baixa?

Baterias de iões de lítio

As baterias modernas de fosfato de ferro-lítio (LFP) e de polímero de lítio de elevado desempenho apresentam a resistência mais baixa (tão baixa como 6-12 mΩ), o que as torna ideais para aplicações de elevada potência, como os veículos eléctricos .
Baterias de níquel-cádmio (NiCd)

Historicamente conhecido pela sua resistência ultra baixa (~10 mΩ), adequado para ferramentas e aviação apesar das preocupações ambientais .
Células de combustível de hidrogénio-oxigénio

Conseguiu <10 mΩ mas enfrentou desafios de segurança e de custos.

Chase Wu

Olá, chamo-me Chase. Sou especialista em fornecer informações aprofundadas e as últimas actualizações sobre sistemas de troca de baterias eléctricas de duas e três rodas, desde a tecnologia de baterias de lítio a soluções de troca inteligentes. O meu objetivo é decompor conceitos técnicos complexos em conteúdos claros e acessíveis, ajudando as empresas e os indivíduos a navegar no cenário em evolução da mobilidade eléctrica e da energia sustentável.

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