電阻通常是電池性能監(jiān)測(cè)中被忽視的一個(gè)變量，因?yàn)樗皇怯?BMS 直接測(cè)量的。這很遺憾，因?yàn)樗鼤?huì)在短期和長期內(nèi)悄無聲息地影響資產(chǎn)性能和安全性。因此，正確跟蹤電阻的發(fā)展可以釋放機(jī)會(huì)來提高資產(chǎn)效率和壽命。

“電阻”對(duì)電池來說到底意味著什么？它如何工作，如何影響資產(chǎn)績效？它應(yīng)該如何影響資產(chǎn)管理策略？讓我們來一探究竟！

電池內(nèi)阻：一種具有多種表現(xiàn)形式的“阻力”

電池的內(nèi)阻是阻礙電荷流動(dòng)的固有阻力。

一定比例對(duì)應(yīng)于電流流過導(dǎo)電內(nèi)部或外部材料時(shí)的阻力（稱為“歐姆電阻”）。

這種內(nèi)部電阻的另一個(gè)組成部分是動(dòng)態(tài)的，我們稍后會(huì)解釋，它被稱為“極化電阻”：它對(duì)應(yīng)于離子在電解質(zhì)中移動(dòng)并穿過電極的活性層時(shí)遇到的困難，就像你在水中游泳所需要付出的努力一樣。

這種持續(xù)內(nèi)部電阻的存在是應(yīng)用于實(shí)際儲(chǔ)能（如 BESS）時(shí)的兩個(gè)主要限制因素：

在電芯層面，充電和放電過程中不可避免地會(huì)損失一些能量（見圖 1），這與上述鋰離子在電解質(zhì)中擴(kuò)散并插入電極材料層內(nèi)的“努力”相對(duì)應(yīng)。

放大到模組級(jí)別，這種電阻甚至發(fā)揮了更具欺騙性的作用。它可以過早停止充電周期，這種情況通常是由于BMS對(duì)電壓信號(hào)的誤解而導(dǎo)致的。事實(shí)上，需要注意：電壓 (U) = 電阻 (R) x 電流 (I) + OCV， 這意味著由于電阻，充電時(shí)的最大電壓可能比預(yù)期的更快達(dá)到。這欺騙了 BMS，使其認(rèn)為電池已充滿電，而實(shí)際上，它可以存儲(chǔ)更多能量。

圖 1：電壓與容量

高電阻意味著較低的資產(chǎn)績效

在現(xiàn)場(chǎng)，高電阻會(huì)對(duì)電池性能產(chǎn)生多種影響，即系統(tǒng)的整體能效。

對(duì)性能的影響

一方面，高電阻會(huì)導(dǎo)致能量以熱量的形式損失，這意味著放電時(shí)返回電網(wǎng)的能量 (Wh) 比最初充電的能量要少，從而導(dǎo)致電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程縮短， BESS 的收入潛力降低。即使在SOH相同的情況下也會(huì)發(fā)生這種情況；隨著電阻的增加，實(shí)際可用的能量會(huì)減少。與跟蹤 BESS 的 SOH（容量損失）非常相似，監(jiān)測(cè)電阻增加導(dǎo)致的能量損失會(huì)直接影響可供輸送的能量。

典型的鋰離子電池的能量產(chǎn)出率在 80-95%* 之間，這是一個(gè)相當(dāng)大的區(qū)間，如果不加以控制，性能差異會(huì)更大。

另一方面，高電阻會(huì)限制從電池中抽取的最大電流，從而降低重大和突然發(fā)生的電力需求（例如動(dòng)態(tài)電動(dòng)汽車加速）的最大可用功率（W）。

對(duì)安全的影響

除了性能之外，過度的電阻還可能損害資產(chǎn)的安全性。

高電阻意味著額外的熱量，這可能會(huì)導(dǎo)致過熱，這是眾所周知的（也是顯而易見的）熱失控原因。高電阻也可能表示存在析鋰風(fēng)險(xiǎn)；電阻的增加通常是由于 SEI（固體電解質(zhì)界面）層的生長，這也使得進(jìn)入負(fù)極變得更加困難，從而促進(jìn)了進(jìn)一步的鍍層。再一次，析鋰是事故的已證實(shí)風(fēng)險(xiǎn)因素。

*研究實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果

電阻動(dòng)態(tài)：管理短期波動(dòng)和長期變化

事情變得更加棘手的是，電阻可能會(huì)發(fā)生變化，其變化受到當(dāng)前運(yùn)營條件和潛在結(jié)構(gòu)變化的影響。

短期波動(dòng)會(huì)暫時(shí)改變電池的電阻：

在高 SOC 和低SOC時(shí)，電阻隨SOC而變化：當(dāng)電極完全鋰化時(shí)，電阻比平時(shí)更高；

溫度也起著至關(guān)重要的作用；在較冷的條件下，離子在電解質(zhì)中的移動(dòng)受到阻礙，導(dǎo)致電阻暫時(shí)飆升，隨著溫度升高而恢復(fù)正常。

結(jié)構(gòu)變化帶來更持久的挑戰(zhàn)。隨著電池內(nèi)部組件的磨損，電池衰減會(huì)導(dǎo)致電阻逐漸增加，從而導(dǎo)致性能緩慢下降。無論是由于初始質(zhì)量變化還是運(yùn)行壓力導(dǎo)致的電池故障，都會(huì)進(jìn)一步加劇電阻問題。

由于每個(gè)電池的內(nèi)部電阻都會(huì)發(fā)生變化，因此存在這些變化不均勻的風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致不平衡。這種電阻分散會(huì)導(dǎo)致不均勻老化，甚至導(dǎo)致過壓/欠壓的風(fēng)險(xiǎn)

圖 2：電阻增加：對(duì)電池生態(tài)系統(tǒng)的影響

如何應(yīng)對(duì)？監(jiān)測(cè)電阻并加以區(qū)分

鑒于其不斷發(fā)展的特性，監(jiān)測(cè)電阻隨時(shí)間的變化具有重要價(jià)值，有助于了解性能下降或安全風(fēng)險(xiǎn)的早期跡象。所有這些都是通過 BMS 數(shù)據(jù)不直接提供的不同視角完成的（請(qǐng)參閱下面的用例）。更重要的是，當(dāng)結(jié)合 SOH 等其他指標(biāo)來掌握資產(chǎn)的實(shí)際能量、它如何受到電池衰減的影響以及它如何影響所有者的業(yè)務(wù)案例時(shí)，這一點(diǎn)變得尤為重要。

使用案例

電阻監(jiān)測(cè)如何幫助發(fā)現(xiàn)600MWh 設(shè)備調(diào)試過程中隱藏的安全風(fēng)險(xiǎn)

場(chǎng)景

當(dāng)PowerUp對(duì)正在進(jìn)行的600MWh 存儲(chǔ)進(jìn)行調(diào)試審查時(shí)，我們仔細(xì)研究了內(nèi)部電阻，以深入了解傳統(tǒng) BMS 指標(biāo)可能忽略的系統(tǒng)安全性和性能。

發(fā)現(xiàn)

在檢查1900 多個(gè)電池簇的電流和電壓數(shù)據(jù)時(shí)，我們能夠計(jì)算出直流電阻值，在 1900 個(gè)電池簇中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)電阻異常高的異常值。（見圖 3 中的紅色圓圈）

高電阻與突然升溫（+50°C）相匹配，但僅在通電時(shí)才會(huì)發(fā)生。這是一種電氣連接故障的征兆，有升級(jí)為熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。（參見圖 4 中的藍(lán)色圓圈）

圖 3：?jiǎn)蝹€(gè)電池簇直流電阻的變化

圖4：電池循環(huán)時(shí)溫度異常升高

經(jīng)過分析，該電池簇被關(guān)機(jī)，以避免出現(xiàn)任何嚴(yán)重的安全問題，并且電池供應(yīng)商計(jì)劃更換該電池簇。