直流电阻技术探究
背景
在电池的充放电过程中，电池的实际容量会受到内阻诱导过电压的影响。内阻作为电池最重要的参数之一，对于诊断电池劣化具有非常重要的研究意义。电池的内阻包括以下三部分：
欧姆内阻（RΩ）-由电极材料、电解液、隔膜的电阻及各部分零件的接触电阻组成；
电荷转移内阻（Rct）-离子穿越电极、电解液界面的电阻，代表电极反应难易程度。一般通过增强导电性可以减小这部分电阻；
极化内阻（Rmt）-由电解液内正负极之间的锂离子浓度扩散不均引起；在动力学条件较恶劣的情况下，比如低温或者高速率充电下尤为严重。
目前常用的测量电阻的方法为交流内阻（ACIR）与直流内阻（DCIR）。ACIR为在高频率(1kHz)下测得的电池的内阻，一般为欧姆内阻。缺点是不能直观、全面地反映电池性能。而DCIR测试法是给电池强制施加短时恒定电流，此时电池的电压随时间而发生变化。假如电池瞬间通过的电流为Ｉ，在极短的时间内测量出电池电压的变化为ΔＵ，再根据欧姆定律Ｒ＝ΔＵ／Ｉ计算出电池的直流内阻。DCIR不仅包括欧姆内阻，还包括电荷转移内阻与极化内阻。
国内外标准分析
对于锂离子电池的DCIR测试一直是研究难点。首先锂离子电池的内阻很小，通常是毫欧级别，同时又是有源元件，不同于一般的电阻元件，不能直接测量大小；另外电池的内阻易受测试时所处的状态影响，例如在不同环境温度、不同荷电状态，电池的内阻就有一定的差别。目前国内外包含DCIR测试的标准如下：
国际：IEC 61960-3:2017《含碱性或其它非酸性电解液二次电芯和电池—便携式设备使用的二次锂电芯和电池-第3部分：方形和圆柱形锂二次电芯及由它们组成的电池》、以及IEC 62620:2014《含碱性或其它非酸性电解液二次电芯和电池—在工业设备中使用的二次锂电芯及由它们组成的电池》中都有要求测试电池DCIR的项目；
日本：日本工业标准调查会(JISC)发布的JIS C 8715-1:2018《工业用二次锂电芯及电池 第1部分 性能要求和试验》也有关于DCIR的测试；
中国：我国目前暂无关于DCIR测试项目的标准；
测试差异：
总体上，IEC 61960-3:2017、IEC 62660:2014和JIS C 8715-1:2018在试验方法上是相近的，主要的区别有以下几点。
1) 测试温度不同。IEC 62660：2014和JIS C 8715-1:2018测试环境温度较IEC 61960-3：2017高５℃。低温会使电解液粘度增大，离子移动速度减慢，化学反应速度降低，电池的欧姆内阻、极化内阻都会增大，因此DCIR会呈现出增大的趋势。
2) 测试时的SOC状态不同。IEC 62660:2014和JIS C 8715-1:2018的SOC状态要求为50％±10％，而IEC 61960-3:2017SOC状态要求为100％。不同SOC状态对DCIR的测试结果还是有很大影响的，一般DCIR数据会随着SOC的升高而逐渐降低，这与的电池内部的反应过程有关。在低SOC下，电荷转移阻抗Rct较高，随着SOC逐渐增大，Rct减小，DCIR也减小；
3) 测试时两次放电时间不同。IEC 62660:2014和JIS C 8715-1:2018规定的两次放电时间较IEC 61960-3:2017长。长的脉冲时间会使DCIR增长趋势变缓，逐渐偏离线性。原因是随着脉冲时间的增加，电池内部Rct增加，并逐渐占据主导地位。
4) 测试时两次放电电流大小不同。IEC 62660:2014和JIS C 8715-1:2018与IEC 61960-3:2017的放电电流大小也不同。但电流与DCIR的关系与电池的体系设计有关，并无直接联系。
5) 虽然JIS C 8715-1:2018参考了IEC 62660:2014，但在对于高倍率电池的定义上有所区别。IEC 62660:2014规定放电能力不小于7.0Ｃ的电池为高倍率电池，而JIS C 8715-1:2018规定放电能力大于3.5Ｃ的电池即为高倍率电池。
实验过程分析
下图为DCIR的测量过程的电压-时间函数图，通过曲线可以明确地了解电芯的每部分阻值，便于我们全面评估电芯性能。
如图所示，红色箭头代表RΩ，RΩ的值与iR-drop有关，iR-drop为电流突变后电池电压的突然变化。一般只要给电芯通电流都会发生电压降。由计算可知此电芯RΩ为0.49mΩ；
随后的绿色箭头代表Rct。Rct与Rmt需要一些时间激活，一般发生在欧姆电压降之后。Rct的值可以从随后的电流突变后的第一毫秒开始计算，其值为0.046mΩ。Rct一般与电芯SOC状态有关，随着SOC逐渐增大而减小。
蓝色箭头代表Rmt的变化。此时电芯电压的持续降低可归因于浓差极化，锂离子浓度扩散不均。Rmt数值为0.19mΩ
总结
直流内阻测试能够很好地反应电池性能，也是制造商在前期研发过程中必定要考量的一个参数。但在测量过程中有几个方面的操作需要格外留意，否则会影响直流内阻测量的准确度：
电池与充放电设备的连接方式。测量过程中应确保连接电阻足够小（一般建议不大于0.02mΩ）；
电压和电流采集线的连接。采集线连接在电池极耳同侧较优，特别注意不能直接将采集线连接到充放电设备的导流线上；
充放电设备的设备精度，以及充放设备的响应时间。一般要求响应时间不大于10ms，响应时间越短测试结果的准确度会越高。
