电阻：锂电池储能系统能效评估中被低估的关键参数-北极星储能网

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电阻通常是电池性能监测中被忽视的一个变量，因为它不是由 BMS 直接测量的。这很遗憾，因为它会在短期和长期内悄无声息地影响资产性能和安全性。因此，正确跟踪电阻的发展可以释放机会来提高资产效率和寿命。

“电阻”对电池来说到底意味着什么？它如何工作，如何影响资产绩效？它应该如何影响资产管理策略？让我们来一探究竟！

电池内阻：一种具有多种表现形式的“阻力”

电池的内阻是阻碍电荷流动的固有阻力。

一定比例对应于电流流过导电内部或外部材料时的阻力（称为“欧姆电阻”）。

这种内部电阻的另一个组成部分是动态的，我们稍后会解释，它被称为“极化电阻”：它对应于离子在电解质中移动并穿过电极的活性层时遇到的困难，就像你在水中游泳所需要付出的努力一样。

这种持续内部电阻的存在是应用于实际储能（如 BESS）时的两个主要限制因素：

在电芯层面，充电和放电过程中不可避免地会损失一些能量（见图 1），这与上述锂离子在电解质中扩散并插入电极材料层内的“努力”相对应。

放大到模组级别，这种电阻甚至发挥了更具欺骗性的作用。它可以过早停止充电周期，这种情况通常是由于BMS对电压信号的误解而导致的。事实上，需要注意：电压 (U) = 电阻 (R) x 电流 (I) + OCV，这意味着由于电阻，充电时的最大电压可能比预期的更快达到。这欺骗了 BMS，使其认为电池已充满电，而实际上，它可以存储更多能量。

图 1：电压与容量

高电阻意味着较低的资产绩效

在现场，高电阻会对电池性能产生多种影响，即系统的整体能效。

对性能的影响

一方面，高电阻会导致能量以热量的形式损失，这意味着放电时返回电网的能量 (Wh) 比最初充电的能量要少，从而导致电动汽车续航里程缩短， BESS 的收入潜力降低。即使在SOH相同的情况下也会发生这种情况；随着电阻的增加，实际可用的能量会减少。与跟踪 BESS 的 SOH（容量损失）非常相似，监测电阻增加导致的能量损失会直接影响可供输送的能量。

典型的锂离子电池的能量产出率在 80-95%* 之间，这是一个相当大的区间，如果不加以控制，性能差异会更大。

另一方面，高电阻会限制从电池中抽取的最大电流，从而降低重大和突然发生的电力需求（例如动态电动汽车加速）的最大可用功率（W）。

对安全的影响

除了性能之外，过度的电阻还可能损害资产的安全性。

高电阻意味着额外的热量，这可能会导致过热，这是众所周知的（也是显而易见的）热失控原因。高电阻也可能表示存在析锂风险；电阻的增加通常是由于 SEI（固体电解质界面）层的生长，这也使得进入负极变得更加困难，从而促进了进一步的镀层。再一次，析锂是事故的已证实风险因素。

*研究实验室测试结果

电阻动态：管理短期波动和长期变化

事情变得更加棘手的是，电阻可能会发生变化，其变化受到当前运营条件和潜在结构变化的影响。

短期波动会暂时改变电池的电阻：

在高 SOC 和低SOC时，电阻随SOC而变化：当电极完全锂化时，电阻比平时更高；

温度也起着至关重要的作用；在较冷的条件下，离子在电解质中的移动受到阻碍，导致电阻暂时飙升，随着温度升高而恢复正常。

结构变化带来更持久的挑战。随着电池内部组件的磨损，电池衰减会导致电阻逐渐增加，从而导致性能缓慢下降。无论是由于初始质量变化还是运行压力导致的电池故障，都会进一步加剧电阻问题。

由于每个电池的内部电阻都会发生变化，因此存在这些变化不均匀的风险，从而导致不平衡。这种电阻分散会导致不均匀老化，甚至导致过压/欠压的风险

图 2：电阻增加：对电池生态系统的影响

如何应对？监测电阻并加以区分

鉴于其不断发展的特性，监测电阻随时间的变化具有重要价值，有助于了解性能下降或安全风险的早期迹象。所有这些都是通过 BMS 数据不直接提供的不同视角完成的（请参阅下面的用例）。更重要的是，当结合 SOH 等其他指标来掌握资产的实际能量、它如何受到电池衰减的影响以及它如何影响所有者的业务案例时，这一点变得尤为重要。

使用案例

电阻监测如何帮助发现600MWh 设备调试过程中隐藏的安全风险

场景

当PowerUp对正在进行的600MWh 存储进行调试审查时，我们仔细研究了内部电阻，以深入了解传统 BMS 指标可能忽略的系统安全性和性能。

发现

在检查1900 多个电池簇的电流和电压数据时，我们能够计算出直流电阻值，在 1900 个电池簇中，发现了一个电阻异常高的异常值。（见图 3 中的红色圆圈）

高电阻与突然升温（+50°C）相匹配，但仅在通电时才会发生。这是一种电气连接故障的征兆，有升级为热失控的风险。（参见图 4 中的蓝色圆圈）

图 3：单个电池簇直流电阻的变化

图4：电池循环时温度异常升高

经过分析，该电池簇被关机，以避免出现任何严重的安全问题，并且电池供应商计划更换该电池簇。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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