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探討電池的內(nèi)阻及測量方法

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1838次  |  2019年08月17日  

探討電池的內(nèi)阻及測量方法每個(gè)電池都有內(nèi)阻。不同類型的電池內(nèi)阻不同。相同類型的電池,由于內(nèi)部化學(xué)特性的不一致,內(nèi)阻也不一樣。電池的內(nèi)阻很小,我們一般用微歐或者毫歐的單位來定義它。


內(nèi)阻是衡量電池性能的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。正常情況下,內(nèi)阻小的電池的大電流放電能力強(qiáng),內(nèi)阻大的電池放電能力弱。


取個(gè)簡單的例子:一臺(tái)老式的使用5號(hào)電池的數(shù)碼相機(jī)(例如耗電量很大的CANON210),使用5號(hào)堿性電池供電,可以連續(xù)拍幾十張相片;但使用5號(hào)干電池供電,只能拍上幾張就自動(dòng)關(guān)機(jī)了,但干電池并不是完全沒電;再換上5號(hào)可充電鎳氫電池,可以拍的相片更多。在實(shí)際測量后我們可以知道,鎳氫電池的內(nèi)阻<堿性電池的內(nèi)阻<干電池的內(nèi)阻。此例子說明在大電流放電的應(yīng)用中,一定要選擇內(nèi)阻較小的電池。


在放電電路的原理圖上來說,我們可以把電池和內(nèi)阻拆開考慮,分為一個(gè)完全沒有內(nèi)阻的電池串接上一個(gè)阻值很小的電阻。此時(shí)如果外接的負(fù)載輕,那么分配在這個(gè)小電阻上的電壓就小,反之如果外接很重的負(fù)載,那么分配在這個(gè)小電阻上的電壓就比較大,就會(huì)有一部分功率被消耗在這個(gè)內(nèi)阻上(可能轉(zhuǎn)化為發(fā)熱,或者是一些復(fù)雜的逆向電化學(xué)反應(yīng))。一個(gè)可充電電池出廠時(shí)的內(nèi)阻是比較小的,但經(jīng)過長期使用后,由于電池內(nèi)部電解液的枯竭,以及電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)活性的降低,這個(gè)內(nèi)阻會(huì)逐漸增加,直到內(nèi)阻大到電池內(nèi)部的電量無法正常釋放出來,此時(shí)電池也就“壽終正寢”了。絕大部分老化的電池都是因?yàn)閮?nèi)阻過大的原因而造成無使用價(jià)值,只好報(bào)廢。



一、內(nèi)阻不是一個(gè)固定的數(shù)值。



麻煩的一點(diǎn)是,電池處于不同的電量狀態(tài)時(shí),它的內(nèi)阻值不一樣;電池處于不同的使用壽命狀態(tài)下,它的內(nèi)阻值也不同。



從技術(shù)的角度出發(fā),我們一般把電池的電阻分為兩種狀態(tài)考慮:充電態(tài)內(nèi)阻和放電態(tài)內(nèi)阻。



1、充電態(tài)內(nèi)阻指電池完全充滿電時(shí)的所測量到的電池內(nèi)阻。



2、放電態(tài)內(nèi)阻指電池充分放電后(放電到標(biāo)準(zhǔn)的截止電壓時(shí))所測量到的電池內(nèi)阻。



一般情況下放電態(tài)的內(nèi)阻是不穩(wěn)定的,測量的結(jié)果也比正常值高出許多,而充電態(tài)內(nèi)阻相對(duì)比較穩(wěn)定,測量這個(gè)數(shù)值具有實(shí)際的比較意義。因此在電池的測量過程中,我們都以充電態(tài)內(nèi)阻做為測量的標(biāo)準(zhǔn)。



二、內(nèi)阻無法用一般的方法進(jìn)行精確測量。



或許大家會(huì)說,高中物理課上有教用簡單公式+電阻箱計(jì)算電池內(nèi)阻的方法。。。。。但物理課本上教的用電阻箱推算的算法精度太低,只能用于理論的教學(xué),在實(shí)際應(yīng)用上根本無法采用。



電池的內(nèi)阻很小,我們一般用微歐或者毫歐的單位來定義它。在一般的測量場合,我們要求電池的內(nèi)阻測量精度誤差必須控制在正負(fù)5%以內(nèi)。這么小的阻值和這么精確的要求必須用專用儀器來進(jìn)行測量。


三、目前行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測量方法。



行業(yè)應(yīng)用中,電池內(nèi)阻的精確測量是通過專用設(shè)備來進(jìn)行的。下面我來說說行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測量方法。



目前行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測量方法主要有以下兩種:



1、直流放電內(nèi)阻測量法。


根據(jù)物理公式R=V/I,測試設(shè)備讓電池在短時(shí)間內(nèi)(一般為2-3秒)強(qiáng)制通過一個(gè)很大的恒定直流電流(目前一般使用40A-80A的大電流),測量此時(shí)電池兩端的電壓,并按公式計(jì)算出當(dāng)前的電池內(nèi)阻。



這種測量方法的精確度較高,控制得當(dāng)?shù)脑?,測量精度誤差可以控制在0.1%以內(nèi)。



但此法有明顯的不足之處:



(1)只能測量大容量電池或者蓄電池,小容量電池?zé)o法在2-3秒鐘內(nèi)負(fù)荷40A-80A的大電流;



(2)當(dāng)電池通過大電流時(shí),電池內(nèi)部的電極會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象,產(chǎn)生極化內(nèi)阻。故測量時(shí)間必須很短,否則測出的內(nèi)阻值誤差很大;



(3)大電流通過電池對(duì)電池內(nèi)部的電極有一定損傷。



2、交流壓降內(nèi)阻測量法。



因?yàn)殡姵貙?shí)際上等效于一個(gè)有源電阻,因此我們給電池施加一個(gè)固定頻率和固定電流(目前一般使用1KHZ頻率,50mA小電流),然后對(duì)其電壓進(jìn)行采樣,經(jīng)過整流、濾波等一系列處理后通過運(yùn)放電路計(jì)算出該電池的內(nèi)阻值。



交流壓降內(nèi)阻測量法的電池測量時(shí)間極短,一般在100毫秒左右,幾乎是一按下測量開關(guān)就測完了。呵呵。



這種測量方法的精確度也不錯(cuò),測量精度誤差一般在1%-2%之間。


此法的優(yōu)缺點(diǎn):


(1)使用交流壓降內(nèi)阻測量法可以測量幾乎所有的電池,包括小容量電池。筆記本電池電芯的內(nèi)阻測量一般都用這種辦法。


(2)交流壓降測量法的測量精度很可能會(huì)受到紋波電流的影響,同時(shí)還有諧波電流干擾的可能。這對(duì)測量儀器電路中的抗干擾能力是一個(gè)考驗(yàn)。


(3)用此法測量,對(duì)電池本身不會(huì)有太大的損害。


(4)交流壓降測量法的測量精度不如直流放電內(nèi)阻測量法。在某些內(nèi)阻在線監(jiān)控的應(yīng)用中,只能采用直流放電測量法而無法采用交流壓降測量法。


3、測試儀器的元件誤差及測試用的電池連接線問題。


無論是上述哪一種方法,都存在一些很容易被我們忽視的問題,那就是測試儀器本身的元件誤差和用于連接電池的測試線纜問題。因?yàn)橐獪y量的電池的內(nèi)阻很小,線路的電阻就要考慮進(jìn)去了。一條短短的從儀器到電池的連接線本身也存在電阻(大約也是微歐級(jí)),還有電池與連接線的接觸面也存在接觸電阻,這些因素必須都在儀器的內(nèi)部事先做好誤差調(diào)節(jié)。


所以,正規(guī)的電池內(nèi)阻測試儀一般都配有專用的連接線和電池固定架子。


四、總結(jié)。


很多老化的電池其實(shí)內(nèi)部電量還是很多,只是內(nèi)阻過大放不出電來,實(shí)在可惜。但電池的內(nèi)阻一旦增加后,要想人為降低這個(gè)內(nèi)阻值是難上加難。因此對(duì)于已經(jīng)老化的電池,我們即使想出很多辦法來“激活”它,比如大電流沖擊,小電流浮充,放冰箱。。。。等等,但大多無濟(jì)于事,回天乏術(shù)。


在了解了上述知識(shí)之后,我們基本可以知道,挑選電池要盡可能地挑選內(nèi)阻較小的電池。在進(jìn)行電池組的組合過程中(例如筆記本的電池組組合),我們要盡可能選用內(nèi)阻一致的電池。另外很重要的一點(diǎn),電池久置不用,其內(nèi)阻也會(huì)不斷增加。所以本帥哥建議大家還是要經(jīng)常使用電池來保持電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)的活性。還有就是不要選購舊的電池,比如拆機(jī)的電芯。


呵呵。寫了這么多,希望對(duì)大家有些啟發(fā)和幫助。


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