鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:6713次 | 2018年05月19日
電池內(nèi)阻的原理
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,我們一般用毫歐的單位來定義它。內(nèi)阻是衡量電池性能的一個重要技術(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。
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,分為一個完全沒有內(nèi)阻的電源串接上一個阻值很小的電阻。此時如果外接的負(fù)載輕,那么分配在這個小電阻上的電壓就小,反之如果外接很重的負(fù)載,那么分配在這個小電阻上的電壓就比較大,就會有一部分功率被消耗在這個內(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))。一個可充電電池出廠時的內(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,這個內(nèi)阻會逐漸增加,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值,只好報廢。因此我們更應(yīng)該注重的是電池放出的容量而不是充入的容量。
一、內(nèi)阻不是一個固定的數(shù)值
麻煩的一點(diǎn)是,電池處于不同的電量狀態(tài)時,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)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)阻相對比較穩(wěn)定,測量這個數(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=U/I,測試設(shè)備讓電池在短時間內(nèi)(一般為2~3秒)強(qiáng)制通過一個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:
?。?)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;
?。?)當(dāng)電池通過大電流時,電池內(nèi)部的電極會發(fā)生極化現(xiàn)象,產(chǎn)生極化內(nèi)阻。故測量時間必須很短,否則測出的內(nèi)阻值誤差很大;
?。?)大電流通過電池對電池內(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)際上等效于一個有源電阻,因此我們給電池施加一個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間極短,一般在100毫秒左右。
這種測量方法的精確度也不錯,測量精度誤差一般在1%~2%之間。
此法的優(yōu)缺點(diǎn):
?。?)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。
?。?)交流壓降測量法的測量精度很可能會受到紋波電流的影響,同時還有諧波電流干擾的可能。這對測量儀器電路中的抗干擾能力是一個考驗(yàn)
?。?)用此法測量,對電池本身不會有太大的損害。
?。?)交流壓降測量法的測量精度不如直流放電內(nèi)阻測量法。
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),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。