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    理士蓄電池之那些事兒:探討電池的內阻及測量方法

    時間:2019-12-20

    理士蓄電池之那些事兒:探討電池的內阻及測量方法
    每個電池都有內阻。不同類型的電池內阻不同。相同類型的電池,由于內部化學特性的不一致,內阻也不一樣。電池的內阻很小,我們一般用微歐或者毫歐的單位來定義它。
    內阻是衡量電池性能的一個重要技術指標。正常情況下,內阻小的電池的大電流放電能力強,內阻大的電池放電能力弱。
    取個簡單的例子:一臺老式的使用5號電池的數碼相機(例如耗電量很大的CANON210),使用5號堿性電池供電,可以連續拍幾十張相片;但使用5號干電池供電,只能拍上幾張就自動關機了,但干電池并不是完全沒電;再換上5號可充電鎳氫電池,可以拍的相片更多。在實際測量后我們可以知道,鎳氫電池的內阻<堿性電池的內阻<干電池的內阻。此例子說明在大電流放電的應用中,一定要選擇內阻較小的電池。
    在放電電路的原理圖上來說,我們可以把電池和內阻拆開考慮,分為一個完全沒有內阻的電池串接上一個阻值很小的電阻。此時如果外接的負載輕,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阻上(可能轉化為發熱,或者是一些復雜的逆向電化學反應)。一個可充電電池出廠時的內阻是比較小的,但經過長期使用后,由于電池內部電解液的枯竭,以及電池內部化學物質活性的降低,這個內阻會逐漸增加,直到內阻大到電池內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為內阻過大的原因而造成無使用價值,只好報廢。
    一、內阻不是一個固定的數值。
    麻煩的一點是,電池處于不同的電量狀態時,它的內阻值不一樣;電池處于不同的使用壽命狀態下,它的內阻值也不同。
    從技術的角度出發,我們一般把電池的電阻分為兩種狀態考慮:充電態內阻和放電態內阻。
    1、充電態內阻指電池完全充滿電時的所測量到的電池內阻。
    2、放電態內阻指電池充分放電后(放電到標準的截止電壓時)所測量到的電池內阻。
    一般情況下放電態的內阻是不穩定的,測量的結果也比正常值高出許多,而充電態內阻相對比較穩定,測量這個數值具有實際的比較意義。因此在電池的測量過程中,我們都以充電態內阻做為測量的標準。
    二、內阻無法用一般的方法進行精確測量。
    或許大家會說,高中物理課上有教用簡單公式+電阻箱計算電池內阻的方法。。。。。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,在實際應用上根本無法采用。
    電池的內阻很小,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,我們要求電池的內阻測量精度誤差必須控制在正負5%以內。這么小的阻值和這么精確的要求必須用專用儀器來進行測量。
    三、目前行業中應用的電池內阻測量方法。
    行業應用中,電池內阻的精確測量是通過專用設備來進行的。下面我來說說行業中應用的電池內阻測量方法。
    目前行業中應用的電池內阻測量方法主要有以下兩種:
    1、直流放電內阻測量法。
    根據物理公式R=V/I,測試設備讓電池在短時間內(一般為2-3秒)強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,并按公式計算出當前的電池內阻。
    這種測量方法的精確度較高,控制得當的話,測量精度誤差可以控制在0.1%以內。
    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,小容量電池無法在2-3秒鐘內負荷40A-80A的大電流;
    (2)當電池通過大電流時,電池內部的電極會發生極化現象,產生極化內阻。故測量時間必須很短,否則測出的內阻值誤差很大;
    (3)大電流通過電池對電池內部的電極有一定損傷。
    2、交流壓降內阻測量法。
    因為電池實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),然后對其電壓進行采樣,經過整流、濾波等一系列處理后通過運放電路計算出該電池的內阻值。
    交流壓降內阻測量法的電池測量時間極短,一般在100毫秒左右,幾乎是一按下測量開關就測完了。呵呵。
    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。
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