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电池内阻及其测量方法 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2023-07-17
H<3:1*E  
   众所周知每个电池都有内阻。不同类型的电池内阻不同。相同类型的电池,由于内部化学特性的不一致,内阻也不一样。电池的内阻很小,我们一般用微欧或者毫欧的单位来定义它。 U+R9bn   
w3;{z ,,T  
  内阻是衡量电池性能的一个重要技术指标。正常情况下,内阻小的电池的大电流放电能力强,内阻大的电池放电能力弱。 B@v (ZY  
  从电工基础原理来解释,我们可以把电池和内阻分开考虑,分为一个完全没有内阻的电池串接上一个阻值很小的电阻。此时如果外接的负载轻,那么分配在这个小电阻上的电压就小,反之如果外接很重的负载,那么分配在这个小电阻上的电压就比较大,就会有一部分功率被消耗在这个内阻上(可能转化为发热,或者是一些复杂的逆向电化学反应)。一个可充电电池出厂时的内阻是比较小的,但经过长期使用后,由于电池内部电解液的枯竭,以及电池内部化学物质活性的降低,这个内阻会逐渐增加,直到内阻大到电池内部的电量无法正常释放出来,此时电池也就“寿终正寝”了。绝大部分老化的电池都是因为内阻过大的原因而造成无使用价值,只好报废。 $xCJ5M4  
Zv2]X-  
  1.内阻不是一个固定的数值。 T"t.t%(8  
+@c$n `>)  
  麻烦的一点是,电池处于不同的电量状态时,它的内阻值不一样;电池处于不同的使用寿命状态下,它的内阻值也不同。 m# ig.z|A  
  从技术的角度出发,我们一般把电池的电阻分为两种状态考虑:充电态内阻和放电态内阻。 /;vHAtt;f  
5{WvV%  
  (1) 充电态内阻指电池完全充满电时的所测量到的电池内阻。 Rn`DUYg  
6Eus_aP  
  (2) 放电态内阻指电池充分放电后(放电到标准的截止电压时)所测量到的电池内阻。 A2p%Y},  
  一般情况下放电态的内阻是不稳定的,测量的结果也比正常值高出许多,而充电态内阻相对比较稳定,测量这个数值具有实际的比较意义。因此在电池的测量过程中,我们都以充电态内阻做为测量的标准。 [:}"MdU'  
z_=V6MDM  
  2. 内阻无法用一般的方法进行精确测量 d^v.tYM$N  
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  或许大家会说,高中物理课上有教用简单公式+电阻箱计算电池内阻的方法……但物理课本上教的用电阻箱推算的算法精度太低,只能用于理论的教学,在实际应用上根本无法采用。 Ck>]+rl  
  电池的内阻很小,我们一般用微欧或者毫欧的单位来定义它。在一般的测量场合,我们要求电池的内阻测量精度误差必须控制在±5%以内。这么小的阻值和这么精确的要求必须用专用仪器来进行测量。 g_! xD;0  
V6h8+|hK  
  3.目前行业中应用的电池内阻测量方法。 @,}tY ?>a  
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  3.1直流放电内阻测量法 ImD&~^-_<  
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  根据物理公式R=U/I,测试设备让电池在短时间内(一般为2-3s)强制通过一个很大的恒定直流电流(目前一般使用40A-80A的大电流),测量此时电池两端的电压,并按公式计算出当前的电池内阻。 :Bu)cy#/[  
  这种测量方法的精确度较高,控制得当的话,测量精度误差可以控制在0.1%以内。 Y^U^yh_!^  
  但此法有以下明显的不足之处: R~|(]#com  
  (1)只能测量大容量电池或者蓄电池,小容量电池无法在2-3s内负荷40A-80A的大电流; 0I do_V  
  (2)当电池通过大电流时,电池内部的电极会发生极化现象,产生极化内阻。故测量时间必须很短,否则测出的内阻值误差很大; @v!#_%J  
  (3)大电流通过电池对电池内部的电极有一定损伤。 sIl&\g<b  
TDW D8??e  
  3.2交流压降内阻测量法 &OEBAtc/  
.|TF /b]  
  因为电池实际上等效于一个有源电阻,因此我们给电池施加一个固定频率和固定电流(目前一般使用1kHz频率,50mA小电流),然后对其电压进行采样,经过整流、滤波等一系列处理后通过运放电路计算出该电池的内阻值。 Ir*{IVvej  
  交流压降内阻测量法的电池测量时间极短,一般在100ms左右,几乎是一按下测量开关就测完了。 ~ahu{A4Bw  
  这种测量方法的精确度也不错,测量精度误差一般在1%~2%之间。 D$rn?@&g  
gp H@F X  
  此法也存在下述优缺点: jIHY[yDT  
1!E}A!;  
  (1)使用交流压降内阻测量法可以测量几乎所有的电池,包括小容量电池。笔记本电池电芯的内阻测量一般都用这种办法。 9#~jlq(  
  (2)交流压降测量法的测量精度很可能会受到纹波电流的影响,同时还有谐波电流干扰的可能。这对测量仪器电路中的抗干扰能力是一个考验。 V%C'@m(/SZ  
  (3)用此法测量,对电池本身不会有太大的损害。 fZJM'+J@A  
  (4)交流压降测量法的测量精度不如直流放电内阻测量法。在某些内阻在线监控的应用中,只能采用直流放电测量法而无法采用交流压降测量法。 fi&>;0?7  
3hzz*9/n  
  3.3测试仪器的元件误差及测试用的电池连接线问题 Wg8*;dvtM  
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  无论是上述哪一种方法,都存在一些很容易被我们忽视的问题,那就是测试仪器本身的元件误差和用于连接电池的测试线缆问题。因为要测量的电池的内阻很小,线路的电阻就要考虑进去了。一条短短的从仪器到电池的连接线本身也存在电阻(大约也是微欧级),还有电池与连接线的接触面也存在接触电阻,这些因素必须都在仪器的内部事先做好误差调节。 8)83j6VF  
  所以,正规的电池内阻测试仪一般都配有专用的连接线和电池固定架子。 NpbZt;%t  
XXD4T9Wy  
4.总结 "tDB[?  
"1p, r&}  
很多老化的电池其实内部电量还是很多,只是内阻过大放不出电来,实在可惜。但电池的内阻一旦增加后,要想人为降低这个内阻值是非常之难的。因此对于已经老化的电池,我们即使想出很多办法来“激活”它,比如大电流冲击,小电流浮充,放冰箱冷却等等,但大多无济于事,回天乏术。 ^ 7)H;$  
  在了解了上述知识之后,我们基本可以知道,挑选电池要尽可能地挑选内阻较小的电池。在进行电池组的组合过程中(例如笔记本的电池组组合),我们要尽可能选用内阻一致的电池。另外很重要的一点,电池久置不用,其内阻也会不断增加。所以建议大家还是要经常使用电池来保持电池内部化学物质的活性。还有就是不要选购旧的电池,比如拆机的电芯。 uNqN &7g  
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文章出自: 世科网 Odw9]`,T  
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