電池內阻相關基礎知識
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什么是電池的內阻?
電池的內阻是指電池在工作時,電流流過電池內部所受到的阻力,包括歐姆內阻和電化學*化內阻和離子遷移內阻等等的總稱。
歐姆內阻主要是指由電*材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成,與電池的尺寸、結構、裝配等有關。
電化學*化電阻和離子遷移*化電阻是指電池的正*與負*在進行電化學反應時*化所引起的內阻。
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。
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源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。因此我們更應該注重的是電池放出的容量而不是充入的容量。
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**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**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**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=U/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**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:
?。?)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;
?。?)當電池通過大電流時,電池內部的電*會發生*化現象,產生*化內阻。故測量時間必須很短,否則測出的內阻值誤差很大;
?。?)大電流通過電池對電池內部的電*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*短,一般在100毫秒左右。
這種測量方法的**度也不錯,測量精度誤差一般在1%~2%之間。
此法的優缺點:
?。?)使用交流壓降內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
?。?)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。因為要測量的電池的內阻很小,線路的電阻就要考慮進去了。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部事先做好誤差調節。
所以,正規的電池內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
很多老化的電池其實內部電量還是很多,只是內阻過大放不出電來,實在可惜。但電池的內阻一旦增加后,要想人為降低這個內阻值是難上加難。因此對于已經老化的電池,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,但大多無濟于事,回天乏術。在了解了上述知識之后,我們基本可以知道,挑選電池要盡可能地挑選內阻較小的電池。另外很重要的一點,電池久置不用,其內阻也會不斷增加。建議大家還是要經常使用電池來保持電池內部化學物質的活性。
思考:大家都在玩電池,你是如何挑選你的動力電池呢?它們的內阻是多少?它們的一致性如何?你的電機及電調與電池是否相配?有多少讓人困惑的問題都出在電池?