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電池內阻的測定

發布時間:2021-09-29
? ? ? ?電池內阻是指電流通過電池時所受到的阻力,它包括歐姆電阻和電極在電化學反應時所表現的極化電阻。歐姆電阻主要由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻構成。內阻的高低直接決定了電池工作電壓的高低。在同類型電池中,一般說來,內阻低的電池其電壓特性也較好。不同種類的電池其內阻是不同的,如鉛酸蓄電池內阻只有1032 ,沒有放過電的Zn-MnO,干電池內阻一般為0.2 ~ 0.519 , Cd-Ni電池為30~ 100mQ , MH-Ni電池為15 ~ 50m92。同系列不同型號的化學電源其內阻也是不同的,一般容量越高的電池其內阻愈低(對單體電池而言)。如AA型MH-Ni電池的內阻為15 ~ 20mQ , AAA型電池內阻為20 ~ 30mQ ,而AAAA型MH-Ni電池的內阻一般在30mQ以上。

? ? ? ?電池內阻與普通電阻元件不同,它是有源元件,不能用普通萬用表測量,必須用特殊方法測量,包括方波電流法、交流電橋法、交流阻抗法、直流伏安法、短路電流法、脈沖電流法等。

? ? ? ?電池內阻測定的等效電路如圖2-17所示。圖中R。為電池的歐姆內阻, R為電池的極化電阻, C.為兩極板的雙電層電容。在一些簡單的測量方法中,如直流伏安法、短路電流法等,通常忽略雙電層電容的影響,將電路進一步簡化為純電阻電路。

? ? ? ?常見的這些內阻儀表一般都是采用交流法測試電池內阻。它利用電池等效于一個有源電阻的特點,給被測電池通以恒定交流電流(一般為1000Hz , 50mA) , 然后對其進行電壓采樣、整流濾波等一系列處理 ,從而精確測得電池的內阻值。

? ? ? ?電池的內阻與電池測試時所處的狀態是相關的,充電態與放電態電池的內阻就有著一定的區別。因此,在標注電池內阻時,應注明電池的荷電狀態。圖2-18是電池內阻與電池所處狀態的關系圖。

? ? ? ?在放電電路的原理圖上來說,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。因此更應注重的是電池放出的容量而不是充入的容量。

? ? ? ?內阻不是一個固定的數值,處于不同的電量狀態時,它的內阻值不-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, -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。充電態內阻指電池完全充滿電時的所測量到的電池內: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,都以充電態內阻作為測量的標準。

? ? ? ?內阻無法用一般的方法進行精確測量。電池的內阻很小,一般用微歐或者毫歐的單位來定義它。在一般的測量場合,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。

? ? ? ?目前行業中電池內阻的精確測量是通過專用設備來進行的。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2~3s )強制通過一個很大的恒定直流電流(目前一般使用40 ~ 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: a.只能測量大容量電池或者蓄電池,小容量電池無法在2 ~ 3s內負荷40 ~ 80A的大電流; b.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; c.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100ms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。此法的優缺點: a.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; b.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; C.用此法測量對電池本身不會有太大的損害; d.交流壓降測量法的測量精度不如直流放電內阻測量法。

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