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电池内阻的测定

发布时间:2020-08-17 17:11人气:
 
 
       电池内阻是指电流通过电池时所受到的阻力,它包括欧姆电阻和电极在电化学反应时所表现的极化电阻。欧姆电阻主要由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻构成。内阻的高低直接决定了电池工作电压的高低。在同类型电池中,一般说来,内阻低的电池其电压特性也较好。不同种类的电池其内阻是不同的,如铅酸蓄电池内阻只有1032 ,没有放过电的Zn-MnO,干电池内阻一般为0.2 ~ 0.519 , Cd-Ni电池为30~ 100mQ , MH-Ni电池为15 ~ 50m92。同系列不同型号的化学电源其内阻也是不同的,一般容量越高的电池其内阻愈低(对单体电池而言)。如AA型MH-Ni电池的内阻为15 ~ 20mQ , AAA型电池内阻为20 ~ 30mQ ,而AAAA型MH-Ni电池的内阻一般在30mQ以上。

       电池内阻与普通电阻元件不同,它是有源元件,不能用普通万用表测量,必须用特殊方法测量,包括方波电流法、交流电桥法、交流阻抗法、直流伏安法、短路电流法、脉冲电流法等。

       电池内阻测定的等效电路如图2-17所示。图中R。为电池的欧姆内阻, R为电池的极化电阻, C.为两极板的双电层电容。在一些简单的测量方法中,如直流伏安法、短路电流法等,通常忽略双电层电容的影响,将电路进一步简化为纯电阻电路。

       常见的这些内阻仪表一般都是采用交流法测试电池内阻。它利用电池等效于一个有源电阻的特点,给被测电池通以恒定交流电流(一般为1000Hz , 50mA) , 然后对其进行电压采样、整流滤波等一系列处理 ,从而精确测得电池的内阻值。

       电池的内阻与电池测试时所处的状态是相关的,充电态与放电态电池的内阻就有着一定的区别。因此,在标注电池内阻时,应注明电池的荷电状态。图2-18是电池内阻与电池所处状态的关系图。

       在放电电路的原理图上来说,可以把电池和内阻拆开考虑,分为一个完全没有内阻的电源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。因此更应注重的是电池放出的容量而不是充入的容量。

       内阻不是一个固定的数值,处于不同的电量状态时,它的内阻值不-样;电池处于不同的使用寿命状态下,它的内阻值也不同。从技术的角度出发, -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。充电态内阻指电池完全充满电时的所测量到的电池内: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。

       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,都以充电态内阻作为测量的标准。

       内阻无法用一般的方法进行精确测量。电池的内阻很小,一般用微欧或者毫欧的单位来定义它。在一般的测量场合,要求电池的内阻测量精度误差必须控制在正负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。

       目前行业中电池内阻的精确测量是通过专用设备来进行的。方法主要有以下两种。

       ①直流放电内阻测量法。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40 ~ 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。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。但此法有明显的不足之处: a.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40 ~ 80A的大电流; b.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; c.大电流通过电池对电池内部的电极有一定损伤。

       ②交流压降内阻测量法。因为电池实际上等效于一个有源电阻,因此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。交流压降内阻测量法的电池测量时间极短,一般在100ms左右。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。此法的优缺点: a.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; b.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; C.用此法测量对电池本身不会有太大的损害; d.交流压降测量法的测量精度不如直流放电内阻测量法。

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