理士蓄電池之那些事兒：探討電池的內(nèi)阻及測(cè)量方法
發(fā)布時(shí)間：2017-11-29 點(diǎn)擊數(shù)：1309
每個(gè)理士電池都有內(nèi)阻。不同類型的電池內(nèi)阻不同。相同類型的電池，由于內(nèi)部化學(xué)特性的不一致，內(nèi)阻也不一樣。電池的內(nèi)阻很小，我們一般用微歐或者毫歐的單位來(lái)定義它。
內(nèi)阻是衡量電池性能的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。正常情況下，內(nèi)阻小的電池的大電流放電能力強(qiáng)，內(nèi)阻大的電池放電能力弱。
取個(gè)簡(jiǎn)單的例子：一臺(tái)老式的使用5號(hào)電池的數(shù)碼相機(jī)（例如耗電量很大的CANON210），使用5號(hào)堿性電池供電，可以連續(xù)拍幾十張相片；但使用5號(hào)干電池供電，只能拍上幾張就自動(dòng)關(guān)機(jī)了，但干電池并不是完全沒電；再換上5號(hào)可充電鎳氫電池，可以拍的相片更多。在實(shí)際測(cè)量后我們可以知道，鎳氫電池的內(nèi)阻<堿性電池的內(nèi)阻<干電池的內(nèi)阻。此例子說(shuō)明在大電流放電的應(yīng)用中，一定要選擇內(nèi)阻較小的理士電池。
在放電電路的原理圖上來(lái)說(shuō)，我們可以把電池和內(nèi)阻拆開考慮，分為一個(gè)完全沒有內(nèi)阻的電池串接上一個(gè)阻值很小的電阻。此時(shí)如果外接的負(fù)載輕，那么分配在這個(gè)小電阻上的電壓就小，反之如果外接很重的負(fù)載，那么分配在這個(gè)小電阻上的電壓就比較大，就會(huì)有一部分功率被消耗在這個(gè)內(nèi)阻上（可能轉(zhuǎn)化為發(fā)熱，或者是一些復(fù)雜的逆向電化學(xué)反應(yīng)）。一個(gè)可充電電池出廠時(shí)的內(nèi)阻是比較小的，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后，由于電池內(nèi)部電解液的枯竭，以及電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)活性的降低，這個(gè)內(nèi)阻會(huì)逐漸增加，直到內(nèi)阻大到電池內(nèi)部的電量無(wú)法正常釋放出來(lái)，此時(shí)電池也就“壽終正寢”了。絕大部分老化的電池都是因?yàn)閮?nèi)阻過(guò)大的原因而造成無(wú)使用價(jià)值，只好報(bào)廢。
一、內(nèi)阻不是一個(gè)固定的數(shù)值。
麻煩的一點(diǎn)是，電池處于不同的電量狀態(tài)時(shí)，它的內(nèi)阻值不一樣；電池處于不同的使用壽命狀態(tài)下，它的內(nèi)阻值也不同。
從技術(shù)的角度出發(fā)，我們一般把電池的電阻分為兩種狀態(tài)考慮：充電態(tài)內(nèi)阻和放電態(tài)內(nèi)阻。
1、充電態(tài)內(nèi)阻指電池完全充滿電時(shí)的所測(cè)量到的電池內(nèi)阻。
2、放電態(tài)內(nèi)阻指電池充分放電后（放電到標(biāo)準(zhǔn)的截止電壓時(shí)）所測(cè)量到的電池內(nèi)阻。
一般情況下放電態(tài)的內(nèi)阻是不穩(wěn)定的，測(cè)量的結(jié)果也比正常值高出許多，而充電態(tài)內(nèi)阻相對(duì)比較穩(wěn)定，測(cè)量這個(gè)數(shù)值具有實(shí)際的比較意義。因此在電池的測(cè)量過(guò)程中，我們都以充電態(tài)內(nèi)阻做為測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)。
二、內(nèi)阻無(wú)法用一般的方法進(jìn)行精確測(cè)量。
或許大家會(huì)說(shuō)，高中物理課上有教用簡(jiǎn)單公式+電阻箱計(jì)算電池內(nèi)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(xué)，在實(shí)際應(yīng)用上根本無(wú)法采用。
電池的內(nèi)阻很小，我們一般用微歐或者毫歐的單位來(lái)定義它。在一般的測(cè)量場(chǎng)合，我們要求電池的內(nèi)阻測(cè)量精度誤差必須控制在正負(fù)5％以內(nèi)。這么小的阻值和這么精確的要求必須用專用儀器來(lái)進(jìn)行測(cè)量。
三、目前行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測(cè)量方法。
行業(yè)應(yīng)用中，電池內(nèi)阻的精確測(cè)量是通過(guò)專用設(shè)備來(lái)進(jìn)行的。下面我來(lái)說(shuō)說(shuō)行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測(cè)量方法。
目前行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測(cè)量方法主要有以下兩種：
1、直流放電內(nèi)阻測(cè)量法。
根據(jù)物理公式R=V/I，測(cè)試設(shè)備讓電池在短時(shí)間內(nèi)（一般為2-3秒）強(qiáng)制通過(guò)一個(gè)很大的恒定直流電流（目前一般使用40A-80A的大電流），測(cè)量此時(shí)電池兩端的電壓，并按公式計(jì)算出當(dāng)前的電池內(nèi)阻。
這種測(cè)量方法的精確度較高，控制得當(dāng)?shù)脑挘瑴y(cè)量精度誤差可以控制在0.1％以內(nèi)。
但此法有明顯的不足之處：
（1）只能測(cè)量大容量電池或者蓄電池，小容量電池?zé)o法在2-3秒鐘內(nèi)負(fù)荷40A-80A的大電流；
（2）當(dāng)電池通過(guò)大電流時(shí)，電池內(nèi)部的電極會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象，產(chǎn)生極化內(nèi)阻。故測(cè)量時(shí)間必須很短，否則測(cè)出的內(nèi)阻值誤差很大；
（3）大電流通過(guò)電池對(duì)電池內(nèi)部的電極有一定損傷。
2、交流壓降內(nèi)阻測(cè)量法。
因?yàn)殡姵貙?shí)際上等效于一個(gè)有源電阻，因此我們給電池施加一個(gè)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(duì)其電壓進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)整流、濾波等一系列處理后通過(guò)運(yùn)放電路計(jì)算出該電池的內(nèi)阻值。
交流壓降內(nèi)阻測(cè)量法的電池測(cè)量時(shí)間極短，一般在100毫秒左右，幾乎是一按下測(cè)量開關(guān)就測(cè)完了。呵呵。
這種測(cè)量方法的精確度也不錯(cuò)，測(cè)量精度誤差一般在1％-2％之間。
內(nèi)阻是衡量電池性能的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。正常情況下，內(nèi)阻小的電池的大電流放電能力強(qiáng)，內(nèi)阻大的電池放電能力弱。
取個(gè)簡(jiǎn)單的例子：一臺(tái)老式的使用5號(hào)電池的數(shù)碼相機(jī)（例如耗電量很大的CANON210），使用5號(hào)堿性電池供電，可以連續(xù)拍幾十張相片；但使用5號(hào)干電池供電，只能拍上幾張就自動(dòng)關(guān)機(jī)了，但干電池并不是完全沒電；再換上5號(hào)可充電鎳氫電池，可以拍的相片更多。在實(shí)際測(cè)量后我們可以知道，鎳氫電池的內(nèi)阻<堿性電池的內(nèi)阻<干電池的內(nèi)阻。此例子說(shuō)明在大電流放電的應(yīng)用中，一定要選擇內(nèi)阻較小的理士電池。
在放電電路的原理圖上來(lái)說(shuō)，我們可以把電池和內(nèi)阻拆開考慮，分為一個(gè)完全沒有內(nèi)阻的電池串接上一個(gè)阻值很小的電阻。此時(shí)如果外接的負(fù)載輕，那么分配在這個(gè)小電阻上的電壓就小，反之如果外接很重的負(fù)載，那么分配在這個(gè)小電阻上的電壓就比較大，就會(huì)有一部分功率被消耗在這個(gè)內(nèi)阻上（可能轉(zhuǎn)化為發(fā)熱，或者是一些復(fù)雜的逆向電化學(xué)反應(yīng)）。一個(gè)可充電電池出廠時(shí)的內(nèi)阻是比較小的，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后，由于電池內(nèi)部電解液的枯竭，以及電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)活性的降低，這個(gè)內(nèi)阻會(huì)逐漸增加，直到內(nèi)阻大到電池內(nèi)部的電量無(wú)法正常釋放出來(lái)，此時(shí)電池也就“壽終正寢”了。絕大部分老化的電池都是因?yàn)閮?nèi)阻過(guò)大的原因而造成無(wú)使用價(jià)值，只好報(bào)廢。
一、內(nèi)阻不是一個(gè)固定的數(shù)值。
麻煩的一點(diǎn)是，電池處于不同的電量狀態(tài)時(shí)，它的內(nèi)阻值不一樣；電池處于不同的使用壽命狀態(tài)下，它的內(nèi)阻值也不同。
從技術(shù)的角度出發(fā)，我們一般把電池的電阻分為兩種狀態(tài)考慮：充電態(tài)內(nèi)阻和放電態(tài)內(nèi)阻。
1、充電態(tài)內(nèi)阻指電池完全充滿電時(shí)的所測(cè)量到的電池內(nèi)阻。
2、放電態(tài)內(nèi)阻指電池充分放電后（放電到標(biāo)準(zhǔn)的截止電壓時(shí)）所測(cè)量到的電池內(nèi)阻。
一般情況下放電態(tài)的內(nèi)阻是不穩(wěn)定的，測(cè)量的結(jié)果也比正常值高出許多，而充電態(tài)內(nèi)阻相對(duì)比較穩(wěn)定，測(cè)量這個(gè)數(shù)值具有實(shí)際的比較意義。因此在電池的測(cè)量過(guò)程中，我們都以充電態(tài)內(nèi)阻做為測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)。
二、內(nèi)阻無(wú)法用一般的方法進(jìn)行精確測(cè)量。
或許大家會(huì)說(shuō)，高中物理課上有教用簡(jiǎn)單公式+電阻箱計(jì)算電池內(nèi)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(xué)，在實(shí)際應(yīng)用上根本無(wú)法采用。
電池的內(nèi)阻很小，我們一般用微歐或者毫歐的單位來(lái)定義它。在一般的測(cè)量場(chǎng)合，我們要求電池的內(nèi)阻測(cè)量精度誤差必須控制在正負(fù)5％以內(nèi)。這么小的阻值和這么精確的要求必須用專用儀器來(lái)進(jìn)行測(cè)量。
三、目前行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測(cè)量方法。
行業(yè)應(yīng)用中，電池內(nèi)阻的精確測(cè)量是通過(guò)專用設(shè)備來(lái)進(jìn)行的。下面我來(lái)說(shuō)說(shuō)行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測(cè)量方法。
目前行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測(cè)量方法主要有以下兩種：
1、直流放電內(nèi)阻測(cè)量法。
根據(jù)物理公式R=V/I，測(cè)試設(shè)備讓電池在短時(shí)間內(nèi)（一般為2-3秒）強(qiáng)制通過(guò)一個(gè)很大的恒定直流電流（目前一般使用40A-80A的大電流），測(cè)量此時(shí)電池兩端的電壓，并按公式計(jì)算出當(dāng)前的電池內(nèi)阻。
這種測(cè)量方法的精確度較高，控制得當(dāng)?shù)脑挘瑴y(cè)量精度誤差可以控制在0.1％以內(nèi)。
但此法有明顯的不足之處：
（1）只能測(cè)量大容量電池或者蓄電池，小容量電池?zé)o法在2-3秒鐘內(nèi)負(fù)荷40A-80A的大電流；
（2）當(dāng)電池通過(guò)大電流時(shí)，電池內(nèi)部的電極會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象，產(chǎn)生極化內(nèi)阻。故測(cè)量時(shí)間必須很短，否則測(cè)出的內(nèi)阻值誤差很大；
（3）大電流通過(guò)電池對(duì)電池內(nèi)部的電極有一定損傷。
2、交流壓降內(nèi)阻測(cè)量法。
因?yàn)殡姵貙?shí)際上等效于一個(gè)有源電阻，因此我們給電池施加一個(gè)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(duì)其電壓進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)整流、濾波等一系列處理后通過(guò)運(yùn)放電路計(jì)算出該電池的內(nèi)阻值。
交流壓降內(nèi)阻測(cè)量法的電池測(cè)量時(shí)間極短，一般在100毫秒左右，幾乎是一按下測(cè)量開關(guān)就測(cè)完了。呵呵。
這種測(cè)量方法的精確度也不錯(cuò)，測(cè)量精度誤差一般在1％-2％之間。