電池內(nèi)阻及簡(jiǎn)單的測(cè)試方法

1、電池內(nèi)阻及簡(jiǎn)單的測(cè)試方法電池內(nèi)阻及簡(jiǎn)單的測(cè)試方法一、什么是電池內(nèi)阻以前到商店買電池 ,營(yíng)業(yè)員都要先用小電珠試一下 ,如發(fā)光正常 ,則說明電池是好的?，F(xiàn)在電器的從業(yè)人員 ,判斷電池新舊好壞的時(shí)候 , 是先測(cè)一下開路電壓 , 再快速測(cè)一下短路電流。 例如對(duì)于普通 5號(hào)電池 , 短路電流大于 500mA , 則就是好的。 以上二個(gè)例說明了作為一種能源的 電池要求能夠輸出電流也就是能夠輸出功率 ,才能稱得上性能良好。 為 了便于分析 ,我們引入電池內(nèi)阻的概念 ,簡(jiǎn)約的說 ,電池內(nèi)阻等于開路 電壓除以短路電流。當(dāng)然這僅僅是表明內(nèi)阻的概念 , 實(shí)際上是不可能用 這個(gè)方法測(cè)試內(nèi)阻。在直流條件下我們可以給出電

2、池的直流等效電路 , 見圖一,以及公式 U=E-IR 。此式說明電池內(nèi)阻 R 越小,輸出的電流時(shí)電池電壓降就越小 ,或者說該電池能夠在大電流的條件下工作。二、測(cè)試電池內(nèi)阻的意義1、工廠中出廠檢驗(yàn)的項(xiàng)目之一2、組裝電池組時(shí) ,需挑選內(nèi)阻相近的電池單元組成一組。3、因電池的容量 Ah越大 ,內(nèi)阻就越小 ,因此可以根據(jù)內(nèi)阻大小粗略判斷電池容量 .4、電池老化和失效后突出的表現(xiàn)為內(nèi)阻增大 ,因此測(cè)試電池內(nèi)阻就可以快速判 斷出電池 的老化程度。5、電池組維護(hù)過程中 ,需要經(jīng)常測(cè)試各電池單元的內(nèi)阻 ,以便把內(nèi)阻增大的單 元挑出來 , 換個(gè)好的。三、電池內(nèi)阻的直流測(cè)量方法1、 等效電路 （見 圖一2、 測(cè)試

3、標(biāo)準(zhǔn)各種電池的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)不完全一樣 ,下面以鋰電池為例大體介紹一下測(cè)試步驟。第一步:以 0.2C/h的恒定電流充電至規(guī)定電壓 . ,例如設(shè)電池容量 C=6Ah,則 0.2C/h=0.2 6Ah/h=1.2A。第二步 :存放 1-4小時(shí)。第三步:以 0.2C/h的恒定電流 I 1放電時(shí),測(cè)出電池兩端電壓 U 1 。第四步:以 1C/h的恒定電流 I 2放電時(shí),測(cè)出電池兩端電壓 U 2 。以上各步驟在 20C 5C 的環(huán)境下完成。電池的直流內(nèi)阻 R dc =U1-U 2/I2-I 13、下面介紹一種簡(jiǎn)單的業(yè)余測(cè)試方法找一塊數(shù)字萬用表 ,高位數(shù)的較好 ,可以取 得較高的測(cè)試靈敏度。 一只放電電阻 ,

4、一只開關(guān) , 按 圖二 連接。電阻阻值的選擇 ,大體上 控制 放電 電流約為 0.1C/h至 0.2C/h。 過大的放電電流 有損 電池 且 內(nèi)阻測(cè)試 重復(fù) 性能 差 。測(cè)試步驟:(1 K 1斷開,先測(cè)出電池開路電壓 U 1。(2 K 1接通,電池開 始放電,快速 讀 出此 時(shí)的電池端電壓 U 2 。則 Rdc=(U1-U 2/(U 2/R1例 如 R 1=10 , U 1=1.521V, U 2=1.492V,算 出 I 2=U2/R1=0.1492A, 則Rdc=U1-U 2/I2=(1.521- 1.492/0.1492=0.194 =194m注意測(cè)試時(shí)需采用四端測(cè)試，即電壓表測(cè)試線和放

5、電電路接線必須 分開接觸電池的兩個(gè)端口，見圖二。四、電池內(nèi)阻的交流測(cè)量法1、簡(jiǎn)化交流等效電路見圖三。電池的實(shí)際等效電路較復(fù)雜，即有串聯(lián) 電容成份，又有并聯(lián)電容成份。電池的交流等效電路表明，在交流信號(hào)的條件下，一個(gè)電池的外部特性可以看成電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)電阻R和電容C三者相串聯(lián)。但要注意的是，對(duì)同一個(gè)電池而言，在頻率不同，信號(hào) 強(qiáng)度不同以及溫度不同時(shí),E、R、C、的數(shù)值是不同的。表一給出了不同電池在100Hz、IKHz測(cè)試條件下,作者測(cè)試的電池的阻抗、內(nèi)阻等數(shù)據(jù)。表中容抗Xc=l/2irfC,阻抗Z= Xc2+R2。表中同時(shí)給出了不同電池在溫度變化時(shí)內(nèi) 阻的變化情況。因測(cè)試條件有限，表中數(shù)據(jù)僅供參考。

6、電池品種鉛酸電池12Ah錘離子電池970nAh$1AA電池1300mAh織性電池AA開路電壓12. 82V3. 79V1. 357V1. 593V電容etc56000uFXc=2. 84dQ95000uFXc=l. 7mQ72000 u FXc=2. 2m Q2820 m FXc=56. 5mQ阻抗z12. IlmQ113. 8m Q23.7m Q140. 5mQ電陰R12. 08m Q113. 8m Q23.6m Q128. 6m QUStVHM ZHOOI電容量C692000 p FXc=2. 3m Q156000 pFXc=10. 2dQ200000u F14100 mF Xc=110.

7、 6nQ阻抗Z14.86m Q130. 2mQ25. 3m Q304. 8m Q電阻R14. 66m Q129. 8m Q25. 3m Q284m QH分R , 20*C.*113.8 mQ23.6 dQ12& 6 mQR , 309111.2 tdQ22.6 mQ115.4 mQ2、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為了便于對(duì)不同的電池 進(jìn)行比較，和準(zhǔn)確的計(jì) 量，電池內(nèi)阻的測(cè)試 必 須有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，以鋰電池交流內(nèi)阻測(cè)試為例，簡(jiǎn)單的介紹一下IEC標(biāo)準(zhǔn)主要 內(nèi)容：(1以0.2C/h的恒定電流充電至規(guī)定的電壓值。(2存放14小時(shí)。(3測(cè)試時(shí) 采 用 交 流電流電壓法 , 即讓 一個(gè) 交 流電流 Ia通過電池,然后測(cè)取電池兩端

8、的電壓降 Ua ,見 圖四 。(4測(cè)試 信 號(hào)的 頻 率為 1KHz 0.1KHz , 正 弦波 。(5測(cè)試電流為 50mA ,或者 交 流 信 號(hào)流過電池時(shí) ,在電池兩端 產(chǎn)生 的電壓降不得大于 20mV 。(6以上各步驟在 20 C 5C 的環(huán)境下完成。(7電池 交 流電阻 Rac=Ua/Ia。其 中 Ua 是電池兩端 交 流電壓降 , 有 效值。 Ia 是流過電池的 交 流電流 , 有 效值。這 里補(bǔ) 充說明一下 ,如 果 是用簡(jiǎn)單的方法測(cè)取電池兩端的電壓降 ,則實(shí)際上得到的是電池 的內(nèi)阻 抗 Z , 即 R 和 XC 的 復(fù) 數(shù)和。現(xiàn) 代 的內(nèi)阻測(cè)試 儀 器 具有 相位檢測(cè)功能 ,可以

9、測(cè)出 R 兩端的 交 流電壓降 , 從 而 可以測(cè)出電池的內(nèi)阻 R 。五 、測(cè)量電池內(nèi)阻的 產(chǎn)品 介紹現(xiàn) 國(guó) 內(nèi) 已有 電池內(nèi)阻測(cè)試 儀 器 生產(chǎn) , 我們以 DME-50 型 電池測(cè)試 儀 器為例介紹一下電池測(cè) 試 儀 的大體 情況 。該 儀 器 采 用 交 流電流電壓法測(cè)試 原理 ,測(cè)試頻率為 1KHz , 晶體穩(wěn)頻 ,四端測(cè) 試, 符合 IEC 標(biāo)準(zhǔn),測(cè)量范圍 可以達(dá) 到 0.01 m 200,分為五個(gè)量程,測(cè)試精度0.1%Rd 2個(gè)字, 由于電壓 信 號(hào)的檢測(cè) 采用了相位檢測(cè), 固能測(cè)出 R 兩端的電壓降因此實(shí)際測(cè)出的是 電池的內(nèi)阻。 儀器在測(cè)試 交流電阻時(shí), 同時(shí)也能 顯示出電池的直

10、流端電壓。 儀 器 由交 流電源 供 電。儀 器 采 用四端測(cè)試 , 為了在大量 生產(chǎn) 中 提 高測(cè)試速度 ,對(duì)于不 同 規(guī) 格 的電池 , 采用了不 同的測(cè)量 夾具。鉛酸電池, 可采用圖五所示的四端 夾子 , 按圖六 所示 的方法 夾住電池的兩個(gè)電 極。 四端測(cè)試要 領(lǐng)是, 儀器的四個(gè)測(cè)試端 點(diǎn)必須 通過導(dǎo)線夾具 接觸到電池兩個(gè)電 極的四個(gè) 點(diǎn)上,不能互相碰在一起。圓柱形 電池采用圖七所示的測(cè)試夾具。手機(jī)電池可采圖八所示雙探針 測(cè)試探頭。1KHz附件200mV六 、 自制 電池內(nèi)阻測(cè)試 附 件在業(yè)余條件下 , 花 不 多的 錢 , 自制 一個(gè)電池內(nèi)阻測(cè)試的 附 件, 再 加 上一個(gè)普通數(shù)字萬

11、用表 , 即 可以測(cè)試電池 交 流內(nèi)阻。該 附 件實(shí)際上是一個(gè) 信 號(hào)源, 它 的作用是, 提供 流過電池的 交流 信號(hào),再 由 數(shù)字萬用表測(cè)試出電池兩端的 交 流電壓降 ,從 而測(cè)試出電池的 交 流內(nèi)阻。 提供 的 交 流電流值為 100mA, 數(shù)字萬用表 置 于 200mV 交 流電壓 檔 ,這樣換 算 成電阻 即 為 2000毫歐 。本文共 介紹四種電池內(nèi)阻測(cè)試 附 件, EF-1、EF-2型為無電源式, 附件由被 測(cè)電池供電。 EF-3、 EF-4型須外接 12V直流電源這四種附件均可滿足電池質(zhì)量的鑒別以及對(duì)電池 尤其是鉛酸 電池的維護(hù)需要1、 EF-1型(1 EF-1型產(chǎn)生 的測(cè)試電

12、流為 1KHz 方 波 , 原理 圖 與印刷板 圖見 圖 九 , 附 件 由被 測(cè)電池 供 電,當(dāng) 附 件 1、 4兩端接到電池的正 負(fù) 兩個(gè)電 極 時(shí), 附 件開 始 工作。圖中 Vt1與 Vt2產(chǎn)生 1KHz 方波信號(hào), 推動(dòng) Vt3從電池 吸取約 200mA 的峰 值方波脈沖 電流。換 算成交流信號(hào),約為 有效值100mA 。此時(shí)把數(shù)字?jǐn)?shù)字萬用表 DMM 置于交流 200mV 檔時(shí),經(jīng)一只 10n 電容器 隔離 ,接到電池 兩端就可以 讀取電池兩端的 交流信號(hào)值。 設(shè)交流方波電流的 有 效值為 100mA, 如 果 DMM 顯示 值為 10.0mV , 則表 示 電池內(nèi)阻 ( 內(nèi)阻 抗

13、為 100 m。穩(wěn)壓器 7805提供 Vt1、 Vt2工作所需的穩(wěn)定的 5V 工作電壓,二極管 D1、 D2為 防止附 件接 反起保 護(hù)作用。(2實(shí)際 使 用方法見圖十。附件裝在一個(gè) 塑料小盒中, 1、 4端分別焊接紅黑 兩根測(cè)試 線 ,測(cè)試 線 的 另 一端 焊 好 鱷魚夾 。數(shù)字萬用表 DMM 的測(cè)試 線 一端也 由 表 筆改焊 上鱷魚夾 , 并定義 DMM 的 +端（紅線 為 2端, com 端（黑線為 3端, 并且 DMM 的 +端要 串聯(lián) 一只 10n 的電容器。測(cè)試時(shí) , 最好 附件 的 1、 4兩根測(cè)試 線并 在一 起 , DMM 的 2、 3兩根 線并 在一 起 以 防止干擾

14、。先把 DMM2 、 3端 鱷魚 夾夾在電池 +、 -極上, 待萬用表 顯示數(shù)字回零后,再把 附件的 1、 4端夾上去 , 即可讀取電表顯示的電池內(nèi)阻 讀數(shù)。（3 儀器 讀數(shù)的 校 準(zhǔn)由 于測(cè)試的 交 流 信 號(hào)是方 波 ,不是正 弦波 , 各種數(shù)字萬用表 響應(yīng) 的靈敏度可能 會(huì)有差別 , 因此附件需要 校準(zhǔn), 具體的校準(zhǔn)的步驟是:A 、找一個(gè)內(nèi)阻較小的 12V 鉛酸蓄 電池,用附件先估測(cè)出的 它 的內(nèi)阻值 ,例如為 20 m 。B 、找一只 1左右的, 已知準(zhǔn)確阻值的電阻,設(shè)為 1.011 也即 1011 m,把此電阻 焊 在電池的正 極 ,或者 使它 們 盡 可能接 觸 良好。然后測(cè)試 串

15、有 標(biāo)準(zhǔn)電阻的 總的電阻值,此時(shí) DMM 讀數(shù)應(yīng)為 1011+20 =1031 m, 也 即 103.1mV ,如不是可 調(diào)節(jié) EF-1的 R5阻值, 使顯示 準(zhǔn)確。調(diào)節(jié) R5阻值的方法,可采 取 改變并聯(lián) 電阻阻值的方法。如找不到內(nèi)阻較小的電池 , 也 即 電池內(nèi) 阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻相 差不大時(shí),則上 述步驟要 重復(fù)二三 次。另外要說明的是, 被測(cè)阻值 會(huì)影響測(cè)試電流的大小,因此在以測(cè)試小阻值為 主的情況下,上述校準(zhǔn)時(shí) , 可把讀數(shù)減少百 分之五左右 , EF-1型適用于 12-24V 鉛酸蓄 電池內(nèi)阻的測(cè)試。2、 EF-2型EF-2型附 件 原理 圖和 印刷板 圖見 圖 十EF-2 型與 EF-

16、1 型的差別是把 7805 穩(wěn)壓器改成電壓可調(diào)的穩(wěn)壓器， 以方便于 DMM 電表讀數(shù) 的校準(zhǔn)，而不需要調(diào)節(jié) R5 了。此穩(wěn)壓器為集電極輸出型穩(wěn)壓器，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)輸入輸出之間壓差 低到 0.2V 時(shí)也能工作。另外當(dāng)輸入輸出之間壓差變化較大時(shí)，耗電小，變化也小。缺點(diǎn)是 需 要觸發(fā)才能工作。 C4， R10、Vt6 組成觸發(fā)電路。當(dāng)附件 1、4 端接觸被測(cè)電池一瞬間， C4 充電，從而觸使 Vt6 導(dǎo)電、 Vt7 導(dǎo)電， Vt7 集電極輸出電壓，使 R9 有電流流過， Vt5 導(dǎo)電，加強(qiáng) Vt7 導(dǎo)電 。C4 充電結(jié)束后，由 Vt5 控 Vt7，穩(wěn)壓過程是如輸出電壓增高， Vt4 導(dǎo)電增強(qiáng)， Vt5 導(dǎo)

17、電減弱， Vt7 導(dǎo)電減弱，輸出電壓下降。 測(cè)試校準(zhǔn)時(shí)，調(diào)節(jié) W1 即可調(diào)節(jié)輸出脈沖信號(hào)的幅度，進(jìn)行 DMM 讀數(shù)的校準(zhǔn)。 EF-2 型附件適合測(cè)試6-24V 鉛酸蓄電池的內(nèi)阻。 如測(cè)試高于 30V 電壓的電池，則圖中 Vt5 、 Vt6 、Vt7 需要換成高耐壓的晶體管 3、EF-3 型內(nèi)阻測(cè)試附件 EF-1、 2 型附件存在以下幾個(gè)缺點(diǎn) （1）低于 6V 不能工作 （2）要消耗被測(cè)電池的電流 （3）測(cè)試信號(hào)不是正弦波 EF-3、 4 型附件可以解決這幾個(gè)問題， 但使用時(shí)需要自備 12V 電源， 消耗電流約為約為 50mA。 EF-3 的原理圖見圖十二。 EF-3 主要部分是一個(gè) 1KHz

18、正弦波振蕩器，集成運(yùn)放 LF351，6 腳輸出 1KHz 信號(hào)推動(dòng) Vt2 、Vt3 輸出 100mA 正弦波電流。 6F351 組成文氏電橋振蕩器，振蕩頻率由 R1、R2、C1、C2 決定，電路的其它部分構(gòu)成振蕩 幅度穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電路。 Vt1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管起可調(diào)電阻作用，其阻值由 G 極電位控制。對(duì)應(yīng)于集 成電路 2、3 腳， R1、 R2、 C1、 C2 實(shí)際上構(gòu)成正反饋電路， R3、R4 和 Vt1 的 DS 電阻構(gòu)成負(fù)反 饋電路。 穩(wěn)幅過程是：當(dāng)集成電路 6 腳的交流正弦波信號(hào)經(jīng)倍壓整流后的峰值超過電位器 B 點(diǎn)電位 時(shí)，便有直流電流經(jīng) D1、D2 方向流動(dòng)，使 Vt1 場(chǎng)效應(yīng)管 G 極電位變負(fù)，場(chǎng)效應(yīng)管 DS 電阻變大， 負(fù)反饋加強(qiáng)，使振蕩幅度變?nèi)?。 EF-3 型由外接 12V 電源供電， Z1 和 R12 組成穩(wěn)壓分壓器。對(duì)于集成電路而言，分壓器的 中點(diǎn) A 是公共端，也就是地端，外接電源的正端相對(duì) A 端來說是 +6V，外接電源的負(fù)端相對(duì) A 端來說是 -6V 。當(dāng)把 A 端看成地端后，分析電路的工作原理就容易多了。 EF-3 的供電可以由交流適配器供電，也可以由專用電池供電。 EF-3 型的使用方法 （1） 零點(diǎn)檢查：找一根數(shù)厘米長(zhǎng)的銅絲，粗細(xì)不限。 EF-3 型附件的