電池內(nèi)阻及簡單的測試方法

1、電池內(nèi)阻及簡單的測試方法一、什么是電池內(nèi)阻以前到商店買電池,營業(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候,是先測一下開路電壓, 再快速測一下短路電流。 例如對于普通 5號電池,短路電流大于 500mA , 則就是好的。 以上二個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,簡約的說,電池內(nèi)阻等于開路電壓除以短路電流。當然這僅僅是表明內(nèi)阻的概念, 實際上是不可能用這個方法測試內(nèi)阻。在直流條件下我們可以給出電池的直流等效電路,見圖一,以及公式 U=E-IR。此式說明

2、電池內(nèi)阻 R 越小,輸出的電流時電池電壓降就越小,或者說該電池能夠在大電流的條件下工作。二、測試電池內(nèi)阻的意義1、工廠中出廠檢驗的項目之一2、組裝電池組時,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、電池組維護過程中,需要經(jīng)常測試各電池單元的內(nèi)阻,以便把內(nèi)阻增大的單元挑出來, 換個好的。三、電池內(nèi)阻的直流測量方法1、 等效電路(見 圖一 2、 測試標準各種電池的測試標準不完全一樣,下面以鋰電池為例大體介紹一下測試步驟。第一步:以

3、 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。第三步:以 0.2C/h的恒定電流 I 1放電時,測出電池兩端電壓 U 1 。第四步:以 1C/h的恒定電流 I 2放電時,測出電池兩端電壓 U 2 。以上各步驟在 20°C ±5°C 的環(huán)境下完成。電池的直流內(nèi)阻 R dc =U1-U 2/I2-I 1 。3、下面介紹一種簡單的業(yè)余測試方法 找一塊數(shù)字萬用表,高位數(shù)的較好,可以取得較高的測試靈敏度。 一只放電電阻, 一只開關(guān),按 圖二 連接。電阻阻值的選擇,大體上 控

4、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)阻測試 重復 性能 差 。測試步驟:(1 K 1斷開,先測出電池開路電壓 U 1。(2 K 1接通,電池開 始 放電,快速 讀 出此時的電池端電壓 U 2 。則 Rdc=(U1-U 2/(U 2/R1注 意測試時需 采 用四端測試, 即 電壓表測試 線 和放電電路接 線 必須 分開接 觸 電池的兩個端 口 ,見 圖二 。四、電池內(nèi)阻的 交 流測量法 1、簡化 交 流等效電路見 圖三 。電池的實際等效電路較 復雜 , 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 號的條

5、件下,一個電池的 外部特 性可以 看 成電 動勢 E 、內(nèi)電阻 R 和電容 C 三者相 串聯(lián) 。 但 要 注 意的是,對 同 一個電池 而言 ,在 頻 率不 同 , 信 號 強 度不 同以及 溫 度不 同 時, E 、 R 、 C 、 的數(shù)值是不 同 的。 表一給出了不 同 電池在 100Hz 、1KHz 測試條件下,作者測試的電池的阻 抗 、內(nèi)阻等數(shù)據(jù)。表中容 抗 Xc=1/2fC, 阻 抗 Z= Xc2+R2 。 表中 同 時給出了不 同 電池在 溫 度 變 化時內(nèi)阻的 變 化情況 。因測試條件 有限 ,表中數(shù)據(jù)僅 供參考 。 2、測試標準為了便于對不 同 的電池 進行比 較,和準 確 的

6、 計 量,電池內(nèi)阻的測試 必須有 一個標準,以鋰 電池 交 流內(nèi)阻測試為例,簡單的介紹一下 IEC 標準 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 1-4小時。 (3測試時 采 用 交 流電流電壓法, 即讓 一個 交 流電流 Ia通過電池,然后測取電池兩端的電壓降 Ua ,見 圖四 。(4測試 信 號的 頻 率為 1KHz ±0.1KHz ,正 弦波 。(5測試電流為 50mA ,或者 交 流 信 號流過電池時,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 ±5°C 的環(huán)境下完成。(7電池 交

7、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 充說明一下,如 果 是用簡單的方法測取電池兩端的電壓降,則實際上得到的是電池 的內(nèi)阻 抗 Z , 即 R 和 XC 的 復 數(shù)和?，F(xiàn) 代 的內(nèi)阻測試 儀 器 具有 相位檢測功能,可以測出 R 兩端的 交 流電壓降,從 而 可以測出電池的內(nèi)阻 R 。五 、測量電池內(nèi)阻的 產(chǎn)品 介紹現(xiàn) 國 內(nèi) 已有 電池內(nèi)阻測試 儀 器 生產(chǎn) ,我們以 DME-50型 電池測試 儀 器為例介紹一下電池測 試 儀 的大體 情況 。該 儀 器 采 用 交 流電流電壓法測試 原理 ,測

8、試 頻 率為 1KHz , 晶 體 穩(wěn)頻 ,四端測 試, 符合 IEC 標準,測量 范圍 可以 達 到 0.01 m 200,分為 五 個量程,測試 精 度±0.1%Rd±2個字, 由 于電壓 信 號的檢測 采 用了相位檢測, 固 能測出 R 兩端的電壓降因此實際測出的是 電池的內(nèi)阻。 儀 器在測試 交 流電阻時, 同 時也能 顯示 出電池的直流端電壓。 儀 器 由交 流電源 供 電。儀 器 采 用四端測試,為了在大量 生產(chǎn) 中 提 高測試速度,對于不 同 規(guī) 格 的電池, 采 用了不 同 的測量 夾具 。 鉛酸 電池, 可 采 用 圖 五 所示 的四端 夾子 , 按 圖

9、六 所示 的方法 夾住 電池的兩個電 極 。 四端測試要 領(lǐng) 是, 儀 器的四個測試端 點必須 通過 導線夾具 接 觸 到電池兩個電 極 的四個 點 上,不 能 互 相 碰 在一 起 。 圓柱形 電池 采 用 圖 七 所示 的測試 夾具 。 手機 電池可 采 圖 八 所示雙探針 測試 探 頭 。 六 、 自制 電池內(nèi)阻測試 附 件在業(yè)余條件下, 花 不 多 的 錢 , 自制 一個電池內(nèi)阻測試的 附 件, 再 加 上一個普通數(shù)字萬用表, 即 可以測試電池 交 流內(nèi)阻。該 附 件實際上是一個 1KHz 信 號源, 它 的作用是, 提供 流過電池的 交 流 信 號,再 由 數(shù)字萬用表測試出電池兩端的

10、 交 流電壓降,從 而 測試出電池的 交 流內(nèi)阻。 附 件 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 200mV 換 算 成電阻 即 為 2000毫歐 。 本文共 介紹四種電池內(nèi)阻測試 附 件, EF-1、 EF-2型 為 無 電源式, 附 件 由被 測電池 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 以及對電池 尤其 是 鉛酸 電池的維護需要。1、 EF-1型(1 EF-1型產(chǎn)生 的測試電流為 1KHz 方 波 , 原理 圖 與印刷板 圖見 圖 九 , 附 件 由被 測電

11、池 供 電,當 附 件 1、 4兩端接到電池的正 負 兩個電 極 時, 附 件開 始 工作。圖中 Vt1與 Vt2產(chǎn)生 1KHz 方 波信 號, 推動 Vt3從電池 吸 取約 200mA 的 峰 值方 波脈沖 電流。換 算 成 交 流 信 號,約為 有 效值 100mA 。此時把數(shù)字數(shù)字萬用表 DMM 置 于 交 流 200mV 檔 時,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 為 100 m。 穩(wěn) 壓器 7805提供

12、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 護作用。 (2實際 使 用方法見 圖 十 。 附 件裝在一個 塑料 小 盒 中, 1、 4端分 別焊 接 紅黑 兩根測試 線 ,測試 線 的 另 一端 焊 好 鱷魚夾 。數(shù)字萬用表 DMM 的測試 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。測試時, 最 好 附 件 的 1、 4兩根測試 線并 在一 起 , DMM 的 2、 3兩根 線并 在一 起 以 防止

13、干擾 。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 準由 于測試的 交 流 信 號是方 波 ,不是正 弦波 ,各種數(shù)字萬用表 響應(yīng) 的靈敏度可能 會有差別 , 因此 附 件需要 校 準, 具 體的 校 準的步驟是:A 、找一個內(nèi)阻較小的 12V 鉛酸蓄 電池,用 附 件先 估 測出的 它 的內(nèi)阻值,例如為 20 m。B 、找一只 1左右 的, 已知 準 確 阻值的電阻,設(shè)為 1.011也 即 1011 m,把此電阻 焊 在電

14、池的正 極 ,或者 使它 們 盡 可能接 觸 良好。然后測試 串有 標準電阻的 總 的電阻值,此時 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 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) 阻和標準電阻相 差 不大時,則上 述 步驟要 重復 二三 次 。 另外 要說明的是, 被 測阻值 會影響 測試 電流的大小,因此在以測試小阻值為 主 的 情況 下,上 述校 準時 , 可把 讀 數(shù) 減少百 分之 五左右 , EF-1型適 用于 12-24

15、V 鉛酸蓄 電池內(nèi)阻的測試。2、 EF-2型EF-2型附 件 原理 圖和 印刷板 圖見 圖 十 一 。 EF-2 型與 EF-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，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)點是當輸入輸出之間壓差 低到 0.2V 時也能工作。另外當輸入輸出之間壓差變化較大時，耗電小，變化也小。缺點是需 要觸發(fā)才能工作。 C4，R10、Vt6 組成觸發(fā)電路。當附件 1、4 端接觸被測電池一瞬間，C4 充電，從而觸使 Vt6 導電、Vt7 導電，Vt7 集電極輸出電壓，使 R9 有電流流過，Vt5 導電，加強 V

16、t7 導電。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 導電增強，Vt5 導電減弱，Vt7 導電減弱，輸出電壓下降。 測試校準時，調(diào)節(jié) W1 即可調(diào)節(jié)輸出脈沖信號的幅度，進行 DMM 讀數(shù)的校準。 EF-2 型附件適合測試 6-24V 鉛酸蓄電池的內(nèi)阻。 如測試高于 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)阻測試附件 EF-1、2 型附件存在以下幾個缺點 （1）低于 6V 不能工作 （2）要消耗被測電池的電流 （3）測試信號不是正弦波 EF-3、 4 型附件可以解決這幾個問題， 但使用時需要自備 12V 電源

17、， 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 1KHz 正弦波振蕩器，集成運放 LF351，6 腳輸出 1KHz 信號推動 Vt2、Vt3 輸出 100mA 正弦波電流。 6 F351 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)型場效應(yīng)管起可調(diào)電阻作用，其阻值由 G 極電位控制。對應(yīng)于集 成電路 2、3 腳，R1、R2、C1、C2 實際上構(gòu)成正反饋電路，R3、R4 和 Vt1 的 DS 電阻構(gòu)成負反 饋電路。 穩(wěn)幅過程是：當集成電路 6 腳的交流正弦波信號經(jīng)倍壓整流后的峰值超過電

18、位器 B 點電位 時，便有直流電流經(jīng) D1、D2 方向流動，使 Vt1 場效應(yīng)管 G 極電位變負，場效應(yīng)管 DS 電阻變大， 負反饋加強，使振蕩幅度變?nèi)酢?EF-3 型由外接 12V 電源供電，Z1 和 R12 組成穩(wěn)壓分壓器。對于集成電路而言，分壓器的 中點 A 是公共端，也就是地端，外接電源的正端相對 A 端來說是+6V，外接電源的負端相對 A 端來說是-6V。當把 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） 零點檢查：找一根數(shù)厘米長的銅絲，粗細不限。EF-3 型附件的 1、4 二個鱷魚夾以及 DMM 數(shù)字萬用表 2、3