电池内阻及其简单地测试实验方法.doc
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1、电池内阻及简单的测试方法一、什么是电池内阻以前到商店买电池,营业员都要先用小电珠试一下,如发光正常,则说明电池是好的。现在电器的从业人员,判断电池新旧好坏的时候,是先测一下开路电压, 再快速测一下短路电流。 例如对于普通 5 号电池,短路电流大于 500mA , 则就是好的。 以上二个例说明了作为一种能源的电池要求能够输出电流也就是能够输出功率,才能称得上性能良好。 为了便于分析,我们引入电池内阻的概念,简约的说,电池内阻等于开路电压除以短路电流。当然这仅仅是表明内阻的概念, 实际上是不可能用这个方法测试内阻。在直流条件下我们可以给出电池的直流等效电路,见图一,以及公式 U=E-IR。此式说明
2、电池内阻 R 越小,输出的电流时电池电压降就越小,或者说该电池能够在大电流的条件下工作。二、测试电池内阻的意义1、工厂中出厂检验的项目之一2、组装电池组时,需挑选内阻相近的电池单元组成一组。3、因电池的容量 Ah 越大,内阻就越小,因此可以根据内阻大小粗略判断电池容量 .4、电池老化和失效后突出的表现为内阻增大,因此测试电池内阻就可以快速判断出电池 的老化程度。5、电池组维护过程中,需要经常测试各电池单元的内阻,以便把内阻增大的单元挑出来, 换个好的。三、电池内阻的直流测量方法1、 等效电路(见 图一 2、 测试标准各种电池的测试标准不完全一样,下面以锂电池为例大体介绍一下测试步骤。第一步:以
3、 0.2C/h 的恒定电流充电至规定电压 . ,例如设电池容量 C=6Ah,则 0.2C/h=0.2 6Ah/h=1.2A。第二步:存放 1-4 小时。第三步:以 0.2C/h 的恒定电流 I 1 放电时,测出电池两端电压 U 1 。第四步:以 1C/h 的恒定电流 I 2 放电时,测出电池两端电压 U 2 。以上各步骤在 20C 5C 的环境下完成。电池的直流内阻 R dc =U1-U 2/I2-I 1 。3、下面介绍一种简单的业余测试方法找一块数字万用表,高位数的较好,可以取得较高的测试灵敏度。 一只放电电阻, 一只开关,按 图二 连接。电阻阻值的选择,大体上 控制 放电电流约为 0.1C
4、/h 至 0.2C/h。 过大的放电电流 有损电池 且 内阻测试 重复 性能 差 。测试步骤:(1 K 1 断开,先测出电池开路电压 U 1。(2 K 1 接通,电池开 始 放电,快速 读 出此时的电池端电压 U 2 。则 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, 则 Rdc=U1-U 2/I2=(1.521-1.492/0.1492=0.194=194m注 意测试时需 采 用四端测试, 即 电压表测试 线 和放电电路接 线 必须 分开接 触 电池的两个端 口 ,见 图二 。四、电
5、池内阻的 交 流测量法1、简化 交 流等效电路见 图三 。电池的实际等效电路较 复杂 , 即有串联电容成 份 , 又有并联 电容成 份 。电池的 交 流等效电路表明,在 交 流 信 号的条件下,一个电池的 外部特 性可以 看 成电 动势 E 、内电阻 R 和电容 C 三者相 串联 。 但 要 注 意的是,对 同 一个电池 而言 ,在 频 率不 同 , 信 号 强 度不 同以及 温 度不 同 时, E 、 R 、 C 、 的数值是不 同 的。 表一给出了不 同 电池在 100Hz 、1KHz 测试条件下,作者测试的电池的阻 抗 、内阻等数据。表中容 抗 Xc=1/2fC, 阻 抗 Z= Xc2+
6、R2 。 表中 同 时给出了不 同 电池在 温 度 变 化时内阻的 变 化情况 。因测试条件 有限 ,表中数据仅 供参考 。2、测试标准为了便于对不 同 的电池 进行比 较,和准 确 的 计 量,电池内阻的测试 必须有 一个标准,以锂 电池 交 流内阻测试为例,简单的介绍一下 IEC 标准 主 要内容:(1 以 0.2C/h 的恒定电流充电至规定的电压值。(2 存放 1-4 小时。(3 测试时 采 用 交 流电流电压法, 即让 一个 交 流电流 Ia通过电池,然后测取电池两端的电压降 Ua ,见 图四 。(4 测试 信 号的 频 率为 1KHz 0.1KHz ,正 弦波 。(5 测试电流为 5
7、0mA ,或者 交 流 信 号流过电池时,在电池两端 产生 的电压降不得大于 20mV 。(6 以上各步骤在 20C 5C 的环境下完成。(7 电池 交 流电阻 Rac=Ua/Ia。其 中 Ua 是电池两端 交 流电压降, 有 效值。 Ia 是流过电池的 交 流电流, 有 效值。这 里补 充说明一下,如 果 是用简单的方法测取电池两端的电压降,则实际上得到的是电池 的内阻 抗 Z , 即 R 和 XC 的 复 数和。现 代 的内阻测试 仪 器 具有 相位检测功能,可以测出 R 两端的 交 流电压降,从 而 可以测出电池的内阻 R 。五 、测量电池内阻的 产品 介绍现 国 内 已有 电池内阻测试
8、 仪 器 生产 ,我们以 DME-50 型 电池测试 仪 器为例介绍一下电池测 试 仪 的大体 情况 。该 仪 器 采 用 交 流电流电压法测试 原理 ,测试 频 率为 1KHz , 晶 体 稳频 ,四端测 试, 符合 IEC 标准,测量 范围 可以 达 到 0.01 m 200,分为 五 个量程,测试 精 度0.1%Rd2 个字, 由 于电压 信 号的检测 采 用了相位检测, 固 能测出 R 两端的电压降因此实际测出的是 电池的内阻。 仪 器在测试 交 流电阻时, 同 时也能 显示 出电池的直流端电压。 仪 器 由交 流电源 供 电。仪 器 采 用四端测试,为了在大量 生产 中 提 高测试速
9、度,对于不 同 规 格 的电池, 采 用了不 同 的测量 夹具 。 铅酸 电池, 可 采 用 图 五 所示 的四端 夹子 , 按 图 六 所示 的方法 夹住 电池的两个电 极 。 四端测试要 领 是, 仪 器的四个测试端 点必须 通过 导线夹具 接 触 到电池两个电 极 的四个 点 上,不 能 互 相 碰 在一 起 。 圆柱形 电池 采 用 图 七 所示 的测试 夹具 。 手机 电池可 采 图 八 所示双探针 测试 探 头 。六 、 自制 电池内阻测试 附 件在业余条件下, 花 不 多 的 钱 , 自制 一个电池内阻测试的 附 件, 再 加 上一个普通数字万用表, 即 可以测试电池 交 流内阻
10、。该 附 件实际上是一个 1KHz 信 号源, 它 的作用是, 提供 流过电池的 交 流 信 号,再 由 数字万用表测试出电池两端的 交 流电压降,从 而 测试出电池的 交 流内阻。 附 件 提供 的 交 流电流值为 100mA, 数字万用表 置 于 200mV 交 流电压 档 ,这样 200mV 换 算 成电阻 即 为 2000 毫欧 。 本文共 介绍四种电池内阻测试 附 件, EF-1、 EF-2 型 为 无 电源式, 附 件 由被 测电池 供 电。 EF-3、 EF-4 型须外 接 12V 直流电源。这四种 附 件 均 可 满足 电池 质 量的 鉴别 以及对电池 尤其 是 铅酸 电池的维
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- 电池 内阻 及其 简单 测试 实验 方法
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