理士蓄電池之那些事兒：探討電池的內阻及測量方法

時間：2019-12-20

理士蓄電池之那些事兒：探討電池的內阻及測量方法
每個電池都有內阻。不同類型的電池內阻不同。相同類型的電池，由于內部化學特性的不一致，內阻也不一樣。電池的內阻很小，我們一般用微歐或者毫歐的單位來定義它。
內阻是衡量電池性能的一個重要技術指標。正常情況下，內阻小的電池的大電流放電能力強，內阻大的電池放電能力弱。
取個簡單的例子：一臺老式的使用5號電池的數碼相機（例如耗電量很大的CANON210），使用5號堿性電池供電，可以連續拍幾十張相片；但使用5號干電池供電，只能拍上幾張就自動關機了，但干電池并不是完全沒電；再換上5號可充電鎳氫電池，可以拍的相片更多。在實際測量后我們可以知道，鎳氫電池的內阻<堿性電池的內阻<干電池的內阻。此例子說明在大電流放電的應用中，一定要選擇內阻較小的電池。
在放電電路的原理圖上來說，我們可以把電池和內阻拆開考慮，分為一個完全沒有內阻的電池串接上一個阻值很小的電阻。此時如果外接的負載輕，那么分配在這個小電阻上的電壓就小，反之如果外接很重的負載，那么分配在這個小電阻上的電壓就比較大，就會有一部分功率被消耗在這個內阻上（可能轉化為發熱，或者是一些復雜的逆向電化學反應）。一個可充電電池出廠時的內阻是比較小的，但經過長期使用后，由于電池內部電解液的枯竭，以及電池內部化學物質活性的降低，這個內阻會逐漸增加，直到內阻大到電池內部的電量無法正常釋放出來，此時電池也就“壽終正寢”了。絕大部分老化的電池都是因為內阻過大的原因而造成無使用價值，只好報廢。
一、內阻不是一個固定的數值。
麻煩的一點是，電池處于不同的電量狀態時，它的內阻值不一樣；電池處于不同的使用壽命狀態下，它的內阻值也不同。
從技術的角度出發，我們一般把電池的電阻分為兩種狀態考慮：充電態內阻和放電態內阻。
1、充電態內阻指電池完全充滿電時的所測量到的電池內阻。
2、放電態內阻指電池充分放電后（放電到標準的截止電壓時）所測量到的電池內阻。
一般情況下放電態的內阻是不穩定的，測量的結果也比正常值高出許多，而充電態內阻相對比較穩定，測量這個數值具有實際的比較意義。因此在電池的測量過程中，我們都以充電態內阻做為測量的標準。
二、內阻無法用一般的方法進行精確測量。
或許大家會說，高中物理課上有教用簡單公式+電阻箱計算電池內阻的方法。。。。。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，在實際應用上根本無法采用。
電池的內阻很小，我們一般用微歐或者毫歐的單位來定義它。在一般的測量場合，我們要求電池的內阻測量精度誤差必須控制在正負5％以內。這么小的阻值和這么精確的要求必須用專用儀器來進行測量。
三、目前行業中應用的電池內阻測量方法。
行業應用中，電池內阻的精確測量是通過專用設備來進行的。下面我來說說行業中應用的電池內阻測量方法。
目前行業中應用的電池內阻測量方法主要有以下兩種：
1、直流放電內阻測量法。
根據物理公式R=V/I，測試設備讓電池在短時間內（一般為2-3秒）強制通過一個很大的恒定直流電流（目前一般使用40A-80A的大電流），測量此時電池兩端的電壓，并按公式計算出當前的電池內阻。
這種測量方法的精確度較高，控制得當的話，測量精度誤差可以控制在0.1％以內。
但此法有明顯的不足之處：
（1）只能測量大容量電池或者蓄電池，小容量電池無法在2-3秒鐘內負荷40A-80A的大電流；
（2）當電池通過大電流時，電池內部的電極會發生極化現象，產生極化內阻。故測量時間必須很短，否則測出的內阻值誤差很大；
（3）大電流通過電池對電池內部的電極有一定損傷。
2、交流壓降內阻測量法。
因為電池實際上等效于一個有源電阻，因此我們給電池施加一個固定頻率和固定電流（目前一般使用1KHZ頻率，50mA小電流），然后對其電壓進行采樣，經過整流、濾波等一系列處理后通過運放電路計算出該電池的內阻值。
交流壓降內阻測量法的電池測量時間極短，一般在100毫秒左右，幾乎是一按下測量開關就測完了。呵呵。
這種測量方法的精確度也不錯，測量精度誤差一般在1％-2％之間。
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