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這種說法正確嗎?
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,我們一般用毫歐的單位來定義它。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。
在放電電路的原理圖上來說,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)阻的電源串接上一個(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)過長期使用后,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)部的電量無法正常釋放出來,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)阻過大的原因而造成無使用價(jià)值,只好報(bào)廢。因此我們更應(yīng)該注重的是電池放出的容量而不是充入的容量。
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)阻無法用一般的方法進(jìn)行精確測(cè)量或許大家會(huì)說,高中物理課上有教用簡單公式+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定義它。在一般的測(cè)量場合,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)量是通過專用設(shè)備來進(jìn)行的。下面我來說說行業(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=U/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)過整流、濾波等一系列處理后通過運(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。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。
此法的優(yōu)缺點(diǎn):
(1)使用交流壓降內(nèi)阻測(cè)量法可以測(cè)量幾乎所有的電池,包括小容量電池。筆記本電池電芯的內(nèi)阻測(cè)量一般都用這種辦法。
(2)交流壓降測(cè)量法的測(cè)量精度很可能會(huì)受到紋波電流的影響,同時(shí)還有諧波電流干擾的可能。這對(duì)測(cè)量儀器電路中的抗干擾能力是一個(gè)考驗(yàn)。
(3)用此法測(cè)量,對(duì)電池本身不會(huì)有太大的損害。
(4)交流壓降測(cè)量法的測(cè)量精度不如直流放電內(nèi)阻測(cè)量法。
3.測(cè)試儀器的元件誤差及測(cè)試用的電池連接線問題。無論是上述哪一種方法,都存在一些很容易被我們忽視的問題,那就是測(cè)試儀器本身的元件誤差和用于連接電池的測(cè)試線纜問題。因?yàn)橐獪y(cè)量的電池的內(nèi)阻很小,線路的電阻就要考慮進(jìn)去了。一條短短的從儀器到電池的連接線本身也存在電阻(大約也是微歐級(jí)),還有電池與連接線的接觸面也存在接觸電阻,這些因素必須都在儀器的內(nèi)部事先做好誤差調(diào)節(jié)。所以,正規(guī)的電池內(nèi)阻測(cè)試儀一般都配有專用的連接線和電池固定架子。
電池管理系統(tǒng)(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM))是電池與用戶之間的紐帶,主要對(duì)象是二次電池。
二次電池存在下面的一些缺點(diǎn),如存儲(chǔ)能量少、壽命短、串并聯(lián)使用問題、使用安全性、電池電量估算困難等。電池的性能是很復(fù)雜的,不同類型的電池特性亦相差很大。
電池管理系統(tǒng)(BMS)主要就是為了能夠提高電池的利用率,防止電池出現(xiàn)過充電和過放電,延長電池的使用壽命,監(jiān)控電池的狀態(tài)。隨著電池管理系統(tǒng)的發(fā)展,也會(huì)增添其他的功能。
一般而言電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能:首先,準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài),即電池剩余電量,保證SOC維持在合理的范圍內(nèi),防止由于過充電或過放電對(duì)電池的損傷,從而隨時(shí)預(yù)報(bào)混合動(dòng)力汽車儲(chǔ)能電池還剩余多少能量或者儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)。
其次,動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池組的工作狀態(tài)。在電池充放電過程中,實(shí)時(shí)采集電動(dòng)汽車蓄電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓,防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。
同時(shí)能夠及時(shí)給出電池狀況,挑選出有問題的電池,保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性,使剩余電量估計(jì)模型的實(shí)現(xiàn)成為可能。除此以外,還要建立每塊電池的使用歷史檔案,為進(jìn)一步優(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動(dòng)機(jī)等提供資料,為離線分析系統(tǒng)故障提供依據(jù)。
最后,實(shí)現(xiàn)單體電池間的均衡,即為單體電池均衡充電,使電池組中各個(gè)電池都達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項(xiàng)電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
四、總結(jié)
很多老化的電池其實(shí)內(nèi)部電量還是很多,只是內(nèi)阻過大放不出電來,實(shí)在可惜。但電池的內(nèi)阻一旦增加后,要想人為降低這個(gè)內(nèi)阻值是難上加難。因此對(duì)于已經(jīng)老化的電池,我們即使想出很多辦法來“激活”它,比如大電流沖擊,小電流浮充,放冰箱等,但大多無濟(jì)于事,回天乏術(shù)。在了解了上述知識(shí)之后,我們基本可以知道,挑選電池要盡可能地挑選內(nèi)阻較小的電池。另外很重要的一點(diǎn),電池久置不用,其內(nèi)阻也會(huì)不斷增加。建議大家還是要經(jīng)常使用電池來保持電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)的活性。
















