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電池知識(shí)

目前行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測(cè)量方法主要有哪些?

來源:寶鄂實(shí)業(yè)    2019-05-09 20:53    點(diǎn)擊量:
什么是電池的內(nèi)阻?
電池的內(nèi)阻是指電池在工作時(shí),電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力,包括歐姆內(nèi)阻和電化學(xué)極化內(nèi)阻和離子遷移內(nèi)阻等等的總稱。
歐姆內(nèi)阻主要是指由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成,與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)、裝配等有關(guān)。
電化學(xué)極化電阻和離子遷移極化電阻是指電池的正極與負(fù)極在進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)極化所引起的內(nèi)阻。
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?! ?/span>
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(zhǎng)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(jiǎn)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(chǎng)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?,測(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; 
 ?。?)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; 
 ?。?)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): 
 ?。?)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。 
 ?。?)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?jī)x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。 
 ?。?)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。 
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。 
  思考:大家都在玩電池,你是如何挑選你的動(dòng)力電池呢?它們的內(nèi)阻是多少?它們的一致性如何?你的電機(jī)及電調(diào)與電池是否相配?有多少讓人困惑的問題都出在電池?
上述人士認(rèn)為,國(guó)內(nèi)尚無統(tǒng)一的鋰電池標(biāo)準(zhǔn)是造成行業(yè)混亂的原因,在安全性、功率使用次數(shù)等均沒有嚴(yán)格的技術(shù)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),很多企業(yè)的電池技術(shù)只能在市場(chǎng)上來求的認(rèn)可,而一旦有事故發(fā)生,因無質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),難免出現(xiàn)爭(zhēng)議。"這次事故,大家廣泛質(zhì)疑e6的鋰電池安全性也是如此。"
  自從電動(dòng)汽車成為我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)以來,與之相關(guān)的車用鋰電池產(chǎn)業(yè)成為地方、企業(yè)熱捧的對(duì)象,目前已吸引數(shù)百家企業(yè)染指其中,多家上市公司也紛紛炒作鋰電概念。
  "之前,一些專門做手機(jī)鋰電、光伏、風(fēng)能儲(chǔ)能鋰電池生產(chǎn)廠家,如今都開始轉(zhuǎn)型研發(fā)和生產(chǎn)車用鋰電了。"一位長(zhǎng)期關(guān)注鋰電的私募人士對(duì)記者說,他表示,手機(jī)鋰電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈已經(jīng)處于飽和狀態(tài),而光伏、風(fēng)能的鋰電池需要大規(guī)模的生產(chǎn),而且存在政策不穩(wěn)定性,因此,車用鋰電是目前鋰電池企業(yè)們重點(diǎn)爭(zhēng)搶的目標(biāo)。
  一位浙江鋰電池生產(chǎn)商向本報(bào)記者表示,近日國(guó)務(wù)院新公布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2015-2020年)》中提出,到2015年,純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量達(dá)到50萬輛,"去年我國(guó)銷售的純電動(dòng)車才有5000輛左右,而要在以后的3年時(shí)間里,達(dá)到50萬輛,你說這市場(chǎng)有多大呀?"
  巨大的市場(chǎng)潛力,讓企業(yè)們聞風(fēng)而動(dòng)。近幾年包括南洋科技、杉杉股份、振華科技、佛山照明等多家上市公司均開始涉足車用鋰電制造,大企業(yè)去做門檻相對(duì)較高的鋰電池上游的原材料,而中小企業(yè)都集中在了中下游的電池件,盡管此前一些公司完全沒有18650鋰電池的技術(shù),但已紛紛上馬,在全國(guó)掀起了一番圈地的風(fēng)潮,鋰電行業(yè)雖在初期,卻已充滿泡沫。
  不過,這位私募人士表示,他此前曾屢次調(diào)研過國(guó)內(nèi)的眾多車用鋰電企業(yè),發(fā)現(xiàn)除了幾家大企業(yè)因看好電動(dòng)汽車前景在認(rèn)真研發(fā)外,多數(shù)企業(yè)都在以用鋰電概念在圈錢。"很多民營(yíng)企業(yè)打著車用鋰電池的幌子,向地方政府要土地、要貸款等各方面的優(yōu)惠,然后也不購(gòu)買機(jī)器,隨便蓋上幾間廠房,貸款和地方財(cái)政撥款也被挪作他用,而低價(jià)要來的土地,沒多久也被開發(fā)房地產(chǎn)或轉(zhuǎn)手賣掉了。"
  正是我國(guó)車用鋰電行業(yè)大而不強(qiáng),魚目混珠,也導(dǎo)致鋰離子電池普遍質(zhì)量不高,而這也制約了我國(guó)電動(dòng)汽車技術(shù)突破。比亞迪的e6所采用的鋰電池也因此沒有向其他鋰電生產(chǎn)商采購(gòu),也是依靠自己研發(fā)。東風(fēng)汽車一位人士就對(duì)記者表示,"我國(guó)目前數(shù)百家生產(chǎn)車用鋰電池的企業(yè),真正技術(shù)上真正過關(guān)的不會(huì)超過10家。"
  一位汽車廠商向記者表示,車用鋰離子電池行業(yè)目前已屬于大躍進(jìn)狀態(tài),而眾多電動(dòng)汽車廠商在國(guó)家鼓勵(lì)政策下也出現(xiàn)了冒進(jìn)的現(xiàn)象,在技術(shù)不成熟的條件下就已開始紛紛搶占市場(chǎng)。
  鋰電生產(chǎn)商銀河資源集團(tuán)執(zhí)行董事謝感恩曾對(duì)記者表示,電動(dòng)車的發(fā)動(dòng)機(jī)和電池技術(shù),目前尚無真正意義上的突破,電動(dòng)車的續(xù)航里程短、充電麻煩等問題都需解決,"電動(dòng)汽車的大規(guī)模應(yīng)用至少還需要八年到十年的時(shí)間。

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