电池内阻及简单的测试方法.docx

1、电池内阻及简单的测试方法电池内阻及简单的测试方法.LT3、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/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=

2、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

3、 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+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

4、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 50mA ,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

5、 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 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

6、, 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

7、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。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

8、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 电池的维护需要。1、 EF-1型(1 EF-1型产生 的测试电流为 1KHz 方 波 , 原理 图 与印刷板 图见 图 九 , 附 件 由被 测电池 供 电,当 附 件 1、 4两端接到电池的正 负 两个电 极 时, 附 件开 始 工作。图中 Vt1与 Vt2产生 1KHz 方 波信 号, 推动 Vt3从电池 吸 取约 200mA 的 峰 值方 波脉冲 电流。换 算 成 交 流 信 号,

9、约为 有 效值 100mA 。此时把数字数字万用表 DMM 置 于 交 流 200mV 档 时,经一只 10n 电容器 隔离 ,接到电池 两端就可以 读 取电池两端的 交 流 信 号值。 设 交 流方 波 电流的 有 效值为 100mA, 如 果 DMM 显示 值为 10.0mV ,则表 示 电池内阻(内阻 抗 为 100 m。 稳 压器 7805提供 Vt1、 Vt2工作 所 需的 稳 定 的 5V 工作电压,二 极管 D1、 D2为 防止附 件接 反起保 护作用。 (2实际 使 用方法见 图 十 。 附 件装在一个 塑料 小 盒 中, 1、 4端分 别焊 接 红黑 两根测试 线 ,测试 线

10、 的 另 一端 焊 好 鳄鱼夹 。数字万用表 DMM 的测试 线 一端也 由 表 笔改焊 上 鳄鱼夹 , 并 定义 DMM 的 +端(红线 为 2端, com 端(黑线 为 3端, 并且 DMM 的 +端要 串联 一只 10n 的电容器。测试时, 最 好 附 件 的 1、 4两根测试 线并 在一 起 , DMM 的 2、 3两根 线并 在一 起 以 防止干扰 。先把 DMM2、 3端 鳄鱼 夹夹 在电池 +、 -极 上, 待 万用表 显示 数字 回零 后,再把 附 件的 1、 4端 夹 上 去 , 即 可 读 取电表 显示 的电池内阻 读 数。 (3 仪 器 读 数的 校 准由 于测试的 交

11、流 信 号是方 波 ,不是正 弦波 ,各种数字万用表 响应 的灵敏度可能 会有差别 , 因此 附 件需要 校 准, 具 体的 校 准的步骤是:A 、找一个内阻较小的 12V 铅酸蓄 电池,用 附 件先 估 测出的 它 的内阻值,例如为 20 m。B 、找一只 1左右 的, 已知 准 确 阻值的电阻,设为 1.011也 即 1011 m,把此电阻 焊 在电池的正 极 ,或者 使它 们 尽 可能接 触 良好。然后测试 串有 标准电阻的 总 的电阻值,此时 DMM 读 数 应 为 1011+20 =1031 m, 也 即 103.1mV ,如不是可 调节 EF-1的 R5阻值, 使显示 准 确 。

12、调 节 R5阻值的方法,可 采 取 改变并联 电阻阻值的方法。如找不到内阻较小的电池,也 即 电池内 阻和标准电阻相 差 不大时,则上 述 步骤要 重复 二三 次 。 另外 要说明的是, 被 测阻值 会影响 测试 电流的大小,因此在以测试小阻值为 主 的 情况 下,上 述校 准时 , 可把 读 数 减少百 分之 五左右 , EF-1型适 用于 12-24V 铅酸蓄 电池内阻的测试。2、 EF-2型EF-2型附 件 原理 图和 印刷板 图见 图 十 一 。 EF-2 型与 EF-1 型的差别是把 7805 稳压器改成电压可调的稳压器， 以方便于 DMM 电表读数 的校准，而不需要调节 R5 了。

13、此稳压器为集电极输出型稳压器，优点是当输入输出之间压差 低到 0.2V 时也能工作。另外当输入输出之间压差变化较大时，耗电小，变化也小。缺点是需 要触发才能工作。 C4，R10、Vt6 组成触发电路。当附件 1、4 端接触被测电池一瞬间，C4 充电，从而触使 Vt6 导电、Vt7 导电，Vt7 集电极输出电压，使 R9 有电流流过，Vt5 导电，加强 Vt7 导电。C4 充电结束后，由 Vt5 控 Vt7，稳压过程是如输出电压增高，Vt4 导电增强，Vt5 导电减弱，Vt7 导电减弱，输出电压下降。 测试校准时，调节 W1 即可调节输出脉冲信号的幅度，进行 DMM 读数的校准。 EF-2 型附

14、件适合测试 6-24V 铅酸蓄电池的内阻。 如测试高于 30V 电压的电池，则图中 Vt5、Vt6、Vt7 需要换成高耐压的晶体管 3、EF-3 型内阻测试附件 EF-1、2 型附件存在以下几个缺点 （1）低于 6V 不能工作 （2）要消耗被测电池的电流 （3）测试信号不是正弦波 EF-3、 4 型附件可以解决这几个问题， 但使用时需要自备 12V 电源， 消耗电流约为约为 50mA。 EF-3 的原理图见图十二。EF-3 主要部分是一个 1KHz 正弦波振荡器，集成运放 LF351，6 脚输出 1KHz 信号推动 Vt2、Vt3 输出 100mA 正弦波电流。 6 F351 组成文氏电桥振荡

15、器，振荡频率由 R1、R2、C1、C2 决定，电路的其它部分构成振荡 幅度稳定和调节电路。Vt1 结型场效应管起可调电阻作用，其阻值由 G 极电位控制。对应于集 成电路 2、3 脚，R1、R2、C1、C2 实际上构成正反馈电路，R3、R4 和 Vt1 的 DS 电阻构成负反 馈电路。 稳幅过程是：当集成电路 6 脚的交流正弦波信号经倍压整流后的峰值超过电位器 B 点电位 时，便有直流电流经 D1、D2 方向流动，使 Vt1 场效应管 G 极电位变负，场效应管 DS 电阻变大， 负反馈加强，使振荡幅度变弱。 EF-3 型由外接 12V 电源供电，Z1 和 R12 组成稳压分压器。对于集成电路而言

16、，分压器的 中点 A 是公共端，也就是地端，外接电源的正端相对 A 端来说是+6V，外接电源的负端相对 A 端来说是-6V。当把 A 端看成地端后，分析电路的工作原理就容易多了。 EF-3 的供电可以由交流适配器供电，也可以由专用电池供电。 EF-3 型的使用方法 （1） 零点检查：找一根数厘米长的铜丝，粗细不限。EF-3 型附件的 1、4 二个鳄鱼夹以及 DMM 数字万用表 2、3 的二个鳄鱼夹接图十三的方法夹住铜丝。 当 EF-3 接通外接电源后，DMM 经过稳定后的显示值应为零。在 EF-3 采用交流电源供电的 情况下，如 DMM 显示不为零，把电源适配器的交流电源插头调一个方向插入，看

17、看能否好转， 或换一种交流适配器再试试看，如实在不行，EF-3 的外接电源只好改用电池。 （2）电池内阻的测试。 （同 EF-1 型） （3）测试读数的校准。由于 EF-3、4 型工作时不由被测电池供电，因此它们不但可以测试电 池的内阻， 而且可以测试无源电 阻， 例如导线电阻， 开关的接触 电阻等。例如，在图 十 三中， 只要把 EF-3 的 1 端忙改接到 2 端上面，如图 十 四 所示 ，就可 以测试导线 2、 3 之间的电阻值。 因此 校 准 仪 表也来得简单，按 图十五夹住标准电阻，调节 W， 通过 改变 输出 交 流电流的大小 就可以改变 DMM 的读数， 进行校 准调节。 7 4、EF-4 型附件 EF-4 型附件的原理图、印刷板图见图十六。 EF-3 型的缺点是输出交流信号的波形不太好。 解决这一问题可以通过增加一只集成运放来 解决，原理是通过较深的负反馈来减小波形失真。另外，输出电流的大小也改由调节反馈电阻 W1 来改变。 EF-4 型的零点检查、校准方法、使用方法等与 EF-3 型完全相同。 EF-3、EF-4 型附件适合测试 0-50V 的各种电池。 8