电池内阻及简单的测试方法

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,RE图一则说明电池是好的。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

2、说明电池内阻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0.2C/h的

3、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20°芳。C的环境下完成。电池的直流内阻 R de =U1-U 2/I2-I 1o3、下面介绍一种简单的业余测试方法REivr_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

4、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= 10Q , U 1=1.521V, U 2=1.492V,算 出 I 2=U2/R1=0.1492A,则Rdc=U1-U 2/12=(1.521-1.492/0.1492=0.194 Q =194mQ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，

5、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=1/2n fC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 变化电池品种钳酸电池12Ah锂离电池97(WhiMNl AA电池1300wAh瞰性电池AA开路电压12. 82V3,?9V1.357V1. 593VlKHz fllJalV

6、n电春童C56000 u FXc=2. S-tnCl95000 u FXE72000 u FXc=2. 2mQ28201> FXc=56. 5n QPU抗Z12. HmQ113. 8n Q23. 7mO11O+ 5m Q电阻R12. OBidQ113. 8n)Q23. 6m 0128. 6m Q100Hz BUM!性电容瓏C692000 M FXc=2. 3mQ156000 mFXc=10* 2toQ>200000p F14100 nFXcllO. 6rQRI 抗 2|14. 86n)Q130. 2n)Q25+ 3m Q30-1 8m Q电阻R14« 66m Q129.

7、8n)Q25. 3idQ2S如aLUH昌R 209113, 8 roQ23* 6 roQ一 一128. 6 idOR 30X：一-111. 2 mQ22* 6115. 12、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la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 ±.1KHz ,正弦波。(5测试电流为50mA，或者交流信号流过电池时

8、，在电池两端产生的电压降不得大于20mV o(6以上各步骤在20 C ±°C的环境下完成。(7电池 交 流电阻Rac=Ua/la。其中Ua是电池两端 交流电压降,有效值。la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 o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

9、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 mQ 200Q分为五个量程，测试精度±).1%Rdi2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

10、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。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

11、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

12、阻(内阻 抗 为100 mQ。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

13、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 mQ0B、找一只1 Q左右 的，已知 准确阻值的电阻，设为1.011 0也即1011 m Q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 m0也 即103.1mV，如不 是可调节EF-1的R5阻值,使显示准确。调节R5阻值的方法，可采取改变并联 电阻阻值的方法。

14、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nl-04EF-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。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

15、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

16、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。6F351组成文氏电桥振荡器，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。

17、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，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