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[博客大赛]电源也能测试电池交流内阻?——手机、电池、充电器三件套之电池篇(6)

在博文“初识锂电池”中已经给大家介绍过锂电池内阻对电池的充电和放电容量的危害——导致电池充电时无法真正充满,而放电时又无法将电池内的电量全部释放。从事锂电池测试的应该都知道需要使用电池内阻仪才能测量电池的内阻,电池内阻仪究竟为何物呢? 能不能用数字万用表测试电池内阻呢?有没有其他方法呢?               

和数字万用表一样,电源能够测试电阻这一点都不惊讶! 要测试一个电阻,只需要在电阻上施加一定的电流,然后测量电阻两端的电压,按照欧姆定律 R= V/I 即可,如万用表的电阻测量功能就是基于该原理实现的。

               

                从上图中我们就看到了这样的测试过程,N6705B具有电流源模式,设置1A电流,然后测试其电压和电流值,就能得到精确的电阻0.5022欧姆。

                那为什么不能用这种数字万用表的电阻档测试锂电池的内阻呢?

                首先、锂电池是其本质是一种化学能源,与纯电阻不同,在没有任何电流的情况下,电池的正负极就有电压,这已经不符合欧姆定律。因此,只用数字万用表的电阻测试原理无法正常测试锂电池的内阻。如下图所示,在电流几乎为0A(20uA)下,电池开路电压约为3.8319V。

                 

           那是否可以使用电流和电压增量来测试电池内阻呢? 如上图所示,将锂电池内阻测试分为两个步骤:第一、测试电池开路电压;第二、测试施加一定的电流,如100mA,测试此时的电压,然后通过:

           

                然而,使用N6705B的电池交流内阻测试出来的该电池的交流内阻却是141.5毫欧,与170毫欧相处大约20%,这是为什么呢?

              

           N6705B交流内阻可以测试内阻随频率变化曲线,当测量该电池的交流内阻从3KHz到1Hz内阻的变化趋势,得到如下结果。该电池频率3KHz到300Hz范围内,交流内阻约140毫欧,但当频率降低到约5Hz时,内阻则增加到170甚至180毫欧。

              

                关于这一现象,我思索了很久都没有找到答案。一次偶然的机会,在监控电池充电曲线时发现一个奇怪的现象:在充电电流启动瞬间,电池的电压会出现快速提升然后再保持缓慢稳定。如下图所示:

在电流刚启动的瞬间,通过电压和电流的变化计算得到的电池内阻与交流内阻测试发基本一致,但稍微延迟获得的电压和电流计算的内阻就存在较大偏差了。

                那N6705B是如何做到锂电池内阻测量的呢?

N6705B具有电流表功能,同时具任意波形的功能,因此可以输出锂电池内阻需要的1KHz的交流电流;而且N6705B内置200KHz高精度的电压、电流数字化仪。所以可以按照交流测试法,直接测量锂电池的交流内阻。

     

从下图中,粗略的电池内阻计算结果为, Vpp/Ipp = 56mV/399mA = 140 毫欧,与电池内阻仪测试的141毫欧几乎相等

博主
baohua.lv@gmail.com
电源-深水区
以前,我也认为电源是非常简单的东西,但随着对电源的不断了解,我发现我错了......。 佛说:“色即是空,空即是色”,电源无处不在,自从有了电,也就有了电源。在我们日常生活中,电源也随处可见,但不同的应用中,对电源的要求也是千差万别。因此,电源也可以很复杂。 希望通过这个博客,和大家一起学习各种电源的特点和应用,共同进入电源应用的深水区。
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