電池內(nèi)阻及其測量的方法

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重要技術(shù)指標。正常情況下，內(nèi)阻小的電池的大電流放電能力強，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，分為一個完全沒有內(nèi)阻的電源串接上一個阻值很小的電阻。此時如果外接的負載輕，那么分配在這個小電阻上的電壓就小，反之如果外接很重的負載，那么分配在這個小電阻上的電壓就比較大，就會有一部分功率被消耗在這個內(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)）。一個可充電電池出廠時的內(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，這個內(nèi)阻會逐漸增加，直到內(nèi)阻大到電池內(nèi)部的電量無法正常釋放出來，此時電池也就“壽終正寢”了。絕大部分老化的電池都是因為內(nèi)阻過大的原因而造成無使用價值，只好報廢。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)阻不是一個固定的數(shù)值

麻煩的一點是，電池處于不同的電量狀態(tài)時，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的所測量到的電池內(nèi)阻。

2.放電態(tài)內(nèi)阻指電池充分放電后（放電到標準的截止電壓時）所測量到的電池內(nèi)阻。

一般情況下放電態(tài)的內(nèi)阻是不穩(wěn)定的，測量的結(jié)果也比正常值高出許多，而充電態(tài)內(nèi)阻相對比較穩(wěn)定，測量這個數(shù)值具有實際的比較意義。因此在電池的測量過程中，我們都以充電態(tài)內(nèi)阻做為測量的標準。

二、內(nèi)阻無法用一般的方法進行精確測量

或許大家會說，高中物理課上有教用簡單公式+電阻箱計算電池內(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。在一般的測量場合，我們要求電池的內(nèi)阻測量精度誤差必須控制在正負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行測量

三、目前行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測量方法

行業(yè)應(yīng)用中，電池內(nèi)阻的精確測量是通過專用設(shè)備來進行的。下面我來說說行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測量方法。目前行業(yè)中應(yīng)用的電池內(nèi)阻測量方法主要有以下兩種：

1.直流放電內(nèi)阻測量法

根據(jù)物理公式Ｒ=Ｕ/Ｉ，測試設(shè)備讓電池在短時間內(nèi)（一般為2～3秒）強制通過一個很大的恒定直流電流（目前一般使用40A～80A的大電流），測量此時電池兩端的電壓，并按公式計算出當前的電池內(nèi)阻。

這種測量方法的精確度較高，控制得當?shù)脑?，測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）只能測量大容量電池或者蓄電池，小容量電池無法在2～3秒鐘內(nèi)負荷40A～80A的大電流；

（2）當電池通過大電流時，電池內(nèi)部的電極會發(fā)生極化現(xiàn)象，產(chǎn)生極化內(nèi)阻。故測量時間必須很短，否則測出的內(nèi)阻值誤差很大；

（3）大電流通過電池對電池內(nèi)部的電極有一定損傷。

2.交流壓降內(nèi)阻測量法

因為電池實際上等效于一個有源電阻，因此我們給電池施加一個固定頻率和固定電流（目前一般使用1kHz頻率、50mA小電流），然后對其電壓進行采樣，經(jīng)過整流、濾波等一系列處理后通過運放電路計算出該電池的內(nèi)阻值。交流壓降內(nèi)阻測量法的電池測量時間極短，一般在100毫秒左右。

這種測量方法的精確度也不錯，測量精度誤差一般在1％～2％之間。
此法的優(yōu)缺點：

（1）使用交流壓降內(nèi)阻測量法可以測量幾乎所有的電池，包括小容量電池。筆記本電池電芯的內(nèi)阻測量一般都用這種辦法。

（2）交流壓降測量法的測量精度很可能會受到紋波電流的影響，同時還有諧波電流干擾的可能。這對測量儀器電路中的抗干擾能力是一個考驗。

（3）用此法測量，對電池本身不會有太大的損害。

（4）交流壓降測量法的測量精度不如直流放電內(nèi)阻測量法。

3.測試儀器的元件誤差及測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，那就是測試儀器本身的元件誤差和用于連接電池的測試線纜問題。因為要測量的電池的內(nèi)阻很小，線路的電阻就要考慮進去了。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），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內(nèi)部電量還是很多，只是內(nèi)阻過大放不出電來，實在可惜。但電池的內(nèi)阻一旦增加后，要想人為降低這個內(nèi)阻值是難上加難。因此對于已經(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，但大多無濟于事，回天乏術(shù)。在了解了上述知識之后，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，電池久置不用，其內(nèi)阻也會不斷增加。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。