什么是電池的內(nèi)阻

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(lái)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。

在放電電路的原理圖上來(lái)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(wú)法正常釋放出來(lái)，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(wú)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。

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)。

內(nèi)阻無(wú)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(wú)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(lái)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(lái)進(jìn)行測(cè)量。

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(lái)進(jìn)行的。下面我來(lái)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；

（2）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；

（3）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)：

（1）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。

（2）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。

（4）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(wú)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。

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(lái)，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(lái)“激活”它，比如大電流沖擊，小電流浮充，放冰箱等，但大多無(wú)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(lái)保持電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)的活性。