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電池(chi)內(nei)阻相關基礎知識(shi)
什么是電池的(de)內阻？
電(dian)池(chi)的(de)內(nei)(nei)阻(zu)是指電(dian)池(chi)在工(gong)作時，電(dian)流流過(guo)電(dian)池(chi)內(nei)(nei)部所受到的(de)阻(zu)力，包(bao)括歐姆內(nei)(nei)阻(zu)和電(dian)化(hua)學極化(hua)內(nei)(nei)阻(zu)和離子遷移內(nei)(nei)阻(zu)等等的(de)總稱。
歐姆(mu)內阻主(zhu)要是指由電(dian)(dian)極材料、電(dian)(dian)解液(ye)、隔膜電(dian)(dian)阻及各部分零件的接(jie)觸電(dian)(dian)阻組成(cheng)，與(yu)電(dian)(dian)池的尺寸(cun)、結構、裝配等有關。
電化(hua)學(xue)(xue)極(ji)化(hua)電阻(zu)(zu)和離子(zi)遷(qian)移極(ji)化(hua)電阻(zu)(zu)是(shi)指電池的正極(ji)與負(fu)極(ji)在進(jin)行電化(hua)學(xue)(xue)反應時極(ji)化(hua)所引起的內阻(zu)(zu)。
不同(tong)類型(xing)的(de)(de)(de)電池(chi)內(nei)阻(zu)不同(tong)。相同(tong)類型(xing)的(de)(de)(de)電池(chi)，由于內(nei)部化學特性的(de)(de)(de)不一致，內(nei)阻(zu)也不一樣。電池(chi)的(de)(de)(de)內(nei)阻(zu)很小(xiao)，我們一般用毫歐的(de)(de)(de)單位來定義它。內(nei)阻(zu)是衡量(liang)電池(chi)性能的(de)(de)(de)一個重(zhong)要技術指標。正常情(qing)況下，內(nei)阻(zu)小(xiao)的(de)(de)(de)電池(chi)的(de)(de)(de)大(da)電流放電能力強，內(nei)阻(zu)大(da)的(de)(de)(de)電池(chi)放電能力弱(ruo)。
在放(fang)電(dian)電(dian)路(lu)的(de)(de)(de)(de)(de)原理(li)圖(tu)上(shang)來(lai)說，我(wo)們(men)可以(yi)把電(dian)池(chi)和(he)內(nei)(nei)阻(zu)(zu)拆開考(kao)慮，分(fen)為(wei)(wei)一(yi)個(ge)(ge)(ge)完全沒有內(nei)(nei)阻(zu)(zu)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)源串接(jie)上(shang)一(yi)個(ge)(ge)(ge)阻(zu)(zu)值很小的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)阻(zu)(zu)。此時如果外接(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)負載輕，那么分(fen)配(pei)在這個(ge)(ge)(ge)小電(dian)阻(zu)(zu)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)壓(ya)就(jiu)小，反之如果外接(jie)很重(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)負載，那么分(fen)配(pei)在這個(ge)(ge)(ge)小電(dian)阻(zu)(zu)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)壓(ya)就(jiu)比較(jiao)大(da)(da)，就(jiu)會(hui)有一(yi)部分(fen)功率(lv)被消耗在這個(ge)(ge)(ge)內(nei)(nei)阻(zu)(zu)上(shang)（可能轉化(hua)為(wei)(wei)發熱，或者(zhe)是一(yi)些復(fu)雜的(de)(de)(de)(de)(de)逆向電(dian)化(hua)學(xue)反應）。一(yi)個(ge)(ge)(ge)可充(chong)電(dian)電(dian)池(chi)出廠時的(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)(nei)阻(zu)(zu)是比較(jiao)小的(de)(de)(de)(de)(de)，但經(jing)過長(chang)期使用(yong)后(hou)，由(you)于電(dian)池(chi)內(nei)(nei)部電(dian)解(jie)液的(de)(de)(de)(de)(de)枯(ku)竭，以(yi)及電(dian)池(chi)內(nei)(nei)部化(hua)學(xue)物質(zhi)活性的(de)(de)(de)(de)(de)降低，這個(ge)(ge)(ge)內(nei)(nei)阻(zu)(zu)會(hui)逐漸增加，直到內(nei)(nei)阻(zu)(zu)大(da)(da)到電(dian)池(chi)內(nei)(nei)部的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)量(liang)無(wu)法正常釋放(fang)出來(lai)，此時電(dian)池(chi)也就(jiu)“壽終正寢”了(le)。絕大(da)(da)部分(fen)老化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)池(chi)都是因(yin)(yin)為(wei)(wei)內(nei)(nei)阻(zu)(zu)過大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)原因(yin)(yin)而(er)造成(cheng)無(wu)使用(yong)價(jia)值，只好報廢。因(yin)(yin)此我(wo)們(men)更應該注重(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)是電(dian)池(chi)放(fang)出的(de)(de)(de)(de)(de)容(rong)量(liang)而(er)不(bu)是充(chong)入的(de)(de)(de)(de)(de)容(rong)量(liang)。
一、內(nei)阻不是一個固定(ding)的數值
麻煩的一(yi)點是，電(dian)(dian)池處于(yu)不(bu)同的電(dian)(dian)量狀(zhuang)態時，它(ta)的內(nei)(nei)(nei)阻值(zhi)(zhi)不(bu)一(yi)樣；電(dian)(dian)池處于(yu)不(bu)同的使用壽(shou)命狀(zhuang)態下，它(ta)的內(nei)(nei)(nei)阻值(zhi)(zhi)也不(bu)同。從技術(shu)的角度出發，我們一(yi)般(ban)把電(dian)(dian)池的電(dian)(dian)阻分為兩(liang)種狀(zhuang)態考(kao)慮(lv)：充(chong)電(dian)(dian)態內(nei)(nei)(nei)阻和放電(dian)(dian)態內(nei)(nei)(nei)阻。
1.充電態內阻指(zhi)電池完全(quan)充滿電時的(de)所測量到的(de)電池內阻。
2.放電態(tai)內阻(zu)指(zhi)電池充分放電后（放電到標準的(de)(de)截止(zhi)電壓時(shi)）所測(ce)量到的(de)(de)電池內阻(zu)。
一般情(qing)況下(xia)放電(dian)(dian)態(tai)的內(nei)(nei)阻(zu)是不穩定(ding)的，測(ce)量(liang)的結果也比正常值高(gao)出許多，而(er)充電(dian)(dian)態(tai)內(nei)(nei)阻(zu)相對比較(jiao)穩定(ding)，測(ce)量(liang)這個數值具有(you)實際的比較(jiao)意義。因此在電(dian)(dian)池的測(ce)量(liang)過(guo)程中，我(wo)們都以充電(dian)(dian)態(tai)內(nei)(nei)阻(zu)做為測(ce)量(liang)的標準。
二、內阻無法用一般的方法進行精確測量
或許大家會說，高中物(wu)理(li)(li)課上有教用簡單(dan)(dan)公式+電(dian)阻(zu)(zu)箱(xiang)計算電(dian)池內阻(zu)(zu)的方法(fa)……但(dan)物(wu)理(li)(li)課本(ben)上教的用電(dian)阻(zu)(zu)箱(xiang)推(tui)算的算法(fa)精度太低，只能用于理(li)(li)論的教學，在(zai)實際應用上根本(ben)無法(fa)采用。電(dian)池的內阻(zu)(zu)很小(xiao)，我(wo)(wo)們(men)一(yi)般(ban)用微歐(ou)或者(zhe)毫歐(ou)的單(dan)(dan)位來定義它。在(zai)一(yi)般(ban)的測(ce)量(liang)場合，我(wo)(wo)們(men)要求電(dian)池的內阻(zu)(zu)測(ce)量(liang)精度誤差必(bi)須控制在(zai)正負5％以內。這(zhe)么小(xiao)的阻(zu)(zu)值和這(zhe)么精確的要求必(bi)須用專用儀器來進行測(ce)量(liang)。
三、目(mu)前行業中應(ying)用的電池內阻測量方法
行業應用(yong)中(zhong)，電池(chi)內阻(zu)(zu)的精(jing)確測(ce)量是通(tong)過專用(yong)設備來(lai)進(jin)行的。下面我來(lai)說(shuo)說(shuo)行業中(zhong)應用(yong)的電池(chi)內阻(zu)(zu)測(ce)量方法(fa)。目前(qian)行業中(zhong)應用(yong)的電池(chi)內阻(zu)(zu)測(ce)量方法(fa)主要有以下兩種：
1.直流放電(dian)內阻測量法
根據(ju)物理公式(shi)Ｒ=Ｕ/Ｉ，測試設備(bei)讓電池(chi)(chi)在短時間內（一(yi)般(ban)(ban)為2～3秒）強制通過(guo)一(yi)個(ge)很大的恒定直流(liu)電流(liu)（目前一(yi)般(ban)(ban)使用40A～80A的大電流(liu)），測量此(ci)時電池(chi)(chi)兩端的電壓，并按(an)公式(shi)計算出當前的電池(chi)(chi)內阻(zu)。
這種測量方(fang)法的(de)精(jing)確度較高，控(kong)(kong)制(zhi)得當的(de)話，測量精(jing)度誤差可以(yi)控(kong)(kong)制(zhi)在0.1％以(yi)內。
但此法有明顯的不足(zu)之(zhi)處：
（1）只能測量大容量電池(chi)或(huo)者蓄電池(chi)，小(xiao)容量電池(chi)無法在2～3秒鐘內負荷40A～80A的大電流；
（2）當電(dian)池通過大(da)電(dian)流時，電(dian)池內(nei)部的電(dian)極(ji)(ji)會(hui)發生極(ji)(ji)化現(xian)象，產生極(ji)(ji)化內(nei)阻(zu)(zu)。故測(ce)量時間(jian)必須很(hen)(hen)短(duan)，否則測(ce)出的內(nei)阻(zu)(zu)值誤差很(hen)(hen)大(da)；
（3）大電(dian)流通過電(dian)池對電(dian)池內部的電(dian)極有(you)一定損傷。
2.交(jiao)流壓(ya)降(jiang)內阻測(ce)量(liang)法
因為電(dian)(dian)(dian)池(chi)實(shi)際(ji)上(shang)等效(xiao)于(yu)一(yi)(yi)個有(you)源電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)(zu)，因此我們給電(dian)(dian)(dian)池(chi)施加一(yi)(yi)個固(gu)(gu)定頻(pin)率和固(gu)(gu)定電(dian)(dian)(dian)流(liu)（目前一(yi)(yi)般使用1kHz頻(pin)率、50mA小電(dian)(dian)(dian)流(liu)），然(ran)后對其電(dian)(dian)(dian)壓(ya)進行采樣，經過整流(liu)、濾(lv)波等一(yi)(yi)系(xi)列處理后通(tong)過運放電(dian)(dian)(dian)路計算出該電(dian)(dian)(dian)池(chi)的內阻(zu)(zu)(zu)值。交流(liu)壓(ya)降內阻(zu)(zu)(zu)測量法的電(dian)(dian)(dian)池(chi)測量時間極(ji)短(duan)，一(yi)(yi)般在100毫秒左右(you)。
這(zhe)種測量(liang)方法的精確(que)度(du)(du)也不錯，測量(liang)精度(du)(du)誤差一般在1％～2％之間。
此法的優缺點：
（1）使用(yong)交流壓降內阻測(ce)(ce)量法可以測(ce)(ce)量幾乎所(suo)有的(de)電(dian)池(chi)，包括小容量電(dian)池(chi)。筆記本(ben)電(dian)池(chi)電(dian)芯的(de)內阻測(ce)(ce)量一般都用(yong)這種辦法。
（2）交流(liu)壓降(jiang)測(ce)(ce)量(liang)法(fa)的(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)精(jing)度很(hen)可能會受到紋(wen)波電(dian)流(liu)的(de)(de)影響，同時還有諧波電(dian)流(liu)干擾(rao)的(de)(de)可能。這對測(ce)(ce)量(liang)儀器電(dian)路中的(de)(de)抗干擾(rao)能力是一(yi)個考驗
（3）用此法測量(liang)，對電池本身不會有太大的損害。
（4）交流(liu)壓降測量法(fa)的測量精度不如直(zhi)流(liu)放電內阻測量法(fa)。
3.測試儀器(qi)的(de)元(yuan)件誤差及(ji)測試用的(de)電池連(lian)接線問題
無論是(shi)上述哪一種方法，都存(cun)(cun)在一些(xie)很容易被我們忽視的(de)問(wen)題(ti)(ti)，那就是(shi)測試儀器(qi)本(ben)身的(de)元件誤差和用于連(lian)接(jie)電(dian)(dian)池(chi)的(de)測試線纜問(wen)題(ti)(ti)。因(yin)為要(yao)測量的(de)電(dian)(dian)池(chi)的(de)內阻很小，線路(lu)的(de)電(dian)(dian)阻就要(yao)考慮進(jin)去(qu)了。一條短(duan)短(duan)的(de)從儀器(qi)到(dao)電(dian)(dian)池(chi)的(de)連(lian)接(jie)線本(ben)身也存(cun)(cun)在電(dian)(dian)阻（大約也是(shi)微歐(ou)級(ji)），還有電(dian)(dian)池(chi)與(yu)連(lian)接(jie)線的(de)接(jie)觸面(mian)也存(cun)(cun)在接(jie)觸電(dian)(dian)阻，這(zhe)些(xie)因(yin)素必須都在儀器(qi)的(de)內部事(shi)先做好誤差調節。
所(suo)以，正規(gui)的電(dian)池(chi)內(nei)阻測試儀一般都配有專用(yong)的連接(jie)線和電(dian)池(chi)固定架子(zi)。
四、總結
很多老化(hua)的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)其實(shi)(shi)內部(bu)電(dian)(dian)(dian)量還是很多，只是內阻(zu)(zu)過(guo)大放(fang)不出電(dian)(dian)(dian)來，實(shi)(shi)在可惜。但(dan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)內阻(zu)(zu)一旦增加(jia)后，要(yao)想人為降低這個內阻(zu)(zu)值是難上加(jia)難。因此對于已經(jing)(jing)老化(hua)的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)，我們(men)即(ji)使想出很多辦(ban)法來“激活”它，比如大電(dian)(dian)(dian)流沖(chong)擊，小電(dian)(dian)(dian)流浮充，放(fang)冰箱等(deng)，但(dan)大多無濟(ji)于事，回(hui)天乏術。在了(le)解了(le)上述知(zhi)識之后，我們(men)基本可以知(zhi)道，挑選(xuan)(xuan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)要(yao)盡可能(neng)地挑選(xuan)(xuan)內阻(zu)(zu)較小的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)。另外(wai)很重要(yao)的(de)一點(dian)，電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)久置不用(yong)，其內阻(zu)(zu)也會(hui)不斷(duan)增加(jia)。建議大家(jia)還是要(yao)經(jing)(jing)常使用(yong)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)來保(bao)持電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)內部(bu)化(hua)學物質的(de)活性。
思考(kao)：大家(jia)都(dou)在玩(wan)電(dian)池(chi)，你(ni)是如何(he)挑選你(ni)的(de)動力電(dian)池(chi)呢？它們(men)的(de)內阻是多少(shao)？它們(men)的(de)一致性如何(he)？你(ni)的(de)電(dian)機及電(dian)調(diao)與電(dian)池(chi)是否相(xiang)配？有多少(shao)讓人困惑的(de)問題(ti)都(dou)出(chu)在電(dian)池(chi)？