鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1004次 | 2019年11月22日
目前大量應(yīng)用的充電電池特性如何?如何給電池測試電量呢?
檢測普通鋅錳干電池的電量是否充足,通常有兩種方法。第一種方法是通過測量電池瞬時(shí)短路電流來估算電池的內(nèi)阻,進(jìn)而判斷電池電量是否充足;第二種方法是用電流表串聯(lián)一只阻值適當(dāng)?shù)碾娮瑁ㄟ^測量電池的放電電流計(jì)算出電池內(nèi)阻,從而判斷電池電量是否充足。
第一種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是簡便,用萬用表的大電流檔就可直接判斷出干電池的電量,缺點(diǎn)是測試電流很大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過干電池允許放電電流的極限值,在一定程度上影響干電池使用壽命。第二種方法的優(yōu)點(diǎn)是測試電流小,安全性好,一般不會(huì)對干電池的使用壽命產(chǎn)生不良影響,缺點(diǎn)是較為麻煩。
筆者用MF47型萬用表對一節(jié)新2號(hào)干電池和一節(jié)舊2號(hào)干電池分別用上述兩種方法進(jìn)行測試對比。假設(shè)ro是干電池內(nèi)阻,RO是電流表內(nèi)阻,用第二種測試方法時(shí),RF是附加的串聯(lián)電阻,阻值3Ω,功率2W。
實(shí)測結(jié)果如下。新2號(hào)電池E=1.58V(用2.5V直流電壓檔測量),電壓表內(nèi)阻為50kΩ,遠(yuǎn)大于ro,故可近似認(rèn)為1.58V是電池的電動(dòng)勢,或稱開路電壓。用第一種方法時(shí),萬用表置5A直流電流檔,電表內(nèi)阻RO=0.06Ω,測得電流為3.3A。所以ro+RO=1.58V÷3.3A≈0.48Ω,ro=0.48-0.06=0.42Ω。用第二種方法時(shí),測得電流為0.395A,RF+ro+RO=1.58V÷0.395A=4Ω,電流500mA檔內(nèi)阻為0.6Ω,所以ro=4-3-0.6=0.4Ω。
舊2號(hào)電池用第一種方法測量時(shí),先測得開路電壓E=1.2V,電表內(nèi)阻RO=6Ω,讀數(shù)為6.5mA,萬用表置50mA直流電流檔,ro+RO=1.2V÷0.0065A≈184.6Ω,ro=184.6-6=178.6Ω。用第二種方法,測得電流為6.3mA,ro+RO+RF=1.2V÷0.0063A=190.5Ω,ro=190.5-6-3=181.5Ω。
顯然兩種測試方法的結(jié)果基本一致。最終計(jì)算結(jié)果的微小差別是由于讀數(shù)誤差、電阻RF的誤差以及接觸電阻等多方面因素造成的,這種微小誤差不致影響對電池電量的判斷。如果被測電池的容量小、電壓高(例如15V、9V疊層電池),則應(yīng)將RF的阻值適應(yīng)增大。
目前大量應(yīng)用的充電電池包括鉛酸蓄電池、鎳鎘/鎳氫電池、鋰離子/鋰聚合物電池。這幾種電池的特性如表1所示。
鉛酸蓄電池容量大,內(nèi)阻低(一般400Ah的2V蓄電池內(nèi)阻大約為0.5mΩ),可進(jìn)行大電流放電,但是笨重且體積龐大、不便于攜帶,常用在汽車和工業(yè)場合。其電極材料含鉛,可對環(huán)境造成極大污染。鉛酸蓄電池對充電控制的要求不高,可以進(jìn)行浮充。
鎳鎘電池容量較大,內(nèi)阻低、放電電壓平穩(wěn),適合作為直流電源。與其他種類的電池相比,鎳鎘電池耐過充電和過放電,操作簡單方便,但是具有記憶效應(yīng),應(yīng)盡量在完全放電之后進(jìn)行充電。電極材料含有劇毒重金屬鎘,隨著環(huán)保要求的提高,其市場份額越來越小。
鎳氫電池是在鎳鎘電池的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,采用金屬化氫替代有毒的鎘,在大部分場合可以替代鎳鎘電池。其容量約為鎳鎘電池的1.5~2倍,且沒有記憶效應(yīng)。相對于鎳氫電池,它對充電控制的要求較高,目前大量使用在一些便攜電子產(chǎn)品中。
其中,S為符號(hào)位,20為LSB。如果CR的滿偏值為F,則其LSB的計(jì)算公式如下:
(1)
若CR的讀數(shù)為M,取樣電阻為值RSNS,則實(shí)際的電流值為:
(2)
電流方向由S位確定。若滿偏值F為±64mV,則LSB為±15.625μV;RSNS為10mΩ時(shí)最大電流為±6.4A。若M為768,則實(shí)際電流為。
ACR為取樣電阻兩端電壓的累積值,典型的16bitACR如表3所示。