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锂电池及电池内阻基础知识及测试方法

日期:2020-09-19 06:56
浏览次数:599
摘要: 锂电池基础知识及测试方法 2017 Ratests 介绍 锂聚合物电池(Lithium Polymer batteries) 简称锂电池(LiPo)是可重复充电锂离子电池,由于它容量大使用时间长,现在被越来越多的领域所使用。首先我们来对锂电池(LiPo)和传统镍氢电池(NiMH)和镍镉电池(NiCd)作个比较。 锂电池(LiPo)对比镍氢电池(NiMH) 锂电池的优势: · 锂电池的重量轻,可以方便做成任何形状及尺寸 · 锂电池容量更大 · 锂电池放电率更高,可以提供更强劲电流 锂电池的缺点 ...

       锂电池基础知识测试方法  2017  Ratests

介绍

锂聚合物电池(Lithium Polymer batteries 简称锂电池(LiPo)是可重复充电锂离子电池,由于它容量大使用时间长,现在被越来越多的领域所使用。首先我们来对锂电池LiPo和传统镍氢电池NiMH)和镍镉电池NiCd作个比较

锂电池LiPo)对比镍氢电池NiMH

锂电池的优势:

· 锂电池的重量轻可以方便做成任何形状及尺寸

· 锂电池容量

· 锂电池放电更高,可以提供更强劲

锂电池的缺点

· 锂电池寿命比镍镉电池镍氢电池短,一般只有400循环周期

· 锂电池内部的化学成分非常容易着火

· 锂电池需要特殊设备来进行充电和放电

锂电池参数讲解




首先我们拿手上的一块某D公司的锂电池来讲解下各个参数的含义。

电源/ 电芯数量

一般的锂电池标称电压(nominal voltage3.7V-3.8V左右,如上图标注了15.2V,说明内部有43.8V电芯串联。 通常工程师嘴里说的4S就是四个电芯串联在的一起的电池包,如果是3S电池那就是11.4V,如此类推。

关于标称电压

标称电压是电池包的默认电压。通常锂电池能冲到4.2V电芯,甚至现在的高性能电池可以冲到更多电压*低安全充电电压为3V电芯,3.8V电芯 是其中间值。

应该还有人看到过诸如2S2P的电芯,这说明电池包里面实际四个电芯,两个电芯串联,另两个电芯分别和之前的电芯进行并联。这种电池现在已经很少见了,因为单电芯也能也能做到高容量。

下面再来说个概念,电池包的电压决定了你的电机能跑多快。电压高低直接影响到马达转速,单位为RPM(转每分钟)。那无刷马达来说,一般用kV来评价,kV=RPM/电压。如果上面4S电池驱动6000kV的无刷电机,那么*终马达会达到91200 RPM电压越高,转速越快。

容量

电池的容量单位是毫安时mAh,它表示在一个小时里面电池可以放多少电。

公式为

1000mAh = 1 Amp Hour (1Ah)

电池放电率 ("C" )

我们通常会在和工程师聊天的时候提到这个电池1C放电,这个电池5C放电,那这个C到底是什么通常我们放电电池放电率简称为“C” 。通过C”率可以容易知道电池在什么状况下放电是安全的。但是有一点请记住,这个“C”不是单一值,它和电池的容量有着密切的关系。下面我们还是D公司的电池来举例,假设设计值5C

5C = 5 x 容量 (A)=5*4.48A=22.4A

所以电池在22.4A的持续电流下面安全的,这样很方便选ESC电机驱动器)是么:)如果超过这个值很容发生过热或者其它事故。

现在C”值通常可以看到两种,一种是持续放电率,另一种是瞬间放电率。瞬间放电率一般远远大于持续放电率,不过只有10s左右,比如加速场景需要非常大的电流。

电池

电池内阻电池的一个重要参数,其实它一直在变化,不能用唯壹值来描述,为什么呢?因为电池内部化学反应会随着温度使用时间不断的变化。

为什么评价电池内阻那么重要呢? 简而言之当前电池的内阻可以评价当前电池给设备提供的能量的效率,内阻值越高,电池能量就越多消耗在内阻上,自然输出的也就减少了。在内阻损坏的能量越多,电池也就越热。

内阻用毫欧来表示(mΩ).
1,000 mΩ=1 Ohm (Ω)

测量内阻需要专用的仪器有些仪器可以测量多芯电池每个单独芯的内阻,有些只能测总体内阻。比如 4S (4-S)锂电池, 用仪器测试结果

Cell 1: 3 mΩ     Cell 2: 5 mΩ     Cell 3: 4 mΩ  Cell 44

内阻总值为

3Ω + 5Ω + 4Ω+ 4Ω = 16 mΩ

这些内阻大部分是电池内部在电极端产品的氧化锂使用越多氧化锂产生的越多,内阻也会越来愈大随之而来的电池的销量越来越低,发热严重

下面我们举例说明,15.2V的电池阻为16 mΩ

设放电电流为1C4.48A 内阻上的电压为:  4.48 A x 0.016 Ω = 0.07168V

假设放电电流为5C22.4A 内阻上的电压为:  22.4 A x 0.016 Ω = 0.3584V

如果电池支持10C 44.8 A时,  内阻上的电压为: 44.8 A x 0.016 Ω = 0.7168V

电压下降那么多影响那些性能呢?我们还是拿之前的电机来举例。

本来的转速 15.2V* 6000 = 91200 RPM

如果负载电流44.8A 

               15.2-0.7168*6000=86899.2 RPM

相差4300.8RPM

由此可见电池内阻越低,电池输出的能量越高,可以使电机转的更快更有力。

至于内阻多少才是正常的,请大家参考各个电池公司的产品手册。

BMS及平衡充放电

BMS为电池管理系统的缩写之前我们也说过了锂电池需要特殊的设备来充电一般分为恒压或者恒流充电简称为CC (Constant Current)/CV( Constant Voltage).通常使用恒流充电方式从低电压慢慢充到4.2V。由于锂电池内部存在多芯结构,所以在充电的时候需要保证每个电芯电压一致,这关系到系统的安全,比如飞机等等现在再来说下BMSBMS一般装在电池内部监控可以监控电池的电流,电压,防止过流过及短路等发生,也同时帮助各个电芯平衡电压。锂电池及电池内阻基础知识及测试方法


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