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鋰電池和鎳氫電池的優缺點是?

鉅大LARGE  |  點擊量:1003次  |  2021年07月12日  

使用穩壓電源對鎳氫電池進行充電,充電電壓上限設置為8.4V。使用同時寄送過來的充電器對鋰電池進行充電。充電之后進行分別測試兩種電池的端口電壓:


(1)鎳氫電池:電池1:7.487V;電池2:7.501V


(2)鋰電池:電池1:8.344V;電池2:8.320V


02電池短路放電電流


短路放電電流反映了電池瞬間最大的放電能力。這在驅動電機時也決定了電機的瞬間功率。它越大,說明電池的動力性能越高。

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符合Exic IIB T4 Gc防爆標準

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

1.測試方案


使用一個大功率三相交流接觸器作為控制開關,來控制電路的通斷。將交流接觸器三路觸點并聯,提高控制開關通過電流的能力。


使用HALL傳感器測量電流大小。電流HALL的設置:100mV/A。利用示波器測量HALL電流傳感器的輸出信號,反映出回路中的電流變化情況。


▲測量短路電流方案


2.鎳氫電池

無人船智能鋰電池
IP67防水,充放電分口 安全可靠

標稱電壓:28.8V
標稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應用領域:勘探測繪、無人設備

(1)測量短路電流峰值


放電時間大約1秒鐘,測量HALL輸出電壓波形大約2.7V。根據HALL電流傳感器的量程(100mV/A)可以換算出鎳氫電池的短路放電電流大約為27A。


▲鎳氫電池短路放電電流波形


下面使用DS6014示波器獲得電流電壓波形,同時利用HALL電流傳感器的電流比率,得到鎳氫電池在短路下的輸出電流波形。


▲使用DS6014示波器獲得的放電電流波形


(2)測量短路電流輸出時間


持續短路放電,電池經過9.5秒鐘之后,斷開。內部燒斷。


▲持續放電直到電池燒壞


檢查短路電流造成電池損壞內部的情況。打開電池包裝,可以看到鎳氫電池內部金屬連線在斷路電流作用下熔斷了。


▲電池中的引線被燒蝕短


由于鎳氫電池內部沒有輸出斷路保護,所以在外部短路情況下,如果持續時間超過10秒鐘,內部連接就會熔斷。但是如果只是瞬間斷路,電池不會發生爆燃或損壞。


3.鋰電池


使用同樣的方式測量鋰電池的短路電流。在前面開始初步檢查,沒有發現鋰電池內部有電流保護功能的電路板,所以在測試時需要格外的小心。


▲鋰電池短路測試很危險,需要做好安全防護


▲鋰電池、萬用表、交流交出器、HALL電流卡鉗


測試鋰電池斷路電流時,可以看到電池在輸出極短的脈沖電流(峰值在40~60A)之后便截止了。直到接觸器將電路斷開。鋰電池重新恢復輸出電壓。


從這個實驗結果來看,鋰電池內部應該是集成有電流保護電路。最初檢查看到的引線輸出的電路板,應該是在內側(電路板的反面)有相應的電子功率器件完成電池輸出電流保護功能。


▲鋰電池短路放電電流波形


使用幾個1歐姆的功率電阻并聯,測量鋰電池最大輸出電流。


逐步增加電阻并聯的個數,輸出電流也逐步增加。在負載為0.5歐姆時,輸出峰值電流在9A左右。


▲在0.5Ω負載下的電流波形


下圖是在負載電阻為0.25歐姆時,輸出電流達到了24A左右。


▲在0.25Ω負載下的電流波形


在負載電阻為0.2歐姆時,輸出電流達到了27A。此時,鋰電池放電電流就和前面測量的鎳氫電池大體相同了。


▲在0.2Ω負載下的電流波形


▲使用六個1歐姆電阻作為負載進行測試


繼續增加并聯電阻,電池輸出電流則不再增加。此時回路其他寄生電阻也影響了電流的進一步的增加。


▲在0.167Ω負載下的電流波形


在輸出電流27A的情況下,持續放電。在持續10秒鐘左右,電池輸出中斷。但此時電池并沒有損壞。斷開電池之后,電池輸出電壓恢復。這應該是內部保護電路板在大電流下發熱,引起輸出保護。


▲持續放電過程


將鋰電池進一步拆開,漏出接口電路板的內部,可以看到其中的確具有大功率電子線路。


▲打開鋰電池,暴露出其中的電池保護板


鋰電池保護板上使用兩顆MOS管來控制兩個串聯的鋰電池的充電過壓保護以及放電短路保護。這么小的MOS管可以輸出27A,的確令人稱奇。


▲鋰電池內部的電流保護板


如果繞開電池保護板,進行斷路實驗會出現什么情況呢?


下面是直接將鋰電池中的一節電池進行斷路。可以看到,輸出引線瞬間就熔斷,電池也就報廢了。


▲鋰電池無保護狀態下短路過程


下面鋰電池在沒有保護板情況下的放電電流波形,從中可以看到實際上電流的大小也是在27A左右,與具有電流保護板時的短路電流并沒有太多的增加。只是此時電流的功率都消耗在電池的引線上,所以將電池的引線融化。


▲單顆電池無保護放電電流波形


結論


通過測試,這兩款電池的輸出短路電流都在25A以上,對于智能車競賽車模來說,是夠用了。只是對于有四個麥克納姆輪的H車模來說,這個電流相對顯得比較弱一些。


對于這兩款電池的容量本實驗中并沒有進行測試。


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