锂电池和镍氢电池的优缺点是?

2021-07-12      992 次浏览

使用稳压电源对镍氢电池进行充电,充电电压上限设置为8.4V。使用同时寄送过来的充电器对锂电池进行充电。充电之后进行分别测试两种电池的端口电压:


(1)镍氢电池:电池1:7.487V;电池2:7.501V


(2)锂电池:电池1:8.344V;电池2:8.320V


02电池短路放电电流


短路放电电流反映了电池瞬间最大的放电能力。这在驱动电机时也决定了电机的瞬间功率。它越大,说明电池的动力性能越高。


1.测试方案


使用一个大功率三相交流接触器作为控制开关,来控制电路的通断。将交流接触器三路触点并联,提高控制开关通过电流的能力。


使用HALL传感器测量电流大小。电流HALL的设置:100mV/A。利用示波器测量HALL电流传感器的输出信号,反映出回路中的电流变化情况。


▲测量短路电流方案


2.镍氢电池


(1)测量短路电流峰值


放电时间大约1秒钟,测量HALL输出电压波形大约2.7V。根据HALL电流传感器的量程(100mV/A)可以换算出镍氢电池的短路放电电流大约为27A。


▲镍氢电池短路放电电流波形


下面使用DS6014示波器获得电流电压波形,同时利用HALL电流传感器的电流比率,得到镍氢电池在短路下的输出电流波形。


▲使用DS6014示波器获得的放电电流波形


(2)测量短路电流输出时间


持续短路放电,电池经过9.5秒钟之后,断开。内部烧断。


▲持续放电直到电池烧坏


检查短路电流造成电池损坏内部的情况。打开电池包装,可以看到镍氢电池内部金属连线在断路电流作用下熔断了。


▲电池中的引线被烧蚀短


由于镍氢电池内部没有输出断路保护,所以在外部短路情况下,如果持续时间超过10秒钟,内部连接就会熔断。但是如果只是瞬间断路,电池不会发生爆燃或损坏。


3.锂电池


使用同样的方式测量锂电池的短路电流。在前面开始初步检查,没有发现锂电池内部有电流保护功能的电路板,所以在测试时需要格外的小心。


▲锂电池短路测试很危险,需要做好安全防护


▲锂电池、万用表、交流交出器、HALL电流卡钳


测试锂电池断路电流时,可以看到电池在输出极短的脉冲电流(峰值在40~60A)之后便截止了。直到接触器将电路断开。锂电池重新恢复输出电压。


从这个实验结果来看,锂电池内部应该是集成有电流保护电路。最初检查看到的引线输出的电路板,应该是在内侧(电路板的反面)有相应的电子功率器件完成电池输出电流保护功能。


▲锂电池短路放电电流波形


使用几个1欧姆的功率电阻并联,测量锂电池最大输出电流。


逐步增加电阻并联的个数,输出电流也逐步增加。在负载为0.5欧姆时,输出峰值电流在9A左右。


▲在0.5Ω负载下的电流波形


下图是在负载电阻为0.25欧姆时,输出电流达到了24A左右。


▲在0.25Ω负载下的电流波形


在负载电阻为0.2欧姆时,输出电流达到了27A。此时,锂电池放电电流就和前面测量的镍氢电池大体相同了。


▲在0.2Ω负载下的电流波形


▲使用六个1欧姆电阻作为负载进行测试


继续增加并联电阻,电池输出电流则不再增加。此时回路其他寄生电阻也影响了电流的进一步的增加。


▲在0.167Ω负载下的电流波形


在输出电流27A的情况下,持续放电。在持续10秒钟左右,电池输出中断。但此时电池并没有损坏。断开电池之后,电池输出电压恢复。这应该是内部保护电路板在大电流下发热,引起输出保护。


▲持续放电过程


将锂电池进一步拆开,漏出接口电路板的内部,可以看到其中的确具有大功率电子线路。


▲打开锂电池,暴露出其中的电池保护板


锂电池保护板上使用两颗MOS管来控制两个串联的锂电池的充电过压保护以及放电短路保护。这么小的MOS管可以输出27A,的确令人称奇。


▲锂电池内部的电流保护板


如果绕开电池保护板,进行断路实验会出现什么情况呢?


下面是直接将锂电池中的一节电池进行断路。可以看到,输出引线瞬间就熔断,电池也就报废了。


▲锂电池无保护状态下短路过程


下面锂电池在没有保护板情况下的放电电流波形,从中可以看到实际上电流的大小也是在27A左右,与具有电流保护板时的短路电流并没有太多的增加。只是此时电流的功率都消耗在电池的引线上,所以将电池的引线融化。


▲单颗电池无保护放电电流波形


结论


通过测试,这两款电池的输出短路电流都在25A以上,对于智能车竞赛车模来说,是够用了。只是对于有四个麦克纳姆轮的H车模来说,这个电流相对显得比较弱一些。


对于这两款电池的容量本实验中并没有进行测试。


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