干电池电动势及内阻的测量与研究

张凤云，罗伟，牟海维

(1.东北石油大学，黑龙江 大庆 163318；2.黑龙江省高校校企共建测试计量技术及仪器仪表工程研发中心，黑龙江 大庆 163318)

干电池电动势及内阻的测量与研究

张凤云1，2，罗伟1，2，牟海维1，2

(1.东北石油大学，黑龙江 大庆 163318；2.黑龙江省高校校企共建测试计量技术及仪器仪表工程研发中心，黑龙江 大庆 163318)

本文主要采用UJ24型高电势直流电位差计、标准电阻、AC5-7型直流检流计、用台式数字万能电表(6位半)等仪器设计电路测量新的一次性干电池的电动势、内阻及其与放电流关系，然后对电池进行恒流或恒阻放电，测量电池放电不同时间的内阻，最后对几种不同型号、品牌的普通/碱性锌锰电池的测量结果对比，分析其特性及性能。本测量方法精度较高，而且测量方便、成本低。

箱式电位差计；干电池；电动势 ；内阻

随着科技的发展，各种功能强大而形态各异的电子设备随即出现，电池扮演着越来月重要的角色，已在手机、照相机等人们日常生活和通信等特殊的供电系统中得到广泛的应用。电池的电动势和内阻是衡量电池性能的重要技术指标，通过对内阻的测量能评估电池容量的大小，还可以根据电池内阻值的变化趋势来预测电池的寿命，因此对电池内阻这项性能指标的测量将有着非常重要的实际意义[1-4]。测量电池内阻的方法很多,目前人们使用的有电位差计法、直流伏安法、短路电流法、交流电桥等[5-9]。本文设计电路测量新的一次性电池的电动势、内阻及其与放电流关系，然后对电池进行恒流或恒阻放电，测量电池放电不同时间的内阻。所用的测量方法精度较高，而且测量方便、成本低。

1 实验内容

1.1 实验器材

UJ24型高电势直流电位差计、标准电阻、AC5-7型直流检流计、用台式数字万能电表(6位半，Agilent 34401A)、电池等器材。

1.2 新普通/碱性电池电动势和内阻的测量

采用台式数字万能表测量新电池的电动势，为了验证其可行性和准确性，选取了几节电池进行测试，测试结果误差很小，表明可以直接用台式数字万用表测新电池的电动势。同时，台式数字万用表的内阻为10 MΩ，电池的电动势估算为1.7V,电池的内阻估算为0.75Ω，这样估算台式数字万用表的内阻的压降为10-7V,与台式数字万用表的仪器误差10-4V，综上所述可以直接用台式数字万用表测量新电池的电动势。

图1 测量内阻原理图

图2 电流与内阻关系图

1.3 普通/碱性电池放电至不同容量后电动势和内阻的测量

电池放电分为恒流、恒阻放电，选取的电池是普通/碱性电池两种，所以特意选择了市面常见的南孚和双鹿、松下作为碱性电池和普通电池的代表，通过查阅国家标准了解到碱性电池(南孚)放电条件是以600 mA的电流，每天放电2个小时，最小平均放电时间11个小时。普通电池(双鹿、松下)是以恒定电阻3.9Ω，每天放电一个1个小时最小平均放电时间5个小时。

2 实验结果和讨论

2.1 新普通/碱性电池电动势和内阻的测量

直接用台式数字万用表测试几种品牌的新电池的电动势如下表：

表1 测量数据及计算结果

从以上的测量结果中可以看出不同品牌的新电池的电动势不同，而且都大于国家标准中的标称电压1.5 V，可见这些电池出厂的性能指标达到国家标准的规定。

按照上述方法测得不同电流时的电池内阻的实验数据，作图得到图2，由图可以看出：电池的内阻随电流的增大而减小，南孚电池的内阻变化缓慢，松下和双鹿电池的内阻下降较为明显。可以得出南孚这类碱性电池适合大电流放电，放电曲线平稳。

2.2 普通/碱性电池放电至不同容量后电动势和内阻的测量

对南孚电池进行恒流放电，每天放电2个小时，连续放电六天，得到实验数据如表2所示，松下和双鹿电池同理测量。然后，比较分析测量数据得到电池的电动式和内阻随放电时间变化的特性曲线，如图3、4所示。

表2 南孚电池测量数据及计算结果

图3 时间与电池内阻

图4 时间与电池电动势

通过图3和4可以看出：

(1)电池的内阻随电池放电时间越长，内阻越大，南孚电池的内阻变化缓慢，松下和双鹿电池的内阻下降较为明显。可以得出南孚这类碱性电池适合大电流放电，放电曲线平稳。

(2)电池的电动势随着电池使用时间越长，电动势越低。双鹿、松下电池等碳性电池使用过程中电压不断下降不能提供稳定电压。而南孚碱性电池的各项性能都得到显著提高，由于碱性电池容量大，能大电流放电，各方面特性均优于碳性电池，自然价格也较贵一些。

3 结 论

本文设计电路测量新电池的电动势和内阻，并讨论普通/碱性电池放电至不同容量后电动势和内阻的特性。测量过程中能保持电池的性能完好，更符合电池内阻测量要求。该测量系统简单、方便、准确。实验结果表明电池的内阻随电流的增大而减小，电池的电动势随着放电电流的增加，电动势越低。电池的内阻随电池放电时间越长，内阻越大。电池的电动势随着电池使用时间越长，电动势越低。干电池的使用对象、使用方法有所不同，其使用时间都有所差异。对于大功率的机器，电池能量利用率不高，常常可以卸下后再供小功率用电器使用一段时间，以提高使用率。同时，干电池间歇工作电压可以恢复，要比连续放电好，这是普通干电池的一大特性。

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Design of the Battery Electromotive Force and Resistance Measurement System

ZHAGN Feng-yun,LUO Wei,MU Hai-wei

(1.Northeast Petroleum University,Heilongjiang Daqing 163318；2.Research and Development Center of University Enterprise Co-construction Testing and Measurement Technology and Instrumentation Engineering in Heilongjiang Province,Heilongjiang Daqing 163318)

The main contents include the use the DC potentiometer of high potential UJ24,the standard of resistors,the DC galvanometer of AC5-7 and the benchtop digital universal meter (6 half) and others to measure new disposable battery’s emf and internal resistance and its relationship with the discharge current.Then,Using the circuit to measure the resistance that a battery at condition that electric current or discharge of constant resistance at different times.Meanwhile,Analysis of the results that several different models and brands Normal/alkaline batteries of its characteristics and performance by comparative of the above measurements.The measurement of this paper’s method is higher accuracy and convenience,low cost.

box-type potential difference；batteries；electromotive force；resistance

2016-06-30

黑龙江省教育科学规划课题(GJB1316013)

1007-2934(2016)06-0033-03

O 435.1

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.006.008