芯耀
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今天下午收到有為智能車(chē)競(jìng)賽提供車(chē)模的廣東博思公司發(fā)送過(guò)來(lái)的兩組電池：鋰電池和鎳氫電池。將來(lái)用于替代早期的鎳鎘電池。由于鎳鎘電池具有污染環(huán)境的缺點(diǎn)，現(xiàn)在根據(jù)國(guó)家的規(guī)定，鎳鎘電池將會(huì)逐步被淘汰。
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▲ 快遞發(fā)送過(guò)來(lái)的鋰電池包裹
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隨著組別的增多 ，車(chē)模的形態(tài)也逐步豐富起來(lái)，對(duì)于電池的要求也有很大的改變。在車(chē)模運(yùn)動(dòng)中，電池的放電功率決定車(chē)模在賽道上的運(yùn)動(dòng)的速度和靈活性。所以用于車(chē)模競(jìng)賽的電池最重要一點(diǎn)就是能夠提供足夠大的放電電流。
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▲ 兩個(gè)鋰電池（藍(lán)色）兩個(gè)鎳氫電池（黑色）以及一個(gè)充電器
由于這是用于測(cè)試電池，所以電池上沒(méi)有任何銘牌和標(biāo)識(shí)。一些特性只能通過(guò)測(cè)試來(lái)確認(rèn)。
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對(duì)于鋰電池，由于它的能量密度很大，在外部斷路的情況下，往往會(huì)引起電池的爆燃和損毀。一般要求其內(nèi)部有電流保護(hù)電路板。打開(kāi)鋰電池，從外觀上來(lái)看，在頂部有一塊外部引線板，沒(méi)有其半導(dǎo)體器件，所以看不出它具有電池保護(hù)功能。
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▲ 鋰電池中沒(méi)有電流保護(hù)板 ?
01 電池端口電壓
使用穩(wěn)壓電源對(duì)鎳氫電池進(jìn)行充電，充電電壓上限設(shè)置為 8.4V。使用同時(shí)寄送過(guò)來(lái)的充電器對(duì)鋰電池進(jìn)行充電。充電之后進(jìn)行分別測(cè)試兩種電池的端口電壓：
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(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
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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(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)也決定了電機(jī)的瞬間功率。它越大，說(shuō)明電池的動(dòng)力性能越高。
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1. 測(cè)試方案
使用一個(gè)大功率三相交流接觸器作為控制開(kāi)關(guān)，來(lái)控制電路的通斷。將交流接觸器三路觸點(diǎn)并聯(lián)，提高控制開(kāi)關(guān)通過(guò)電流的能力。
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使用 HALL 傳感器測(cè)量電流大小。電流 HALL 的設(shè)置：100mV /A。利用示波器測(cè)量 HALL 電流傳感器的輸出信號(hào)，反映出回路中的電流變化情況。
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▲ 測(cè)量短路電流方案 ?
2. 鎳氫電池
(1) 測(cè)量短路電流峰值
放電時(shí)間大約 1 秒鐘，測(cè)量 HALL 輸出電壓波形大約 2.7V。根據(jù) 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。
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▲ 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(shí)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。
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▲ 使用 DS6014 示波器獲得的放電電流波形
(2) 測(cè)量短路電流輸出時(shí)間
持續(xù)短路放電，電池經(jīng)過(guò) 9.5 秒鐘之后，斷開(kāi)。內(nèi)部燒斷。
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▲ 持續(xù)放電直到電池?zé)龎?/p>
檢查短路電流造成電池?fù)p壞內(nèi)部的情況。打開(kāi)電池包裝，可以看到鎳氫電池內(nèi)部金屬連線在斷路電流作用下熔斷了。
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▲ 電池中的引線被燒蝕短 ?
由于鎳氫電池內(nèi)部沒(méi)有輸出斷路保護(hù)，所以在外部短路情況下，如果持續(xù)時(shí)間超過(guò) 10 秒鐘，內(nèi)部連接就會(huì)熔斷。但是如果只是瞬間斷路，電池不會(huì)發(fā)生爆燃或損壞。
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3. 鋰電池
使用同樣的方式測(cè)量鋰電池的短路電流。在前面開(kāi)始初步檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鋰電池內(nèi)部有電流保護(hù)功能的電路板，所以在測(cè)試時(shí)需要格外的小心。
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▲ 鋰電池短路測(cè)試很危險(xiǎn)，需要做好安全防護(hù)
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▲ 鋰電池、萬(wàn)用表、交流交出器、HALL 電流卡鉗 ?
測(cè)試鋰電池?cái)嗦冯娏鲿r(shí)，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(kāi)。鋰電池重新恢復(fù)輸出電壓。
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從這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，鋰電池內(nèi)部應(yīng)該是集成有電流保護(hù)電路。最初檢查看到的引線輸出的電路板，應(yīng)該是在內(nèi)側(cè)（電路板的反面）有相應(yīng)的電子功率器件完成電池輸出電流保護(hù)功能。
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▲ 鋰電池短路放電電流波形 ?
使用幾個(gè) 1 歐姆的功率電阻并聯(lián)，測(cè)量鋰電池最大輸出電流。
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逐步增加電阻并聯(lián)的個(gè)數(shù)，輸出電流也逐步增加。在負(fù)載為 0.5 歐姆時(shí)，輸出峰值電流在 9A 左右。
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▲ 在 0.5Ω負(fù)載下的電流波形
下圖是在負(fù)載電阻為 0.25 歐姆時(shí)，輸出電流達(dá)到了 24A 左右。
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▲ 在 0.25Ω負(fù)載下的電流波形
在負(fù)載電阻為 0.2 歐姆時(shí)，輸出電流達(dá)到了 27A。此時(shí)，鋰電池放電電流就和前面測(cè)量的鎳氫電池大體相同了。
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▲ 在 0.2Ω負(fù)載下的電流波形
▲ 使用六個(gè) 1 歐姆電阻作為負(fù)載進(jìn)行測(cè)試
繼續(xù)增加并聯(lián)電阻，電池輸出電流則不再增加。此時(shí)回路其他寄生電阻也影響了電流的進(jìn)一步的增加。
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▲ 在 0.167Ω負(fù)載下的電流波形
在輸出電流 27A 的情況下，持續(xù)放電。在持續(xù) 10 秒鐘左右，電池輸出中斷。但此時(shí)電池并沒(méi)有損壞。斷開(kāi)電池之后，電池輸出電壓恢復(fù)。這應(yīng)該是內(nèi)部保護(hù)電路板在大電流下發(fā)熱，引起輸出保護(hù)。
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▲ 持續(xù)放電過(guò)程
將鋰電池進(jìn)一步拆開(kāi)，漏出接口電路板的內(nèi)部，可以看到其中的確具有大功率電子線路。
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▲ 打開(kāi)鋰電池，暴露出其中的電池保護(hù)板
鋰電池保護(hù)板上使用兩顆 MOS 管來(lái)控制兩個(gè)串聯(lián)的鋰電池的充電過(guò)壓保護(hù)以及放電短路保護(hù)。這么小的 MOS 管可以輸出 27A，的確令人稱(chēng)奇。
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▲ 鋰電池內(nèi)部的電流保護(hù)板
如果繞開(kāi)電池保護(hù)板，進(jìn)行斷路實(shí)驗(yàn)會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？
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下面是直接將鋰電池中的一節(jié)電池進(jìn)行斷路?？梢钥吹?，輸出引線瞬間就熔斷，電池也就報(bào)廢了。
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▲ 鋰電池?zé)o保護(hù)狀態(tài)下短路過(guò)程
下面鋰電池在沒(méi)有保護(hù)板情況下的放電電流波形，從中可以看到實(shí)際上電流的大小也是在 27A 左右，與具有電流保護(hù)板時(shí)的短路電流并沒(méi)有太多的增加。只是此時(shí)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。
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▲ 單顆電池?zé)o保護(hù)放電電流波形
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結(jié)論：
通過(guò)測(cè)試，這兩款電池的輸出短路電流都在 25A 以上，對(duì)于智能車(chē)競(jìng)賽車(chē)模來(lái)說(shuō)，是夠用了。只是對(duì)于有四個(gè)麥克納姆輪的 H 車(chē)模來(lái)說(shuō)，這個(gè)電流相對(duì)顯得比較弱一些。
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對(duì)于這兩款電池的容量本實(shí)驗(yàn)中并沒(méi)有進(jìn)行測(cè)試。
