內阻計算機
根據開路電壓、負載電壓及已知負載電阻,計算電池或電源的內阻。
電池內阻
先量測無負載電壓,再接上已知電阻並輸入負載電壓。
關於內阻
實際的電池、電源供應器、發電機及其他電源,都可以視為理想電壓源串聯一個小電阻。這個內阻通常不是獨立的實體電阻,而是電源內部電極材料、電解質導電性、接點、繞組、半導體路徑及其他損耗的綜合表現。沒有電流流動時,電壓表讀取的是開路電壓。負載汲取電流時,部分電壓損失於電源內部,因此端電壓或負載電壓會下降。
本計算機採用簡化的戴維寧電源模型。將已知負載電阻接上電源,並量測該電阻兩端的負載電壓。負載電流等於負載電壓除以負載電阻。內阻則等於電源內部電壓降除以該電流。整合這些關係可得:內阻 = 負載電阻乘以(開路電壓除以負載電壓減一)。模型也會顯示負載電流及觀察到的電壓降,以便核對量測結果。
內阻是評估電源狀態的重要指標。在相同化學體系下,新電池的內阻通常低於老化、放電後、低溫或受損電池。內阻升高時,帶載端電壓下陷更明顯,發熱增加,電源供應大電流的能力下降。汽車啟動電池、遙控模型電池組、不斷電系統與實驗室電池,常透過定期重複相同的受控負載測試進行比較。
為取得有用的結果,請以同一台經校準的儀表量測兩種電壓,並儘快完成負載讀值,以限制發熱或充電狀態變化。電阻須具備足夠的額定功率,因為其消耗功率等於負載電壓的平方除以電阻。此簡化模型假設測試期間電源穩定且近似線性。電化學電池可能具有動態行為,因此脈衝長度、溫度、電量及近期使用情形都可能影響表觀內阻。
切勿以短路電池的方式估算內阻。短路可能產生破壞性電流,造成燒傷、火災、洩氣或爆炸。請使用適當的已知負載、附保險絲的測試線,並遵守製造商限制。本計算機適用於工程估算與比較;涉及安全關鍵用途的電池鑑定,應遵循相關測試標準並使用額定規格合適的設備。
內阻計算範例
| 量測值 | 內阻 | 解讀 |
|---|---|---|
| 開路12.6 V,負載電壓12 V,負載6 ohm | 0.3 ohms | 負載電流為2 A,內部電壓降為0.6 V。 |
| 開路9 V,負載電壓7.5 V,負載10 ohm | 2 ohms | 0.75 A的負載電流造成1.5 V的端電壓降。 |
| 開路1.6 V,負載電壓1.5 V,負載15 ohm | 1 ohm | 電池供應0.1 A電流,內部損失0.1 V。 |
如何計算內阻
- 在未連接外部負載時,量測並輸入電源電壓。
- 接上阻值已知且安全額定規格合適的負載電阻,並輸入其阻值。
- 量測已連接負載兩端的電壓,並輸入負載電壓。
- 選取「計算內阻」,查看內阻、電流與電壓降。
內阻常見問題
電池內阻是怎麼產生的?
電極、電解質、隔離膜與連接處的損耗都會形成內阻。化學體系、溫度、充電狀態與老化程度會改變這些損耗。
內阻越低一定越好嗎?
較低的內阻通常能以較少的電壓下陷及發熱供應較大電流。不過,合適的數值仍取決於電池化學體系、尺寸及預期放電倍率。
為什麼負載電壓必須低於開路電壓?
電源供應電流時,電流流經內阻通常會使端電壓下降。負載讀值偏高可能代表量測錯誤、正在充電或電源狀態改變。
可以用三用電表測試內阻嗎?
三用電表可以量測兩種電壓並確認負載電阻。請勿使用電阻檔直接跨接帶電電池兩端。
內阻會維持固定嗎?
不會,電化學電池尤其如此。溫度、充電狀態、脈衝持續時間、老化及近期電流紀錄都可能改變表觀值。