有为智能车竞赛电池更新：锂电池替代镍镉电池，放电功率决定车模速度

有为智能车竞赛电池更新：锂电池替代镍镉电池，放电功率决定车模速度

■ 锂电池、镍氢电池

今天下午，我们收到了一家为智能车大赛提供车型的公司送来的两套电池：锂电池和镍氢电池。它们将用来替代早先的镍镉电池。由于镍镉电池存在污染环境的缺点，因此根据国家规定，镍镉电池将逐步被淘汰。

▲ 快递发送的锂电池包装

随着类别的增加，车模的形式也逐渐丰富起来，对电池的要求也发生了很大的变化。在车模运动中，电池的放电功率决定了车模在赛道上的速度和灵活性。因此，车模比赛所用电池最重要的一点就是能够提供足够大的放电电流。

▲ 两块锂电池（蓝色）、两块镍氢电池（黑色）及一个充电器

由于这是用于测试电池，因此电池上没有铭牌或标记。某些特性只能通过测试来确认。

对于锂电池来说，由于其能量密度较高，在外部短路的情况下，经常会引起爆炸，损坏电池。一般要求内部有电流保护电路板。打开锂电池，从外观上看，上面有一块外置的引线板，而没有其半导体器件，所以看不出它有电池保护功能。

▲锂电池内无电流保护板01电池端口电压

使用稳压器给镍氢电池充电，设置充电电压上限为8.4V。使用同时送的充电器给锂电池充电。充电完成后分别测试两块电池的端口电压：

（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

短路放电电流体现的是电池的最大瞬间放电能力，这也决定了驱动电机时的瞬间功率，它越大，电池的动力性能越高。

1. 测试计划

用大功率三相交流接触器作为控制开关，控制电路的接通与关断，将交流接触器的三个触头并联起来，以提高控制开关通过电流的能力。

使用HALL传感器测量电流，目前HALL设置为100mV/A，使用示波器测量HALL电流传感器的输出信号，该信号可以反映回路中电流的变化情况。

▲测量短路电流方案二：镍氢电池

（1）测量短路电流峰值

放电时间约为1秒，测得HALL输出电压波形约为2.7V，根据HALL电流传感器的量程（100mV/A）可换算出镍氢电池的短路放电电流约为27A。

▲镍氢电池短路放电电流波形

接下来通过示波器获取电流、电压波形，结合HALL电流传感器的电流比得到短路情况下镍氢电池的输出电流波形。

▲用示波器得到的放电电流波形

（2）测量短路电流输出时间

电池连续短路放电9.5秒后断开，内部电路烧坏。

▲ 持续放电直至电池烧毁

检查短路电流对电池内部造成的损坏。打开电池包装，可以看到镍氢电池内部的金属连接件在短路电流的作用下已经熔化。

▲ 电池内引线烧断短路

由于镍氢电池没有内部输出短路保护功能，因此如果外部短路持续 10 秒以上，内部连接将熔断。但如果短路只是短暂的，电池不会爆炸或损坏。

3.锂电池

用同样的方法测量锂电池的短路电流，初次检查时，锂电池内部没有发现带有电流保护功能的电路板，因此测试时需要格外小心。

‍▲锂电池短路测试非常危险，需要安全防护

▲锂电池、万用表、交流适配器、HALL电流卡尺

在测试锂电池短路电流时，可以看到，电池在输出一个很短暂的脉冲电流（峰值为40~60A）后就被切断了，直到接触器断开电路，锂电池才恢复输出电压。

从实验结果判断，锂电池应该有集成的电流保护电路，最初检查的带引线输出的电路板应该在内部（电路板背面）有相应的电子功率器件，以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欧姆功率电阻并联，测量锂电池的最大输出电流。

通过增加并联电阻的数量，输出电流逐渐增大，当负载为0.5欧姆时，输出峰值电流约为9A。

▲0.5Ω负载下的电流波形

下图显示负载电阻为0.25欧姆时，输出电流达到24A左右。

▲0.25Ω负载下的电流波形

当负载电阻为0.2欧姆时，输出电流达到27A，此时锂电池放电电流与之前测得的镍氢电池放电电流大致相同。

▲0.2Ω负载下的电流波形

▲ 使用6个1欧姆电阻作为负载进行测试

如果进一步增大并联电阻，电池输出电流将不再增大，此时回路中的其他寄生电阻也会影响电流的进一步增大。

▲0.167Ω负载下的电流波形

在输出电流27A的时候，持续放电电池，大概过了10秒左右，电池输出中断，不过此时电池并没有损坏，断开电池后，电池输出电压又恢复，应该是因为内部保护电路板在大电流下发热，导致输出保护。

▲ 连续放电过程

进一步拆开锂电池，露出接口电路板内部，可以看到里面确实含有大功率电子电路。

▲打开锂电池，露出电池保护板

锂电池保护板采用两个MOS管分别控制两节串联锂电池的充电过压保护和放电短路保护，这么小的MOS管能输出27A，很神奇。

▲锂电池内部的电流保护板

如果我们绕过电池保护板，进行断路实验，会发生什么情况呢？

下面是直接断开锂电池，可以看到，输出引线瞬间熔化，电池报废。

▲ 无保护锂电池短路过程

下面是不带保护板的锂电池放电电流波形，可以看到实际电流大小也在27A左右，比带保护板的短路电流高不了多少，只是电流的功率消耗在了电池引线上，所以会把电池引线烧熔。

▲单体电池无保护放电电流波形

※ 综上所述

经测试，这两款电池的输出短路电流都在25A以上，对于智能赛车模型来说已经足够，但对于4个麦克纳姆轮的H车模型来说，这个电流就比较弱了。

本次实验没有测试这两块电池的容量。