如何计算 AA 电池在短时间内可以提供的最大电流?

电器工程 万用表 安培数 短路 电池
2022-01-25 20:06:50

我想测量 AA 电池(充满电)可以在短时间内(比如说一秒钟)提供的最大电流

我想用万用表做到这一点:

  • 设置万用表测量安培,最高值。我当前的万用表的输入额定值为 10A(最长 30 秒)
  • 将负极探头插入电池的负极
  • 将正极探头插入电池正极(一或两秒钟)
  • 读取设备上的值

通常当您需要测量给定负载的电流时,万用表串联在电路中。从这里开始,实际上(几乎)根本没有负载我决定(据我所知)将万用表直接连接到电池。

这会造成短路。从理论上讲,电流应该非常高(因为电阻几乎为零),但由于 AA 电池具有内阻(IR),它会受到限制(幸运的是)。

这是一个好主意吗?或者它会杀死设备或不会产生预期的测量效果?

注意:我只考虑使用 AA 电池执行此操作,例如,在交流电源上执行此操作会(我猜)非常危险(220V 交流短路)并立即损坏设备。

电池可以提供的电流是指安培而不是安培小时(Ah),这是一个不同的单位。

4个回答

警告:如果“在家尝试”,请注意发生重大危险的可能性很小 - 见下文。

您提出的是一种可行且有用且具有潜在危险的方法。
我认为这样做会伤害自己的可能性极小,但需要注意这种可能性存在。

除了单个碱性或镍氢电池外,我不会这样做。对于大小超过 AA 的单元,我会非常小心。我不会考虑用 LiFePO4 电池的 LiIon 或 LiPo 尝试这个——它们都具有更高的端电压、高电位放电率,以及已知的“用火焰排出”的趋势(LiFePO4 除外)。

多年来,我一直使用这种方法测试部分使用过的碱性电池,并取得了很好的成功。我从来没有遇到过任何问题,但这并不意味着其他人都会如此幸运。最后的评论可能会出错。

为了确定碱性 AA 1.5V 电池的“良好程度”,我做了两件事。

  • 测量电池开路电位。这是一种非常安全且无损的方法。未用完大部分保质期的未使用过的碱性电池将具有超过 1.6V 的电位 - 通常为 1.65V。这比更便宜的碳锌/Le Clanche/重型电池要高,并且是确定电池是否真的是碱性电池和本质上是新电池的可靠方法。提供超过 1.6V 的电池不需要通过如下所述的电流放电“测试”(但如果需要也可以)。

  • 使用万用表上的 10 安培量程测量电池短路电流约一秒钟。仪表的内部电阻、引线电阻、插入连接电阻和与电池的接触电阻在此测试中都是潜在的重要电阻,因此仪表之间的结果会有所不同,具体取决于探头的接触程度和引线插头的接触程度接触仪表插座。尽管存在这些潜在差异(双关语),但该测试是有用且可合理重复的。

仅供参考: 我进行此测试的最常见原因是确定一批电池中的哪些电池未使用,以及哪些已使用的电池适合用于高输出相机闪光灯。相关的闪光灯带来了沉重的负担。容量可能约为 100 次闪光灯 - 取决于所拍摄的能量随照片环境而变化 - 闪光灯进入黑暗的大房间需要充满电,而在近距离拍摄浅色物体时,仅使用一小部分存储的能量。当反复使用以耗尽电池时,从闪光灯中取出时电池太热而无法处理 - 可能是 70 摄氏度!电池在满负荷时提供的平均功率可能是 50 到 100 瓦。电池需要处于良好状态才能供电。

对于高质量的新电池,短路测试通常会返回 5 到 10 安培的结果,电流在大约一秒的测试期间略有下降。

使用过的细胞的结果差异很大。任何在 3 到 5 安培范围内的东西都意味着该电池可能对闪光灯有用。几安培的结果意味着电池仍可用于时钟或电子秤等低耗电设备。小于该单元格可能最好丢弃。

虽然上述测试用于 AA 碱性电池,但它也可用于 NimH AA 电池 - 风险更大。NimH 电池在充满电时可能具有更高的放电速率,尽管此测试中存在的电阻通常会将电流限制在大约相同的值。我刚刚用充满电的 2000 mAh Eneloop AA 电池(松下中国制造版)进行了尝试。这在大约 7 安培时达到峰值。Eneloop 电池的容量低于市场领先的优质 AA NimH 电池,但在给定放电水平下具有更长的保质期和更高的端电压。我希望他们能够为更高容量的“正常”AA NimH 电池提供类似的结果。

有几次我很傻,在裤子口袋里装了一些带电的 AA 电池,在 3 次这样的情况下,我也很不幸地让它们与我口袋里的各种硬币、钥匙等形成了一个稳定的电路。口袋温度几乎立即上升到远高于疼痛水平,并且烧伤是肯定的。口袋里的东西每次都必须不雅地扔掉。虽然没有任何细胞显示出任何机械损坏迹象,但如果一个细胞在这种虐待下以某种方式“爆炸”,我会更难过,但并不感到惊讶。

短时间短接单个 AA NimH 电池不太可能损坏设置为 10A 的仪表。一个以上的串联电池或大于 AA 的电池可能会导致电池肢解或仪表内部起火或肢解。一些仪表在其 10A 范围内融合,但许多没有(我见过的大多数便宜的都没有)。扩展 10A 范围过流使用可能会损坏 10A 分流器,并可能在几毫秒后损坏仪表本身。

与实际消耗的能量相比,电池的硬短路可能会导致容量不成比例地下降,并可能导致二次电池长期永久退化。我没有注意到这种情况,但 YMMV。

在将上述 Eneloop 电池以 7A 短路总共约 5 秒后,大约需要 40 mAh 的电量才能将其恢复到满容量。能量输出 ~= 1V 说 x 7A x5 秒 = 35 焦耳。恢复能量 ~~= 1.4V x 40 mAh ~= 200 焦耳。该测试样本(1 项)太小且不受控制,无法得出任何好的结论,但很有趣。

在最坏的情况下,在完全短路的情况下,电池内部可能会耗散大约 10 瓦,而且通常会小于这个值。我在高放电下对 NimH 电池进行了可能 10-20 秒的非正式无意口袋测试表明,它们可以在不自行拆卸的情况下忍受这种情况(至少对于我经历过的小样本而言),并且我在多次使用 AA 碱性电池时使用电池使它们变得太热而无法处理,这表明它们对大量放电和高温的耐受性“足够好”。

因此,我不认为上述任何 AA 碱性电池或 NimH 电池的短路测试会对身体造成危险。但如果事实证明是这样,我不会完全感到惊讶。

如果电流太高,它会烧断万用表上的保险丝,或烧毁电池。

维基百科称 Energiser AA 电池在室温下的内阻约为 0.15R。这会产生大约 10A 的电流。但是,万用表的内阻现在可能会产生影响,降低电流。

相反,购买一个非常小的电阻器,例如 0.01R,具有高额定功率并将其放在电池上。然后测量电阻两端的电压并使用欧姆定律计算电流。这样可以保护万用表,并且万用表的分流电阻不起作用。

笔记

上述答案假设使用碱性 AA 电池。正如 Spehro 所说,其他类型可能很危险。

它当然不会杀死万用表,但电压会下降得如此之快(以及随之而来的电流),以至于您将无法测量太多。这种设置的一秒钟确实不是很短的时间。一种可能的设置是使用串联的微调电位器或电位计进行测试,随时间记录电压,然后分析结果。但这将是很多工作。您需要从最大值开始(比如说 500R)并记录放电曲线。然后逐渐减少并重复,每次使用新电池,直到达到电池放电速度超过 1 秒的值。请注意,在这种情况下,您将使用万用表来测量电压,而不是电流,因为它'

但通常电池制造商已经为您完成了此类工作。如果您可以找到要使用的特定电池的数据表,它可能包含此信息。

这确实很危险,特别是如果它是一种具有高电流容量的电池(例如 NiCd)。根据我的经验,如果在短时间内使用碱性电池和锌碳电池,这并不危险,但仍然谨慎建议肯定戴上安全眼镜并将电池放在不易燃的东西中。众所周知,NiCd 电池(即使是看起来无害的 9V 电池)在短路和未受保护的锂电池着火时会剧烈爆炸,而 NiMH 电池在某些条件下会排出热氢气和电解液。NiCd 电池的短路电流可能会大大超过仪表的 10A 额定值,因此可能会损坏仪表或测试引线。

它不会真正告诉您对正常操作有多大用处 - 您可以在读取 10A(可能 100mV)时查看仪表上的电压并获得某种内阻估计值,但存在电化学效应(“极化” ) 这将导致短路电流从峰值迅速下降。随着电池放电,内部电阻会上升,因此如果您在短脉冲中汲取电流,它不会让您很好地了解电池寿命期间会发生什么。

如果您的目的是了解最大故障电流(例如保护电路的开断电流),这可能是一个有用的练习。