锂电池与镍镉电池
■ 锂电池、镍氢电池
今天下午，我们收到了为智能车比赛提供车型的广东博思公司的两套电池：锂电池和镍氢电池。它们将来会用来替代早期的镍镉电池。由于镍镉电池存在污染环境的缺点，因此按照国家规定会逐步淘汰。
▲ 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）可换算出镍氢电池开路放电电流约为27A。
▲镍镉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）测量断路器电流输出时间
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坏
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。
▲ 电池内的引线烧毁短路
由于镍氢电池没有内部输出短路保护，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、万用表、交流适配器、HALL电流卡尺
测试锂电池短路电流时，可以看到电池输出一个很短的脉冲电流（峰值为40~60A）后，切断电池，直接触器断开电路，锂电池恢复输出电压。
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。
逐渐增加并联电阻的数量，输出电流也逐渐增大，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，此时锂电池的放电电流与之前测得的镍氢电池的放电电流大致相同。
▲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
▲ 无保护锂电池短路过程
※ 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。