鋰電池VS鎳氫電池，誰更適合智能車競賽？

今天下午收到有為智能車競賽提供車模的廣東博思公司發(fā)送過來的兩組電池：鋰電池和鎳氫電池。將來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，現(xiàn)在根據(jù)國家的規(guī)定，鎳鎘電池將會逐步被淘汰。

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▲ 快遞發(fā)送過來的鋰電池包裹

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隨著組別的增多 ，車模的形態(tài)也逐步豐富起來，對于電池的要求也有很大的改變。在車模運動中，電池的放電功率決定車模在賽道上的運動的速度和靈活性。所以用于車模競賽的電池最重要一點就是能夠提供足夠大的放電電流。

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由于這是用于測試電池，所以電池上沒有任何銘牌和標識。一些特性只能通過測試來確認。

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對于鋰電池，由于它的能量密度很大，在外部斷路的情況下，往往會引起電池的爆燃和損毀。一般要求其內(nèi)部有電流保護電路板。打開鋰電池，從外觀上來看，在頂部有一塊外部引線板，沒有其半導體器件，所以看不出它具有電池保護功能。

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01 電池端口電壓

使用穩(wěn)壓電源對鎳氫電池進行充電，充電電壓上限設(shè)置為 8.4V。使用同時寄送過來的充電器對鋰電池進行充電。充電之后進行分別測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)動電機時也決定了電機的瞬間功率。它越大，說明電池的動力性能越高。

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1. 測試方案

使用一個大功率三相交流接觸器作為控制開關(guān)，來控制電路的通斷。將交流接觸器三路觸點并聯(lián)，提高控制開關(guān)通過電流的能力。

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使用 HALL 傳感器測量電流大小。電流 HALL 的設(shè)置：100mV /A。利用示波器測量 HALL 電流傳感器的輸出信號，反映出回路中的電流變化情況。

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2. 鎳氫電池

(1) 測量短路電流峰值

放電時間大約 1 秒鐘，測量 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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下面使用 DS6014 示波器獲得電流電壓波形，同時利用 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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(2) 測量短路電流輸出時間

持續(xù)短路放電，電池經(jīng)過 9.5 秒鐘之后，斷開。內(nèi)部燒斷。

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檢查短路電流造成電池損壞內(nèi)部的情況。打開電池包裝，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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由于鎳氫電池內(nèi)部沒有輸出斷路保護，所以在外部短路情況下，如果持續(xù)時間超過 10 秒鐘，內(nèi)部連接就會熔斷。但是如果只是瞬間斷路，電池不會發(fā)生爆燃或損壞。

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3. 鋰電池

使用同樣的方式測量鋰電池的短路電流。在前面開始初步檢查，沒有發(fā)現(xiàn)鋰電池內(nèi)部有電流保護功能的電路板，所以在測試時需要格外的小心。

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▲ 鋰電池短路測試很危險，需要做好安全防護

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測試鋰電池斷路電流時，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。鋰電池重新恢復輸出電壓。

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從這個實驗結(jié)果來看，鋰電池內(nèi)部應該是集成有電流保護電路。最初檢查看到的引線輸出的電路板，應該是在內(nèi)側(cè)（電路板的反面）有相應的電子功率器件完成電池輸出電流保護功能。

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使用幾個 1 歐姆的功率電阻并聯(lián)，測量鋰電池最大輸出電流。

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逐步增加電阻并聯(lián)的個數(shù)，輸出電流也逐步增加。在負載為 0.5 歐姆時，輸出峰值電流在 9A 左右。

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下圖是在負載電阻為 0.25 歐姆時，輸出電流達到了 24A 左右。

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在負載電阻為 0.2 歐姆時，輸出電流達到了 27A。此時，鋰電池放電電流就和前面測量的鎳氫電池大體相同了。

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繼續(xù)增加并聯(lián)電阻，電池輸出電流則不再增加。此時回路其他寄生電阻也影響了電流的進一步的增加。

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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。但此時電池并沒有損壞。斷開電池之后，電池輸出電壓恢復。這應該是內(nèi)部保護電路板在大電流下發(fā)熱，引起輸出保護。

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將鋰電池進一步拆開，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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鋰電池保護板上使用兩顆 MOS 管來控制兩個串聯(lián)的鋰電池的充電過壓保護以及放電短路保護。這么小的 MOS 管可以輸出 27A，的確令人稱奇。

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如果繞開電池保護板，進行斷路實驗會出現(xiàn)什么情況呢？

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下面是直接將鋰電池中的一節(jié)電池進行斷路?？梢钥吹剑敵鲆€瞬間就熔斷，電池也就報廢了。

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下面鋰電池在沒有保護板情況下的放電電流波形，從中可以看到實際上電流的大小也是在 27A 左右，與具有電流保護板時的短路電流并沒有太多的增加。只是此時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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結(jié)論：

通過測試，這兩款電池的輸出短路電流都在 25A 以上，對于智能車競賽車模來說，是夠用了。只是對于有四個麥克納姆輪的 H 車模來說，這個電流相對顯得比較弱一些。

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對于這兩款電池的容量本實驗中并沒有進行測試。