对于干电池和充电电池，人们常用万用表判断其好坏，最基本的方法就是测量电压，根据电压高低对电池的好坏作出判断。其实这种方法并不十分科学，电压正常不等于电池就是好的，还要看它有没有供电能力， 这就涉及电池的另一个重要指标—— 内阻，我们常常看到有经验的人用万用表的大电流挡直接接在电池的两 端，测量电池短路电流，这样可大概 估计一下电池内阻的大小，由于万用表的电流挡本身就有一定的电阻，所以很难准确测出电池的内阻到底有多大，往往只能用来对几节电池内阻的大小作出比较。另外，这样的测量对电池也有损害。

要精确测量电池的内阻，必需使用专业的电池内阻测试仪，但专业的电池内阻测试仪价格至少也要数百元以上，业余条件下也没有必要持有。 本文介绍的用ATmega8单片机做的电池内阻测试仪可以满足业余条件下的使用要求，可用来测量干电池、充电电池、手机电池的电压和内阻，修改一下电路和程序还可以用来测量电动自行车等使用的蓄电池电压和内阻。

一 功能特点

可测电池类型：干电池、充电电 池、手机电池等 电池电压：0~5V 电池容量：0~10Ah 电阻：1mΩ~9.999Ω 电源：使用4节AA充电电池 安装好的测试仪实物见图1。

二 硬件电路

1．电池内阻测量的基本原理 本文介绍的电池内阻测试仪采用 直流放电内阻测量法，可以通过图2说 明其基本工作原理。 图中 r 是电池内阻 ， R 是放电电 阻，测量时先将开关S断开，测出电池 的空载电压U1；再将开关S合上，让电 池以比较大的电流短时间放电（放电电 流大小取值可根据电池容量确定），再 测量这时的电压U2。由此即可计算出 电池的内阻：r=（U1-U2）/（U2/R）= （U1-U2）R/U2。 上述电路的测量数据必须经过人 工计算才能得到结果，使用起来很不 方便，如果开关S开启、两个电压值的 测量、公式计算、测量结果、数据的 显示都由单片机来自动完成，则测量 就变得很轻松了。

2．单片机测量电路 由单片机电路、放电控制电路、 显示电路等部分组成，电路见图3。 ATmega8、R1、C1等组成单片机 电路，单片机使用内部RC振荡器提供 时钟信号，时钟频率取8MHz。 电路利用ATmega8内部的模数 转换器ADC测量电池电压。ATmega8 提供 6 路逐次逼近型的 ADC ， 其中 ADC0～ADC3这4个通道提供10位的转 换精度，ADC4、ADC5两个通道只提供 8位的转换精度。这里利用ADC0测量 电池电压。ADC转换的参考电压选用芯片内 部的2.56V参考电压，ADC0最大允许输 入电压为2.56V，这里取最大输入电压 为2.5V，因此要使用R6、R7组成的分 压电路才能使用最大测量电压为5V。 输入电压经 ADC 转换的结果由 ATmega8的PB口输出到4位数码显示， 数码管采用动态扫描电路，ATmega8的 PC1～PC4作动态扫描驱动输出。

场效应管VT2作放电控制电路的 开关，当VT2导通时，被测量的电池 通过电阻R5放电。VT2的工作状态受 ATmega8的PD4脚的控制，当PD4输出 高电平时VT1导通，VT2栅极电压为0， VT2截止；反之VT2栅极电压为9V，VT2 导通。

看到这里大家要问：单片机的电 源电压是5V，VT2的栅极的9V控制电 压是从何而来的呢？答案是这样的： ATmega8的PD5脚产生5000Hz的脉冲信 号输出到C2，通过VD3、VD4、C2、 C3等组成的倍压整流电路整流后得到 9V的直流电压。

根据程序设计的设置，电路的工 作过程可简述如下： 在测试电池接入的前3s，VT2一直 截止，这时数码管显示的是电池的开路 电压，发光二极管VD1点亮；3s后VT2 先导通1ms，再开始测量电池放电时的 电压，待ADC转换结束后VT2截止，经 单片机计算后数码管显示电池的内阻， 发光二极管VD1熄灭，VD2点亮，内阻 显示值在电池拿开后才消失。在整个 测量过程中，电池放电的时间只有1ms 多，减小了大电流对电池内部的电极产 生的极化现象，以免极化内阻影响测量 结果，同时避免长时间大电流对电池内 部电极产生的损伤。由于这个内阻测试仪测量的都 是小容量的电池，内阻相对来说比较 大，因此没有采用四端测试线。

 

三 软件设计

程序有主函数、ADC转换函数、 T/C0中断函数、数值处理函数、显示 函数和延时函数等部分组成。 主函数主要用来作初始化和产生 5000Hz脉冲信号，5000Hz脉冲信号作 9V倍压整流电路的交流输入电压。 ADC转换函数用来对ADC0输入 的电池电压进行ADC转换，转换结果 可表示为：ADC=（V IN×1024）/V REF， 其中V IN表示电池电压，V REF表示参考 电源电压。由公式可知：当输入电压 和参考电源电压相等时结果为1024， 但由于ADC数据寄存器为10位二进制 寄存器，能表示的最大值为1023，因 此实际转换的结果为1023，即使输入 电压大于参考电源电压，其结果仍然 为1023，故输入电压必须不大于参考 电源电压。在本文中选择内部2.56V 作为参考电源电压，最大输入电压可 达2.56V，因此这里输入电压确定为 0～2.5V，当输入电压为2.5V时，ADC 转换结果正好为1000，为了在数码管 上显示2500（单位为mV），必须将结 果乘以2.5送数码管显示。为了能将最 高测量值提高到5V，电路中加了一个 分压比为2的分压电路，因此要将结果2.5乘以2再送显示，这样当电池电压为 5V时数码管即显示5000。 T/C0中断函数主要用来作过程 的控制、有关显示数值的计算、数码 管的动态扫描进行控制。程序中语句 temp=(unsigned long)(u1-u2)*1010/u2中 的1010是放电电阻R5、IRF3205导通时 的直流电阻（约8mΩ）、放电回路连 接导线电阻的总和，单位为mΩ，放电 电阻改变时只要改变这个参数即可。 T/C0的中断时间为5ms，因此4位数码 管的显示数据每20ms刷新一次。在第 600次中断前，即电池接入的前3s，数 码管显示的是电池的电压；中断第600 次时测量电池加负载时的电压，经计 算后数码管显示电池的内阻。 完整的源程序见本刊网站（www.radio.com.cn）。

四 元器件选择和安装

所用元器件的实物见图4。 元器件的型号规格和数量见表1。 表中场效应管IRF3205是一个比较 关键的元件，其参数直接影响测量结 果，其导通时的直流电阻只有8mΩ， 如果没有IRF3205而选择其他型号的管 子，一定要注意导通时的直流电阻这 个参数，其值应尽量小，避免影响测 量精度。 4位数码管LG564的引脚见图5， 如果找不到4位数码管，也可以用4只 分立的共阳数码管代替。 安 装 前 要 把 目 标 程 序 写 入 ATmega8，有关熔丝位的配置见图6。 在制作时注意测试线要选择粗一 点的导线，电阻放电回路的连接线也 要使用粗一点的铜线。 本装置只要安装无误，不用调试 即可正常工作。

五 内阻测试仪的使用

内阻测试仪接通电源后，在没有测量电池时数码管显示0.0000，同时旁边上面的红色发光管点亮。接上测 量电池后前3s显示的是电池的电压， 这时还是红色发光管点亮，见图7。 3s过后显示电池的内阻，红色发光管 熄灭，下面的绿色发光管点亮，见图 8。松开电池后测试仪即恢复到初始状 态，等待下一次的测试。

测量中我们会发现：测量电极和 电池的接触压力大小对内阻的测量结 果影响很大，对内阻小的电池更是如 此，因此使用时要尽量压紧，必要时 做一个专用的夹具。

六 对几种常用电池的测量结果

测量结果见表2，所测电池见图9。

几点说明：

1．充电电池和手机均在充足电后 搁置1小时以上待电压稳定后测量；

2．干电池均使用新电池测量，充 电电池和手机不全是新电池，参数仅供参考。 如果要用本装置测量容量比较大 的蓄电池，则必须根据蓄电池的容量 和电压重新确定放电电阻的阻值和功 率、分压电路的分压比，同时修改程 序中相关的语句。在制作时也重新考 虑电路装配的工艺结构，使用更粗的 测量线，并采用四端测量线。

值得一提的是，直流放电内阻测 量法虽然可避免蓄电池内部容抗、纹 波电流和其他噪声源的干扰；测量精 确度较高，理想状态下测量精度误差 可以控制在0.1％以内，但是也有一些 缺点，如：当电池通过大电流时，电 池内部的电极会发生极化现象，产生 极化内阻，时间一长会使测出的内阻 值误差增大，故测量时间必须很短； 大电流通过电池对电池内部的电极产 生一定的损伤；测试仪校准比较困 难。

七 交流压降内阻测量法

测量电池内阻除了直流放电内 阻测量法外，还有交流压降内阻测量 法，也叫交流测内阻，测出来的内阻 俗称交流内阻。下面简单介绍一下：

1．测量原理 因为电池实际上等效于一个有源 电阻，因此我们给电池通过一个固定 频率的固定电流，然后对固定电流在 电池上的交流压降进行采样，再经过 整流、滤波等一系列处理后计算出该 电池的内阻值。使用这种方法测电池 的内阻，测量结果往往跟使用的频率 也有一定的关系。目前这一类的测试 仪一般使用1kHz频率，50mA测试电 流。 交流压降内阻测量法的电池测量 时间极短，一般在100ms左右，测量精 度误差一般在1%～2%之间，所测量的 值是毫欧级。

2．优点（1）使用这种测量法几乎可以测量所有的电池，容量也不受限制，包括小容量电池；（2）这种测量方式对被测电池几乎没有损伤；（3）测试仪校准比较方便。

3．缺点（1）测量精度很可能会受到纹波电流的影响，同时还有谐波电流干扰的可能，因此对测量仪器电路的抗干扰能力要求较高；（2）测量的精度没有直流放电内阻测量法高；（3）在某些场合必须对电池内阻进行在线监控，就无法采用交流压降测量法，这时只能采用直流放电内阻测量法。