Как правильно соединять аккумуляторы последовательно и параллельно
Коротко разберём распространённое мнение – «при последовательном соединении двух аккумуляторов (АКБ), их ёмкость не меняется, она остаётся такой же, как у одного аккумулятора, поэтому время автономной работы при таком соединении будет меньше».
Но как же закон сохранения энергии? Да, при последовательном соединении аккумуляторов, формально ёмкость считается как у одного аккумулятора, а напряжение удваивается (или утраивается, учетверяется и т.д., в зависимости от количества последовательно соединённых АКБ). При параллельном же соединении АКБ – ёмкость удваивается (утраивается и т.д.), а напряжение остаётся тем же.
Варианты соединения аккумуляторов
Противоречия здесь нет. Когда люди говорят об аккумуляторе (обычно об автомобильном), то сообщают его ёмкость, но не уточняют вольтаж. Просто все привыкли, что аккумуляторы имеют напряжение 12В, и подразумевается, что упоминать об этом глупо. Но в вообще-то, ёмкость без указания вольтажа не имеет физического смысла. Существуют аккумуляторы самой разной ёмкости и на разное напряжение – на 2В, и на 6В, и на 12В, и, редко, на 24В. Кроме того, любые одинаковые АКБ можно соединять последовательно, параллельно, или последовательно-параллельно одновременно.
Но стоит только указать после величины ёмкости её вольтаж, как всё встаёт на свои места. Ведь энергоёмкость в любом случае, как бы мы не соединяли аккумуляторы, останется прежней.
Итак, если, например, два АКБ по 200Ач 12В (например, Аккумулятор Delta GEL 12-200), соединить последовательно, то получится энергоёмкость 200Ач 24В. А если эти же два АКБ соединить параллельно, то получится – 400Ач 12В.
Проверим:
200Ач * 24В = 480Ач * В = 400Ач * 12В
Но для расчётов токов (обычно, номинальным током заряда считается ток 0,1С, где С –величина равная ёмкости аккумулятора), С берут именно по цифре слева, т.е. в нашем примере, при последовательном соединении С = 200, а при параллельном С = 400. Легко заметить, что и мощность зарядного устройства в обоих случаях будет одинаковой.
Для первого случая, зарядный ток будет 0,1*200 = 20А, но при напряжении 24В. Т.е. зарядная мощность, Р = 20А 24В = 480Вт
Для второго случая, зарядный ток будет 0,1*400 = 40А, но при напряжении 12В. Т.е. зарядная мощность, Р = 40А 12В = 480Вт
Если рассматривать одиночные аккумуляторы, то, например, один аккумулятор 600Ач 2В по своей энергоёмкости соответствует одному аккумулятору 100Ач 12В (например, Аккумулятор DELTA GEL 12-100).
Чтобы получить из этих аккумуляторов (600Ач 2В) большую аккумуляторную батарею, например, на 24В, нужно соединить последовательно 12 шт таких АКБ с помощью перемычек (Перемычка для аккумуляторов 250 мм). Общая итоговая ёмкость получится 600Ач 24В. Эта энергоёмкость, если сравнивать её с 12-и вольтовыми АКБ по 200Ач (а такие применяются в грузовиках), соответствует 6-и штукам (три соединённых параллельно цепочки аккумуляторов, где каждая цепочка состоит из двух, соединённых последовательно, аккумуляторов):
(600Ач*2В)*12 = 600Ач*24В = (200Ач*24В) + (200Ач 24В) + (200Ач 24В)
Обратите внимание – на всех рисунках специально показано, что если минус инвертора подключён к условно первому АКБ, то плюс – к последнему. Так его следует подключать, чтобы компенсировать сопротивление даже толстых медных проводов, соединяющих аккумуляторы. Иначе, из-за их сопротивления, при огромных токах, «дальний» от выводов инвертора аккумулятор, окажется и не «дозаряжаем», и не «доразряжаем».
Итак, ёмкостью (читайте «энергоёмкостью») аккумулятора (объединённой группы аккумуляторов), называется количество электричества (т.е. мощности, равной току умноженного на НАПРЯЖЕНИЕ), которое аккумулятор отдает при разряде до наименьшего допустимого напряжения.
Чтобы аккумулятор служил долго, его нельзя разряжать более чем на 80%. Для 12-и вольтового АКБ, это соответствует напряжению на его клеммах примерно 11,5В. Но тут важно каким током относительно емкости АКБ мы его разряжаем.
Чем больше сила разрядного тока, тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор. Это потому что при быстром разряде большими токами относительно маленькой ёмкости аккумулятора электролит не успевает перемешиваться, и разряженный слой скапливается вокруг пластин. Напряжение АКБ падает и нагрузку снимают. Однако, спустя несколько десятков минут, электролит перемешивается и ёмкость (и, соответственно, напряжение аккумулятора) повышается.
Если же разряжать малым током относительно ёмкости, то можно вычерпать всю энергию, что плохо для долговечности АКБ. Всегда надо оставлять не менее 20% ёмкости. Подробнее об этом далее.
Отметим, что во время заряда, зарядное устройство постепенно повышает напряжение на АКБ, а затем, после снятия заряда, напряжение уменьшается, возвращаясь к спокойному состоянию (так, на 12-и вольтовом аккумуляторе, в зависимости от типа АКБ, оно обычно растёт до 14,1 – 14,5 В, а после снятия заряда, даже без нагрузки, в течении получаса возвращается к 12,5 – 12,8 В).
Задачей каждого автомобилиста является поддержание своего транспортного средства в работоспособном состоянии. Следить при этом приходится за многими узлами, включая аккумуляторную батарею.
Одним из параметров, которые можно, а порой и необходимо измерить, выступает внутреннее сопротивление.
На параметры внутреннего сопротивления влияет целый ряд факторов. Также существует несколько способов провести замеры. Всё это можно сделать своими руками.
Понятие внутреннего сопротивления
Для начала нужно понять саму суть внутреннего сопротивления в аккумуляторных автомобильных батареях.
Если брать за основу новую и до конца заряженную АКБ, напряжение в таком источнике питания составит 13 В. Соединяя батарею с потребителем, у которого минимальное сопротивление составляет 1 Ом, при замерах на омметре окажется, что ток составляет вовсе не ожидаемые 13 А, а несколько меньше. В районе 12,2 В.
И тут многие скажут, что есть закон Ома, в котором формула выглядит следующим образом:
I = U/R
Отталкиваясь от этого, при делении 13 В напряжения на 1 Ом сопротивления должно выходить 13 А.
Несоответствие закону Ома объясняется тем, что сопротивление присутствует не только у нагрузки, но и у источника питания.
Реакция, результатом которой становится образование электрической энергии, протекает с определённым замедлением. Сила тока падает при подключении нагрузки с АКБ, в том числе и по причине протекающих внутренних процессов в батарее.
Есть ряд факторов, которые могут тем или иным образом влиять на показатели внутреннего сопротивления. Причём принято считать, что именно из-за изменения этой характеристики происходят разного рода неприятности, связанные с АКБ. А если быть точнее, то проблемы появляются по мере роста внутреннего сопротивления.
Величина внутреннего сопротивления является условной. Она не имеет постоянных величин, может меняться в зависимости от влияющих на АКБ факторов, включая состояние самой батареи.
Внутреннее сопротивление аккумулятора – что это?
Легче всего объяснить эту характеристику любой электрической батареи на примере. Когда берется новая АКБ для автомобиля, в полностью заряженном состоянии ее напряжение составляет 13 В. Если ее подключить к потребителю с минимальным сопротивлением 1 Ом, то при измерении окажется, что сила тока не 13 А, а примерно 12,2 А.
Это противоречит закону Ома: I=U/R. Если 13 В разделить на 1 Ом, должно получиться 13 А. Это объясняется тем фактом, что не только нагрузка, но и сам источник питания обладает сопротивлением. Реакция в нем, в результате которой появляется электроэнергия, проходит с некоторым замедлением.
Падение силы тока при подсоединении любой нагрузки к источнику питания происходит в т. ч. и в результате внутренних процессов в аккумуляторе. Существуют другие факторы, влияющие на его внутреннее сопротивление, что сказывается на действительной силе тока.
Эта величина, которую еще называют проводимостью, импедансом, условная, никогда не бывает постоянной. Она меняется в зависимости от состояния аккумулятора и многих других обстоятельств.
Показатели нормы
Поскольку внутреннее сопротивление у автомобильного аккумулятора — величина не постоянная, многих закономерно интересует, какое оно должно быть в норме.
Условно внутреннее сопротивление можно представить в виде резистора некоторого сопротивления, подключённого последовательно с АКБ.
Чем АКБ больше, тем в итоге меньше окажется показатель внутреннего сопротивления (ВС). Если это новая и полностью заряженная АКБ ёмкостью от 70 до 100 Ач, тогда при нормальных условиях этот параметр составит от 3 до 7 мОм. Если температура начнёт падать, скорость реакции химических процессов упадёт, а сопротивление начнёт расти.
При этом нельзя говорить о том, что 3-7 мОм — это норма, и такое сопротивление должно быть у каждого аккумулятора, стоящего под капотом автомобиля.
Самое маленькое значение традиционно у новых АКБ. В основном на показатели влияет конструкция токонесущих компонентов, а также их сопротивление. Но постепенно сопротивление, а именно внутреннее, у того же свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора начинает меняться в сторону увеличения. Связано это с началом эксплуатации, при которой происходят необратимые изменения. В частности снижается активность пластин, образуется осадок в результате сульфатации, меняются характеристики самого электролита. Как результат, ВС растёт.
Если говорить о том, от чего зависит этот параметр, то здесь стоит привести такие факторы:
- конструктивные особенности АКБ;
- ёмкость;
- степень разряженности;
- сульфатация;
- внутренние обрывы;
- количество электролита;
- концентрация (пропорции) электролита;
- температура;
- рабочий ток батареи и пр.
Это действительно величина, на которую влияет целый ряд внутренних и внешних факторов.
Как можно оценить внутреннее сопротивление АКБ?
В качестве примера можно рассмотреть автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор ёмкостью 55 Ач, имеющий номинальное напряжение 12 вольт. Полностью заряженный аккумулятор имеет напряжение 12,6─12,9 вольта. Допустим, что к АКБ подключить резистор с сопротивлением 1 Ом. Пусть напряжение разомкнутого аккумулятора 12,9 вольта. Тогда ток теоретически должен быть 12,9 В / 1 Ом = 12,9 ампера. Но в реальности он будет ниже 12,5 вольта. Почему это происходит? Это объясняется тем, что в электролите скорость диффузии ионов не является бесконечно большой.
Схема АКБ с подключённым резистором
На изображении аккумуляторная батарея представлена в виде 2-полюсного источника питания. Он имеет электродвижущую силу (ЭДС), которая соответствует напряжению разомкнутой цепи, и внутренне сопротивление. На схеме они обозначены E и Rвн. Когда цепь замыкается, то ЭДС батареи частично падает на резисторе, а также на собственно внутреннем сопротивлении. То есть, происходящее в цепи можно описать следующей формулой.
E = (R + Rвн) * I.
На изображениях ниже можно посмотреть значения ЭДС автомобильного аккумулятора в разомкнутой цепи и напряжения при подключении нагрузки в виде двух автомобильных лампочек, соединённых параллельно.
ЭДС батареи
Напряжение под нагрузкой
Как уже говорилось, внутреннее сопротивление АКБ является условной величиной. Свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой нелинейное устройство, внутреннее сопротивление которого меняется в зависимости от температуры, величины нагрузки, степени заряженности, концентрации электролита и прочих вышеперечисленных параметров. Так, что для проведения точных расчётов аккумулятора используются разрядные кривые, а не величина внутреннего сопротивления.
При этом в расчётах электрических цепей с аккумуляторами величина внутреннего сопротивления может использоваться. Естественно, что всегда величина внутреннего сопротивления берётся с учётом факторов, от которых она зависит (заряд или разряд, постоянный или переменный ток, частота тока и т. п.). Итак, исходя из формулы выше, можно вычислить внутреннее сопротивление АКБ с ЭДС 12,6 вольта при разряде постоянным током 2 ампера.
r = (E ─ U) / I = (12,9 В – 12,5 В) / 2 А = 0,2 Ом.
Кстати, некоторые зарядные устройства позволяют измерять внутреннее сопротивление батареи. Например, ниже можно видеть величину внутреннего сопротивления заряженного автомобильного аккумулятора, измеренную зарядкой SkyRC iMax B6 mini. Правда, неизвестно, по какому принципу прибор вычисляет эту величину.
Внутреннее сопротивление автомобильной АКБ по показаниям SkyRC iMax B6 mini
Особенности проверки
Многим интересно и важно знать о том, как измерить текущее внутреннее сопротивление у аккумулятора и что для этого потребуется.
Автомобилистам достаточно давно стали доступны измерительные приборы, отражающие связь между внутренней проводимостью и ёмкостью АКБ. С их помощью можно оценить:
- состояние АКБ под нагрузкой, опираясь на напряжение при постоянном токе;
- сопротивление, возникающее при переменном токе;
- различия спектров.
Все эти методы, при которых пытаются определить внутреннее актуальное сопротивление у автомобильного аккумулятора, отражают только качественное состояние АКБ. Количественные значения получить нельзя. Это связано с тем, что невозможно по ВС определить, сколько будет работать АКБ под нагрузкой. То есть нет однозначной зависимости между ёмкостью и проводимостью.
Специалисты рекомендуют регулярно выполнять измерение внутреннего сопротивления, чтобы знать более точно о состоянии своего аккумулятора.
Параметры внутреннего сопротивления каждый год примерно увеличиваются на 5%. Если за год увеличение составило более чем 8%, нужно тщательно проверить состояние АКБ.
Проверка сопротивления
При вычислении сопротивления, учитывайте ЭДС, ток и нагрузку.
Внутреннее сопротивления зависит от:
- формы и размеров корпуса;
- конфигурации решеток и ячеек;
- электролита;
- присутствия легирующих компонентов;
- состояния выводов.
Также учитывается комплексное электрическое сопротивление. В него включена реактивная составляющая. Плотность и температура электролита влияют на измеряемый параметр. Чем ниже температура, тем выше сопротивление. При измерениях не забывайте о поляризации. Она возникает из-за разности потенциала на поверхности выводов или из-за изменения концентрации электролита.
Каждый год внутреннее сопротивление увеличивается на 5-7%. Если показатель вашего аккумулятора увеличился на 8%, проведите контроль условий эксплуатации.
Что влияет на импеданс
Параметры проводимости АКБ рассчитывают, отталкиваясь от ЭДС, нагрузки и силы тока. В итоге можно получить условную, изменяющуюся величину, на которую влияют такие факторы:
- размеры и форма батареи;
- конструктивные особенности;
- текущее состояние электролита;
- наличие или отсутствие легирующих добавок;
- состояние контактов.
Особенно существенно на ВС влияет электролит. А именно его состав, концентрация, температурные характеристики.
Есть определённая зависимость между сопротивлением и составом электролитической массы:
- у свинцово-кислотных минимальные значения, они могут отдавать ток до 2,5 кА для запуска ДВС;
- самый низкий параметр внутреннего сопротивления у никель-кадмиевых батарей, который может сохраняться спустя 1 тысячу циклов разряда и заряда;
- у аккумуляторов типа NiMh сопротивление изначально выше, а спустя 300-400 циклов увеличивается;
- Li-ion находятся между 2 предыдущими батареями.
Есть несколько способов, чтобы проверить внутреннее сопротивление у аккумулятора под капотом автомобиля.
Переменным током
Если выбирать самый простой способ, то это будет подача переменного тока.
В этом случае потребуется определённый прибор для измерения текущего внутреннего сопротивления у автомобильного аккумулятора. Нужно вооружиться:
- постоянным резистором с определённым номиналом;
- ограничительным трансформатором;
- конденсатором;
- цифровым вольтметром.
Хотя метод считается простым, точно рассчитать и узнать в случае его применения параметры сопротивления не получится. К тому же в отношении к автомобильным АКБ используется редко. Есть более эффективные решения.
Постоянной нагрузкой
Значительно чаще применяется метод постоянной нагрузки, поскольку он считается более точным. Активно используется для проверки ВС на автомобильных аккумуляторах.
Суть процедуры заключается в том, чтобы в течение нескольких секунд разряжать АКБ под нагрузкой, а затем вольтметром измеряются параметры напряжения до и после разряда. Используя закон Ома, можно сделать соответствующие расчёты.
Такой способ не подходит для АКБ с солидным сроком службы, поскольку не отражает реальное состояние.
Как измерить сопротивление
Сделать это можно несколькими методами.
Переменный ток
Вам нужны трансформатор, ограничительный резистор, конденсатор и вольтметр. Установите величину напряжения для каждой составляющей аккумулятора. При измерении проводимости этим методом вы получите значение с активным и реактивным компонентами.
Постоянная нагрузка
Способ заключается в быстрой разрядке аккумулятора при постоянном токе. Измерьте напряжение с нагрузкой и без нее. Проведите вычисления с помощью закона Ома. Способ подходит для проверки крупногабаритных АКБ.
Корткоимпульсный метод
Для проведения тестирования таким способом не требуется съем батареи. Корткоимпульсный метод предполагает снижение и повышение напряжения на короткий срок, поэтому измерения не повредят устройству. Напряжение замеряется вольтметром.
Короткоимпульсным методом
Ещё можно задействовать сравнительно новый короткоимпульсный способ, который обладает некоторыми достоинствами:
- АКБ не требуется снимать и отключать;
- при проверке напряжение меняется не на долго;
- тестирование не сказывается на состоянии АКБ;
- из измерительных приборов нужен лишь вольтметр.
Параллельно проверяется ёмкость АКБ в состоянии новой и после эксплуатации. Принимается во внимание сила тока, короткие замыкания. По такому методу можно сказать, в каком состоянии находится батарея.
Как сделать замеры
Приобретать промышленный измеритель для проверки внутреннего сопротивления для аккумуляторов — не совсем рациональное решение для автолюбителя.
Чтобы сделать максимально точные замеры, потребуется использовать графики разрядных кривых. А это в гаражных условиях невозможно реализовать. На импеданс влияние будет оказывать степень заряженности АКБ, воздействующая нагрузка, температурные показатели и пр.
Поэтому используется упрощённый тестер внутреннего сопротивления, с помощью которого автомобилист может сам узнать о состоянии своего аккумулятора.
В этом случае можно задействовать автомобильную фару (только не светодиодную) примерно на 60 Вт и мультиметр.
- лампочка и мультиметр соединяются последовательно с аккумуляторной батареей;
- считываются значения с вольтметра с подключённой нагрузкой;
- нагрузка отключается и проверяется напряжение без неё;
- сравниваются значения.
Опираясь на закон Ома, выполняются расчёты. Если разница по напряжению составляет до 0,02 В, то состояние АКБ можно описать как хорошее. То есть здесь внутреннее сопротивление не превышает 0,01 Ом.
При проверке удобнее всего использовать именно цифровой мультиметр или вольтметр, поскольку стрелочные не могут дать точный результат.
Если подобная проверка вас не устраивает по той или иной причине либо вы не уверены в правильности выполненных замеров, всегда можно обратиться к специалистам. Те за отдельную плату в условиях специального оборудования проведут комплексную диагностику батареи, сделают выводы о её текущем состоянии, укажут точные значения внутреннего сопротивления.
В условиях специализированных автомастерских применяют несколько тестеров.
- Нагрузочная вилка. Служит для проверки параметров напряжения. С их помощью можно задать определённую нагрузку, считать рабочие параметры АКБ.
- Устройства, позволяющие установить взаимосвязь между параметром внутреннего сопротивления и состоянием батареи.
- Измерители спектров. С их помощью определяется проводимость в условиях постоянного и переменного тока.
Все эти измерительные устройства в той или иной мере помогают сделать замеры внутреннего сопротивления в аккумуляторных батареях. Задача тестеров заключается в том, чтобы определить работоспособность АКБ, её текущую ёмкость, время, затрачиваемое на заряд и разряд. Все эти значения связаны друг с другом. Но какие-то в большей степени, а какие-то в меньшей.
Измерение сопротивления
Величина эта — условная. Она меняется в зависимости от степени заряженности АКБ, величины нагрузки, температур Вот почему при точных расчетах относительно АКБ принято пользоваться не величиной внутреннего сопротивления, а так называемыми разрядными кривыми.
Однако бывают ситуации, когда нужно узнать внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора. Для этих целей можно применить лампу накаливания от фары.
Этот вариант даст вполне точный результат. Например, это может быть галогеновая лампа с мощностью в 60 Ватт.
Рекомендуем: Серебряно-цинковые аккумуляторы и их пластины из серебра
Производится параллельное подключение к батарее вольтметра и вышеупомянутой лампы. Далее нужно запомнить значение напряжения. Затем лампа отключается. Естественно, после этого напряжение возрастёт. Если последнее увеличилось не больше, чем на 0,02 вольт, стало быть, АКБ находится в удовлетворительном состоянии. То есть, внутреннее R не больше 0,01 Ом.
Самостоятельно узнать этот параметр совсем несложно. Главное при этом — не использовать светодиодные лампы. На всю процедуру уйдет несколько минут.
Что ещё важно учитывать
Если автомобилист решил самостоятельно проверить значения импеданса, тогда предварительно стоит акцентировать внимание на нескольких нюансах.
- Не стоит опираться на абсолютные, средние или какие-то ещё значения, о которых вы узнали из специализированной литературы, поинтересовались у друзей у знакомых. Куда более эффективно сравнить текущие показатели со старыми, когда батарея только вводилась в эксплуатацию. Это позволит более объективно оценить текущее состояние.
- У каждой батареи существуют свои нормы по внутреннему сопротивлению и другим параметрам. Обычно соответствующие цифры указаны на самом корпусе либо в прилагающейся инструкции. Не поленитесь заглянуть в документацию и изучить всё то, что написано на самой АКБ.
- Периодическая проверка импеданса, даже с помощью лампы и мультиметра, дающая примерные значения, позволяет контролировать состояние АКБ. Иногда изменения в значениях указывают лишь на то, что в электроцепи есть какие-то проблемы. Либо это прямой сигнал о необходимости в ближайшее время заменить батарею.
Да, внутреннее сопротивление действительно имеет определённое значение. Если следить за ним на регулярной основе, можно своевременно предупредить появление ряда неприятностей, а также предугадать скорый выход батареи из строя.
При этом замеры делают как в гаражных условиях своими руками, так и в специализированных автомастерских. Последний вариант дороже, но вычисляемые значение более точные.
Задачей каждого автомобилиста является поддержание своего транспортного средства в работоспособном состоянии. Следить при этом приходится за многими узлами, включая аккумуляторную батарею.
Одним из параметров, которые можно, а порой и необходимо измерить, выступает внутреннее сопротивление.
На параметры внутреннего сопротивления влияет целый ряд факторов. Также существует несколько способов провести замеры. Всё это можно сделать своими руками.
Содержание
- Понятие внутреннего сопротивления
- Показатели нормы
- Особенности проверки
- Что влияет на импеданс
- Переменным током
- Постоянной нагрузкой
- Короткоимпульсным методом
- Как сделать замеры
- Что ещё важно учитывать
Понятие внутреннего сопротивления
Для начала нужно понять саму суть внутреннего сопротивления в аккумуляторных автомобильных батареях.
Если брать за основу новую и до конца заряженную АКБ, напряжение в таком источнике питания составит 13 В. Соединяя батарею с потребителем, у которого минимальное сопротивление составляет 1 Ом, при замерах на омметре окажется, что ток составляет вовсе не ожидаемые 13 А, а несколько меньше. В районе 12,2 В.
И тут многие скажут, что есть закон Ома, в котором формула выглядит следующим образом:
I = U/R
Отталкиваясь от этого, при делении 13 В напряжения на 1 Ом сопротивления должно выходить 13 А.
Несоответствие закону Ома объясняется тем, что сопротивление присутствует не только у нагрузки, но и у источника питания.
Реакция, результатом которой становится образование электрической энергии, протекает с определённым замедлением. Сила тока падает при подключении нагрузки с АКБ, в том числе и по причине протекающих внутренних процессов в батарее.
Есть ряд факторов, которые могут тем или иным образом влиять на показатели внутреннего сопротивления. Причём принято считать, что именно из-за изменения этой характеристики происходят разного рода неприятности, связанные с АКБ. А если быть точнее, то проблемы появляются по мере роста внутреннего сопротивления.
Величина внутреннего сопротивления является условной. Она не имеет постоянных величин, может меняться в зависимости от влияющих на АКБ факторов, включая состояние самой батареи.
Показатели нормы
Поскольку внутреннее сопротивление у автомобильного аккумулятора — величина не постоянная, многих закономерно интересует, какое оно должно быть в норме.
Условно внутреннее сопротивление можно представить в виде резистора некоторого сопротивления, подключённого последовательно с АКБ.
Чем АКБ больше, тем в итоге меньше окажется показатель внутреннего сопротивления (ВС). Если это новая и полностью заряженная АКБ ёмкостью от 70 до 100 Ач, тогда при нормальных условиях этот параметр составит от 3 до 7 мОм. Если температура начнёт падать, скорость реакции химических процессов упадёт, а сопротивление начнёт расти.
При этом нельзя говорить о том, что 3-7 мОм — это норма, и такое сопротивление должно быть у каждого аккумулятора, стоящего под капотом автомобиля.
Самое маленькое значение традиционно у новых АКБ. В основном на показатели влияет конструкция токонесущих компонентов, а также их сопротивление. Но постепенно сопротивление, а именно внутреннее, у того же свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора начинает меняться в сторону увеличения. Связано это с началом эксплуатации, при которой происходят необратимые изменения. В частности снижается активность пластин, образуется осадок в результате сульфатации, меняются характеристики самого электролита. Как результат, ВС растёт.
Если говорить о том, от чего зависит этот параметр, то здесь стоит привести такие факторы:
- конструктивные особенности АКБ;
- ёмкость;
- степень разряженности;
- сульфатация;
- внутренние обрывы;
- количество электролита;
- концентрация (пропорции) электролита;
- температура;
- рабочий ток батареи и пр.
Это действительно величина, на которую влияет целый ряд внутренних и внешних факторов.
Особенности проверки
Многим интересно и важно знать о том, как измерить текущее внутреннее сопротивление у аккумулятора и что для этого потребуется.
Автомобилистам достаточно давно стали доступны измерительные приборы, отражающие связь между внутренней проводимостью и ёмкостью АКБ. С их помощью можно оценить:
- состояние АКБ под нагрузкой, опираясь на напряжение при постоянном токе;
- сопротивление, возникающее при переменном токе;
- различия спектров.
Все эти методы, при которых пытаются определить внутреннее актуальное сопротивление у автомобильного аккумулятора, отражают только качественное состояние АКБ. Количественные значения получить нельзя. Это связано с тем, что невозможно по ВС определить, сколько будет работать АКБ под нагрузкой. То есть нет однозначной зависимости между ёмкостью и проводимостью.
Специалисты рекомендуют регулярно выполнять измерение внутреннего сопротивления, чтобы знать более точно о состоянии своего аккумулятора.
Параметры внутреннего сопротивления каждый год примерно увеличиваются на 5%. Если за год увеличение составило более чем 8%, нужно тщательно проверить состояние АКБ.
Что влияет на импеданс
Параметры проводимости АКБ рассчитывают, отталкиваясь от ЭДС, нагрузки и силы тока. В итоге можно получить условную, изменяющуюся величину, на которую влияют такие факторы:
- размеры и форма батареи;
- конструктивные особенности;
- текущее состояние электролита;
- наличие или отсутствие легирующих добавок;
- состояние контактов.
Особенно существенно на ВС влияет электролит. А именно его состав, концентрация, температурные характеристики.
Есть определённая зависимость между сопротивлением и составом электролитической массы:
- у свинцово-кислотных минимальные значения, они могут отдавать ток до 2,5 кА для запуска ДВС;
- самый низкий параметр внутреннего сопротивления у никель-кадмиевых батарей, который может сохраняться спустя 1 тысячу циклов разряда и заряда;
- у аккумуляторов типа NiMh сопротивление изначально выше, а спустя 300-400 циклов увеличивается;
- Li-ion находятся между 2 предыдущими батареями.
Есть несколько способов, чтобы проверить внутреннее сопротивление у аккумулятора под капотом автомобиля.
Переменным током
Если выбирать самый простой способ, то это будет подача переменного тока.
В этом случае потребуется определённый прибор для измерения текущего внутреннего сопротивления у автомобильного аккумулятора. Нужно вооружиться:
- постоянным резистором с определённым номиналом;
- ограничительным трансформатором;
- конденсатором;
- цифровым вольтметром.
Хотя метод считается простым, точно рассчитать и узнать в случае его применения параметры сопротивления не получится. К тому же в отношении к автомобильным АКБ используется редко. Есть более эффективные решения.
Постоянной нагрузкой
Значительно чаще применяется метод постоянной нагрузки, поскольку он считается более точным. Активно используется для проверки ВС на автомобильных аккумуляторах.
Суть процедуры заключается в том, чтобы в течение нескольких секунд разряжать АКБ под нагрузкой, а затем вольтметром измеряются параметры напряжения до и после разряда. Используя закон Ома, можно сделать соответствующие расчёты.
Такой способ не подходит для АКБ с солидным сроком службы, поскольку не отражает реальное состояние.
Короткоимпульсным методом
Ещё можно задействовать сравнительно новый короткоимпульсный способ, который обладает некоторыми достоинствами:
- АКБ не требуется снимать и отключать;
- при проверке напряжение меняется не на долго;
- тестирование не сказывается на состоянии АКБ;
- из измерительных приборов нужен лишь вольтметр.
Параллельно проверяется ёмкость АКБ в состоянии новой и после эксплуатации. Принимается во внимание сила тока, короткие замыкания. По такому методу можно сказать, в каком состоянии находится батарея.
Как сделать замеры
Приобретать промышленный измеритель для проверки внутреннего сопротивления для аккумуляторов — не совсем рациональное решение для автолюбителя.
Чтобы сделать максимально точные замеры, потребуется использовать графики разрядных кривых. А это в гаражных условиях невозможно реализовать. На импеданс влияние будет оказывать степень заряженности АКБ, воздействующая нагрузка, температурные показатели и пр.
Поэтому используется упрощённый тестер внутреннего сопротивления, с помощью которого автомобилист может сам узнать о состоянии своего аккумулятора.
В этом случае можно задействовать автомобильную фару (только не светодиодную) примерно на 60 Вт и мультиметр.
- лампочка и мультиметр соединяются последовательно с аккумуляторной батареей;
- считываются значения с вольтметра с подключённой нагрузкой;
- нагрузка отключается и проверяется напряжение без неё;
- сравниваются значения.
Опираясь на закон Ома, выполняются расчёты. Если разница по напряжению составляет до 0,02 В, то состояние АКБ можно описать как хорошее. То есть здесь внутреннее сопротивление не превышает 0,01 Ом.
При проверке удобнее всего использовать именно цифровой мультиметр или вольтметр, поскольку стрелочные не могут дать точный результат.
Если подобная проверка вас не устраивает по той или иной причине либо вы не уверены в правильности выполненных замеров, всегда можно обратиться к специалистам. Те за отдельную плату в условиях специального оборудования проведут комплексную диагностику батареи, сделают выводы о её текущем состоянии, укажут точные значения внутреннего сопротивления.
В условиях специализированных автомастерских применяют несколько тестеров.
- Нагрузочная вилка. Служит для проверки параметров напряжения. С их помощью можно задать определённую нагрузку, считать рабочие параметры АКБ.
- Устройства, позволяющие установить взаимосвязь между параметром внутреннего сопротивления и состоянием батареи.
- Измерители спектров. С их помощью определяется проводимость в условиях постоянного и переменного тока.
Все эти измерительные устройства в той или иной мере помогают сделать замеры внутреннего сопротивления в аккумуляторных батареях. Задача тестеров заключается в том, чтобы определить работоспособность АКБ, её текущую ёмкость, время, затрачиваемое на заряд и разряд. Все эти значения связаны друг с другом. Но какие-то в большей степени, а какие-то в меньшей.
Что ещё важно учитывать
Если автомобилист решил самостоятельно проверить значения импеданса, тогда предварительно стоит акцентировать внимание на нескольких нюансах.
- Не стоит опираться на абсолютные, средние или какие-то ещё значения, о которых вы узнали из специализированной литературы, поинтересовались у друзей у знакомых. Куда более эффективно сравнить текущие показатели со старыми, когда батарея только вводилась в эксплуатацию. Это позволит более объективно оценить текущее состояние.
- У каждой батареи существуют свои нормы по внутреннему сопротивлению и другим параметрам. Обычно соответствующие цифры указаны на самом корпусе либо в прилагающейся инструкции. Не поленитесь заглянуть в документацию и изучить всё то, что написано на самой АКБ.
- Периодическая проверка импеданса, даже с помощью лампы и мультиметра, дающая примерные значения, позволяет контролировать состояние АКБ. Иногда изменения в значениях указывают лишь на то, что в электроцепи есть какие-то проблемы. Либо это прямой сигнал о необходимости в ближайшее время заменить батарею.
Да, внутреннее сопротивление действительно имеет определённое значение. Если следить за ним на регулярной основе, можно своевременно предупредить появление ряда неприятностей, а также предугадать скорый выход батареи из строя.
При этом замеры делают как в гаражных условиях своими руками, так и в специализированных автомастерских. Последний вариант дороже, но вычисляемые значение более точные.
Тема внутреннего сопротивления аккумулятора автомобиля – не такая популярная. Просто раньше его достаточно сложно было замерить (я имею в виду точно, кустарные методы не в счет). Сейчас же появляются приборы, которые могут показать этот параметр за считанные секунды. В этой статье (и конечно же видео, которое внизу) – поговорим над сопротивлением популярных моделей АКБ, таких как — 60, 75, 90 Ач. Также расскажу, какая существует норма для новых и изношенных батарей. НУ и для удобства будет таблица с показателями …
СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ
- Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора?
- Диагностика аккумулятора
- Норма для 60 Ач
- Показатель для 75Ач
- Сопротивление для 90Ач
- Почему нельзя замерять в морозы?
- Насколько растет сопротивление в год?
- Пару слов про AGM и EFB
- Таблица сопротивлений аккумуляторов
- ВИДЕО ВЕРСИЯ
Я хочу сразу предупредить — мы будем говорить о свинцово-кислотных аккумуляторах, которые используются в автомобилях. Про остальные типы литий-ионные, никель-кадмиевые и т.д., говорить не будем, они попросту не применяются в авто
Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора?
Это сумма сопротивлений всех составных частей батареи (обычно это сопротивление поляризации и омическое). Под «омическим» нужно понимать – сумму сопротивлений составных деталей: — сепараторов, пластин, электродов, положительного и отрицательного токовывода, мостовых сварных соединений между «пакетами» пластин (и банками), а также электролита (понятно, что пластиковый корпус практически не влияет на эту величину). Измеряется в Омах. «Омический показатель» присутствует всегда (нет еще ни металлов, ни жидкостей полностью нейтральных).
Простыми словами — нормальная ЭДС (электродвижущая сила) аккумулятора может быть 13,5 В, но внутреннее сопротивление обычно приводит этот параметр к 12,7 В. Сейчас это у многих новых батарей является 100% зарядом, именно такие данные указывают многие производители (со временем эти параметры могут меняться, потому как происходит деградация АКБ).
Диагностика аккумулятора
Нужно понимать, что чем больше аккумулятору лет — тем больше показатель внутреннего сопротивления (либо бывает новый АКБ — но хранился неправильно). Влияние на все, например — на емкость, напряжение, а также силу тока.
Если у новой батареи с емкостью в 60Ач – эталонное внутреннее сопротивление всего 4-6 мОм. Напряжение без проблем поднимается до 12,7 В. Пусковой ток примерно 600 А, плотность электролита примерно – 1,27 – 1,29 г/см3
То уже 5-6 летний АКБ имеет показатель около 10 – 15 мОм (многое зависит от эксплуатации), емкость уже около 30-40Ач. Напряжение (после 3 часов после зарядки) – 12,3 – 12,5 В. Ток пуска, дай бог – 300 А, плотность электролита около 1,23 г/см3
То есть второй аккумулятор, почти полностью выработал свой ресурс. Показатель поднялся почти в 2,5 раза. И как часто это бывает из-за сульфатации пластин.
Поэтому зная показатели внутреннего сопротивления нового аккумулятора, а также Б/У (либо неправильно хранившегося), можно уже понять насколько есть износ АКБ
Поэтому простое правило при выборе новой батареи:
- По возможности возьмите тестер батареи в магазин
- Не все даже новые аккумуляторы «одинаково полезны»
- Замерьте внутреннее сопротивление
- Если оно в пределах 4 – 7 мОм (для разных емкостей оно бывает разным, про это чуть ниже). То можно брать
- Если оно 7 – 10 мОм. Значит, батарея стоит долго, либо ее неправильно хранили, внутри пошли процессы сульфатации. Брать не стоит, либо нужно просить скидку.
Норма для 60 Ач
В идеале берем новый аккумулятор, который недолго стоит на прилавке, хорошо заряжен.
Вообще точных показателей нет, есть только усредненные. Но чем емкость батареи меньше, тем сопротивление внутри у нее выше.
Это сказывается тем, что размер пластин меньше — площадь соприкосновения меньше, поэтому показатель растет.
Как пишут многие производители, эталонный показатель у нового АКБ емкостью в 60 Ач, является – 4-7 мОм. Усредненные данные будут в таблице внизу
ВАЖНО — замеры желательно проводить при температуре в + 20, + 25 градусов Цельсия, ведь на морозе электролит подмерзает, и этот показатель может вырасти
Показатель для 75Ач
Этот аккумулятор, хотя и больше почти на 25%, но показатель сопротивления здесь будет практически таким же. Опять же многое зависит от производителя
Если после тестирования у вас на приборе от 3 до 7 мОм значит можно брать. Это почти 100% аккумулятор, который выдаст честные 75Ач
Опять же у нас кислотные АКБ с жидким электролитом
Сопротивление для 90Ач
Как правило, такие батареи очень большие и тяжелые, к ним же можно отнести и 80Ач, показатели у них будут практически идентичными
Норма для 80 — 90Ач, от 3 до 6 мОм, иногда я даже встречал аккумуляторы, которые выдавали около 2 мОм (но это крайне редко)
Как я писал выше, чем больше аккумулятор, тем меньше у него показатель внутреннего сопротивления из-за более массивных и больших составных частей (пластин, перемычек и т.д.)
Почему нельзя замерять в морозы?
Как я писал выше, общее сопротивление складывается от каждой составной части аккумулятора. И электролит тут не исключение.
Основные показатели АКБ снимаются при плюсовых температурах + 20, + 25 градусов. Электролит у нас жидкий и прекрасно работает внутри. То есть он входит в реакцию с пластинами, будь это разряд или заряд
НО! В отрицательные температуры, работоспособность электролита падает, ибо он банально подмерзает. Его внутренне сопротивление растет, процессы заряда – разряда падают (а в – 35, заряд будут настолько минимальным, что практически останавливается).
Если – 35, замерить внутреннее сопротивление батареи, оно будет намного выше, чем в + 25 градусов. Так замерять неправильно!
Насколько растет сопротивление в год?
Это очень сложный вопрос. Еще раз, очень много зависит от того как вы эксплуатируете свою батарею, какие у вас пробеги, какие условия, в каком климате (зачастую АКБ, которые находятся в теплом климате работают дольше).
Но если взять среднюю «температуру по больнице», рост примерно на 10 – 15% в год. Если новая АКБ, для примера, имеет показатель — 5 мОм, то уже 5 летняя будет 6 – 8,75 мОм.
А вот уже через 6 – 7 лет, показатель перешагнет 10 – 13 мОм, и сделает аккумулятор практически не применимым в морозы. Данные постараюсь свести в таблицу внизу
Рост сопротивления происходит только из-за того, что пластины обрастают сульфатами свинца. Часть поверхности пластины просто запаковывается ими. Конечно можно сделать процесс десульфатации, но не всегда он помогает
В реальной жизни, если аккумулятор проходил около 5 – 6 лет, это нормально. Ведь не всегда мы следим за батареей, иногда бросаем автомобиль, если он не запустился в мороз (и заряжаем АКБ, спустя несколько часов, а может и дней).
Пару слов про AGM и EFB
Эти батареи сделаны по другим технологиям. Как пишут многие производители, что и свинец используется другой – более очищенный. Так и электролит находится в другом состоянии (особенно у AGM).
Все это позволяет снизить внутреннее сопротивление аккумулятора:
Так версия 60Ач, AGM – имеет показатель примерно 3 – 4 мОм,
Версия 60Ач, EFB – показатель примерно 4 – 5 мОм
Это лучше, чем у обычного АКБ (там 4 – 7 мОм). Причем AGM, может очень долго иметь такое сопротивление, все дело в том, что там электролит находится в специальных матах, которые соприкасаются напрямую с пластинами и процесс сульфатации там не такой явный.
Таблица сопротивлений аккумуляторов
| Емкость (Ач) | Норма (новый) АКБ (мОм) | Через 5 лет, средние данные, (мОм) |
| 60 | 4 — 7 | 6 – 13 |
| 75 | 3 — 7 | 4,5 – 13 |
| 80 | 3 — 6 | 4,5 – 12 |
| 90 | 3 — 6 | 4,5 – 12 |
Таблица сделана для обычных батарей с жидким электролитом внутри. Второй столбец – это примерные данные, которые могут иметь ваши батареи. Большой разбег, например от 6 до 13 мОм только из-за того, что изначальные данные различные. Один АКБ идеален, он имеет 4 мОм, вы хорошо за ним ухаживали, поэтому уровень деградации всего 10% в год. Значит через пять лет стоит ожидать сопротивления от сульфатации всего 6 мОм.
Другой изначально имеет – 7 мОм, вы плохо за ним ухаживали, оставляли его (надолго без заряда) после того как мотор не запустится в мороз. Процесс сульфатации у него намного выше, тут и 13 мОм не предел. Именно такой разбег я и заложил в оба столбца таблицы.
Сейчас подробное видео, смотрим
Теперь я думаю, вам стало понятно – почему внутреннее сопротивление аккумулятора, очень важный показатель, который практически на 100% может вам рассказать о состоянии как нового, так и подержанного АКБ. Главное, производить замеры правильно.
(46 голосов, средний: 4,70 из 5)
Внутреннее сопротивление АКБ — что это и как измеряется
При помощи внутреннего сопротивления и ряда других технических характеристик удаётся долго время поддерживать автомобильную АКБ в работоспособном состоянии. Это один из важнейших критериев, которые оценивают при контроле её состояния. Посмотрим детальнее, что он представляет собой, как его рассчитывать и проводить замеры.
Внутреннее сопротивление аккумулятора — что это
Данный технический показатель не настолько прост для объяснения, поэтому начать лучше на доступных примерах и ситуациях. Скажем, когда приобретается новая батарея, то у неё напряжение будет равно 13 В. Каждый подключенный потребитель тока обладает собственным сопротивлением, а, стало быть, потенциал батареи будет постоянно меньше максимального значения.
Измерение напряжения на аккумуляторе с помощью мультиметра
Это идёт в разрез с общеизвестной формулой, которая говорит нам, что:
Сила тока = напряжение / сопротивление.
Оказывается, что уменьшение силы тока происходит не только после подключения к АКБ внешних потребителей. Благодаря процессам, происходящим внутри аккумулятора, он и сам теряет свои максимальные характеристики.
Нормальные показатели
Норма внутреннего сопротивления автомобильной батареи должна быть на уровне 5 миллиОм. На этот показатель следует ориентироваться, хотя стандартных значений не существует, которые бы считались образцовыми. В любом случае, если батарея уже использовалась, но ещё не изношена, то показатель должен быть в пределах от 4 до 6 миллиОм.
Значительное влияние на общую потерю физических качеств АКБ влияет показатель, возникающий в рабочей жидкости, которой выступает электролит. Он зависит, в свою очередь, от окружающей температуры и его концентрации. С уменьшением температуры жидкости либо при увеличении плотности растёт показатель потери тока.
Ёмкость АКБ в той же степени связана с внутренним её сопротивлением, и зная этот параметр, можно сделать вывод относительно ёмкости аккумулятора. Например, если он снизился в 2 раза, то эксперты делают вывод: батарея потеряла в ёмкости до 50%. При этих замерах определяется способность её давать для нагрузки высокий пусковой ток. Это обратная зависимость: чем оно будет меньше, тем большим будет пиковый ток и мощность. Повышенное сопротивление вызывает резкое падение напряжения на выводах аккумулятора. Даже если он будет сравнительно новым, то не сможет выдать для нагрузки хороший пиковый ток.
Измерение ёмкости аккумулятора автомобиля
В процессе общего контроля за потерей тока батареей анализируется этот показатель для разных её составляющих: выводов, электролита, контактов и пр. Если их значение отличается более чем на 10% от усреднённого показателя, то их необходимо зарядить отдельно, а если это не принесёт успеха, то заменить новыми. В то же время обычный пользователь не владеет специальным оборудованием, требуемым для оценки данного критерия. Наиболее объективным методов проведения такого замера является контрольный заряд на 10 или 20 часов, а дальше сравнение с контрольными данными напряжения и разрядного тока.
Одним словом, понятие внутреннего сопротивления является величиной условной и его значение постоянно изменяется под воздействием эксплуатационных факторов. Поэтому, когда хотят получить максимально точные расчёты, за основу берут не величину внутреннего сопротивления, а разрядные кривые.
Показатели трудно привести к универсальным, потому что материалы, используемые в конструкциях, тоже отличаются, а, соответственно, будут отличаться и их характеристики. От этого зависит сопротивление автомобильных АКБ, как и другие параметры их эксплуатации. Наибольшую разницу можно обнаружить на плюсовой свинцовой решётке, тогда как на «минусе» она будет практически неощутима.
То же самое касается технологии, по которой были произведены электроды. Это может быть присутствие легирующих элементов, материалы контактов, конструкции и т. д. С другой стороны, толщина и пористость материала будут воздействовать на величину R сепараторов. А вот у электролита показатель потерь зависит от его концентрации и температурных условий.
Дотошные автолюбители всё время гадают, а какое должно быть сопротивление у свинцово-кислотных батарей, чтобы считать его нормальным? Оказывается, по этому поводу существуют отдельные рекомендации:
Как проверить внутреннее сопротивление аккумулятора
Одним из важнейших эксплуатационных критериев является контроль внутреннего сопротивления батареи. Ранее наукой уже были разработаны приборы-измерители, помогающие контролировать связь между ёмкостью изделия и внутренними потерями пикового тока.
Оценка производится по следующим факторам:
Однако такими путями можно определить качественное состояние аккумулятора, но отнюдь не его количественные показатели. Одно лишь внутреннее сопротивление не даёт полного ответа на то, сколько часов способна прослужить батарея в нынешнем состоянии, да ещё и под нагрузкой. Для того чтобы иметь сведения о состоянии устройства, лучше приобрести тестер внутреннего сопротивления и производить регулярно замеры. Ежегодно сопротивление внутри самого АКБ возрастает на 5%. Если этот показатель превышает 5%, то необходимо обратить внимание на нагрузку и условия эксплуатации.
Посмотрим, какими способами можно измерить внутреннее сопротивление аккумулятора:
Зависимость состояния аккумулятора от внутреннего сопротивления
Необходимо не только уметь делать контрольные замеры, но и понимать, как могут быть взаимосвязаны эти процессы внутри батареи с её общим эксплуатационным состоянием. Лучше всего пользоваться для выполнения разнообразных замеров промышленным оборудованием, а не тем, что собрано кустарным способом. Только так можно собрать полноценные данные о характеристиках аккумулятора и перспективах его работоспособности.
Итак, какие же устройства помогут нам распознать внутреннее сопротивление:
Несмотря на различный принцип работы, все эти приспособления служат одному и тому же: они устанавливают потери тока, который вырабатывает тот или иной аккумулятор для транспортного средства. Для этого берутся во внимание разные показатели: длительность заряда и разряда, ёмкость и прочее. Регулярное измерение этого значения позволит нам продлить срок службы АКБ без необходимости её замены.
Само понятие сопротивления в физике принято обозначать латинской литерой R. В автомобильной батарее это сумма двух таких сопротивлений, как омическое и эффект поляризации. Первое включает в себя целый комплект сопротивлений, которые можно на обнаружить на банках батареи, на соединениях и контактах, в электролите и на электродах.
На точность замеров внутреннего сопротивления в батарее автомобиля влияют условия эксплуатации, температура воздуха, нагрузка, величина текущего заряда. Если нет под рукой профессиональных приборов, то можно последовательно подключить галогеновую лампочку и тестер. Это делают под нагрузкой и без, а потом записывают то значение, которое окажется выше. Разница не должна превышать 0,01 Ом, чтоб можно было судить о хорошем состоянии аккумулятора.
Для тех, кто не желает проводить подобные расчёты самостоятельно, можно обратиться на ближайшее СТО и произвести замеры, а также запросить заключение опытного автоэлектрика. Если у вас был подобный или другой опыт оценки автомобильной аккумуляторной батареи, смело можете им поделиться в комментариях ниже. До новых встреч!
Источник
Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора?
Контроль внутреннего сопротивления аккумулятора позволяет поддерживать источник электроэнергии в работоспособном состоянии длительное время. Показатель зависит от многих параметров, способов измерения также существует большое количество.
Внутреннее сопротивление аккумулятора — что это?
Легче всего объяснить эту характеристику любой электрической батареи на примере. Когда берется новая АКБ для автомобиля, в полностью заряженном состоянии ее напряжение составляет 13 В. Если ее подключить к потребителю с минимальным сопротивлением 1 Ом, то при измерении окажется, что сила тока не 13 А, а примерно 12,2 А.
Это противоречит закону Ома: I=U/R. Если 13 В разделить на 1 Ом, должно получиться 13 А. Это объясняется тем фактом, что не только нагрузка, но и сам источник питания обладает сопротивлением. Реакция в нем, в результате которой появляется электроэнергия, проходит с некоторым замедлением.
Падение силы тока при подсоединении любой нагрузки к источнику питания происходит в т. ч. и в результате внутренних процессов в аккумуляторе. Существуют другие факторы, влияющие на его внутреннее сопротивление, что сказывается на действительной силе тока.
Эта величина, которую еще называют проводимостью, импедансом, условная, никогда не бывает постоянной. Она меняется в зависимости от состояния аккумулятора и многих других обстоятельств.
Как проверить внутреннее сопротивление АКБ
Давно существуют приборы, показывающие взаимосвязь емкости и внутренней проводимости. Они оценивают:
Все способы позволяют получить только информацию о качественном состоянии батареи. Количественные показатели недоступны, т. е. невозможно по внутреннему сопротивлению судить о том, сколько проработает АКБ под нагрузкой. Однозначная зависимость между проводимостью и емкостью отсутствует.
Измерения рекомендуется проводить регулярно. Они позволяют оценить состояние АКБ, планировать покупку новой. Практикой доказано, что показатель с каждым годом возрастает минимум на 5%. Если увеличение превышает 8%, оценивают условия эксплуатации, нагрузку. Возможно, причина кроется в них.
От чего зависит
Показатель проводимости аккумулятора рассчитывают с учетом ЭДС, тока, нагрузки. Получают условную постоянно меняющуюся величину, зависящую от таких условий:
Особенное влияние на импеданс оказывает электролитическая масса: химический состав, концентрация, температурные условия эксплуатации. Зависимость внутреннего сопротивления источников питания от состава электролита:
Поддерживать низкий импеданс особенно важно для устройств с высоким импульсным током потребления, например мобильных телефонов. Если никелевые аккумуляторы не обслуживать, их проводимость резко возрастает.
Подача переменного тока
Самый простой способ, но требует до 2 часов времени. Понадобятся:
Последний прибор может быть самым простым. Цифровая индикация необходима для большей точности измерений.
Несмотря на простоту метода, существуют факторы, которые не позволяют с уверенностью оценить внутреннее сопротивление. Значения при измерениях включают активные и реактивные параметры, учитывают частоту. Влияние оказывают химические реакции, протекающие в электролите.
Метод постоянной нагрузки
Способ, более часто используемый по сравнению с предыдущим. Применяется к батареям для автотранспорта. В течение нескольких секунд их разряжают под нагрузкой. Вольтметром фиксируют напряжение до разряда и после него. По закону Ома проводят вычисления.
Для старых АКБ метод неподходящий — он не позволяет определить их состояние. Нагрузка измеряется.
Короткоимпульсный способ
Сравнительно новаторский метод, обладающий следующими преимуществами:
Параллельно определяется емкость при сравнении новой и эксплуатируемой батарей. Учитываются сила тока, короткие замыкания. Метод позволяет сделать выводы о состоянии АКБ.
Зависимость состояния аккумулятора от внутреннего сопротивления
Провести измерения можно самостоятельно собранными устройствами, но большинство отдают предпочтение промышленным. Они позволяют оценить состояние аккумулятора, его основные характеристики. Рынок предлагает изделия с необходимыми функционалами.
Среди таких приборов:
Разные измерительные устройства служат для определения внутреннего сопротивления. Тестеры подают сигналы, по которым устанавливают работоспособность АКБ, емкость, время заряда и разряда. Показатели взаимосвязаны, но зависимость в одних случаях больше, в других — меньше.
Измерение внутреннего сопротивления автомобильного АКБ
Особенное влияние оказывает величина импеданса на автомобильные аккумуляторы. Если эксплуатация транспортного средства активная как в городе, так и на трассе, сельских дорогах, импеданс оказывает большое влияние на продолжительность службы батареи. Регулярное тестирование позволяет определить, когда пригодность АКБ для работы приближается к финишу.
Описание параметра
Сопротивление принято обозначать R. В автомобильном аккумуляторе это сумма сопротивлений омического и поляризации. В свою очередь, омическое R слагается из сопротивлений, которые возникают в электролите, на соединениях банок, на контактах, электродах, сепараторах.
Импеданс проявляется в отношении тока внутри батареи независимо от того, разрядный он или зарядный. Все элементы АКБ имеют свою проводимость, которая различается.
Связанные факторы
Конструкции аккумуляторов, применяемые материалы разные, поэтому показатели неодинаковые. Например, плюсовая решетка имеет R в 10 тыс. раз меньше, чем у нанесенного на нее свинца. На минусовой решетке разница неощутимая.
Технология изготовления электродов также различается, что сказывается на показателях. Сюда относятся: качество материала, контактов, конструкция, присутствие легирующих компонентов.
На R сепараторов влияют толщина и пористость материала. Сопротивление электролита зависит от его температуры, концентрации.
Измерение сопротивления
Точное измерение внутреннего сопротивления невозможно без использования графиков разрядных кривых. На него влияют заряженность АКБ, нагрузка, температура. Автолюбители пользуются более простым способом, позволяющим судить о состоянии источника питания.
Пользуются лампой из фары, например галогеновой на 60 Вт, и тестером. Светодиодную не следует применять ни в коем случае. Лампочку и мультиметр подключают к батарее последовательно. Записывают показания вольтметра. Отключают нагрузку и смотрят напряжение, которое окажется больше.
Сравнивают показания измерительного прибора. Проводят расчет: если разница не превышает 0,02 В, состояние АКБ хорошее — импеданс не больше 0,01 Ом.
Пользуются вольтметром с цифровой индикацией: на стрелочном трудно зафиксировать точные показатели.
Опыт автолюбителей
Отзывы водителей разные. Небольшая часть предпочитает проверять АКБ в мастерских. Другие, которые поняли процесс и значение этого параметра для жизнедеятельности аккумулятора, уделяют несколько минут для регулярной проверки.
При этом автолюбители советуют обратить внимание на такие моменты:
Параметр важный. Если измерять его регулярно, это позволит избежать многих проблем. Так считают большинство автолюбителей независимо от того, проводят они измерения сами или обращаются к мастерам.
Источник
Как узнать реальное состояние своего аккумулятора и не ждать сюрпризов?
Среди множества узлов и деталей автомобиля аккумулятору нет равных по умению подкинуть неприятный сюрприз! Только вчера он бодро крутил стартер, и ничто не предвещало беды, а сегодня вы уже бежите на автобусную остановку и опаздываете на работу. А ведь вроде бы совсем недавно проводили профилактическую подзарядку…
Аккумулятор как никто другой способен на неприятные сюрпризы. Уж слишком темный и непрозрачный во всех смыслах этот элемент… Принято считать, что для надежной работы батареи достаточно периодически проводить ее полную дозарядку внешним зарядным устройством в гараже или дома (и это действительно правильная тактика), но такого ухода порой бывает недостаточно. Факторов, способствующих неожиданной смерти батареи – полно. От разряда невыключенными габаритами, о котором вы уже позабыли, до банального неумения вашего зарядного устройства работать с современными кальциевыми технологиями, требующими повышенного напряжения.
В бытовых условиях АКБ можно протестировать на жизнеспособность разве что нагрузочной вилкой, которая продается в любом автомагазине. Но большинство вилок обеспечивают ток в 100 (реже – в 200) ампер – такая нагрузка позволяет лишь выявить явный производственный брак в покупаемой новой батарее. А вот в полной мере оценить степень износа поработавшей батареи и ее реальный остаточный ресурс нагрузочная вилка не в состоянии.
Впрочем, способ «заглянуть в черный ящик» есть. У любой батареи имеется такой параметр, как внутреннее сопротивление. Оно растет в процессе старения и износа аккумулятора и косвенно показывает реальную оставшуюся емкость и пусковой ток.
Измерение внутреннего сопротивления батареи – теоретически очень простой процесс, для которого нужен, по сути, вольтметр, амперметр, лампочка в качестве нагрузки и бумажка с карандашом для элементарных расчетов по закону Ома. Но на практике проделать это в домашних или гаражных условиях крайне сложно – бытовые мультиметры, имеющиеся у многих автовладельцев, не работают со столь малыми величинами, как миллиомы и микровольты. А измерять придется именно их.
Впрочем, существуют специальные приборы – цифровые аккумуляторные тестеры, которые с высокой точностью измеряют внутреннее сопротивление батареи, а их программный алгоритм с небольшой погрешностью высчитывает из сопротивления реальную оставшуюся емкость и пусковой ток. Многие автосервисы в рамках комплексной диагностики (которую часто предлагают в виде акции перед зимой) проводят обследование батареи таким тестером – прибор часто даже распечатывает результат в специальном диагностическом чеке или отправляет его в виде файла на почту или в мессенджер. В продаже есть гаджеты и для профессионального, и для любительского, гаражного применения. Новинка сезона – тестер-анализатор, встроенный непосредственно в зарядное устройство! Так сказать, и зарядил, и продиагностировал! Ознакомиться с подобным прибором мы решили на примере BERKUT BCA-10.
BERKUT BCA-10
BCA-10 – многофункциональное автоматическое зарядное устройство со встроенным микропроцессорным анализатором аккумуляторных батарей. Корпус прибора – влагозащищенный и противоударный, крокодилы – мощные, с отличным контактом даже к загрязненным или окисленным клеммам батареи. Зарядник может служить как в переносном варианте, так и в стационарном: на корпусе имеются ушки под шурупы для крепления на стену. Но едва ли это рационально – для тестирования ресурса аккумуляторов или оценки исправности генератора удобно не подгонять машину или тащить батарею к заряднику, а наоборот – взять прибор с собой под капот. Тем более, что в этом режиме подключать вилку в розетку 220 вольт не нужно.
Главным органом контроля и управления прибором служит крупный 3,8-дюймовый ЖК-дисплей с голубой подсветкой и защищенными от влаги и пыли мембранными клавишами.
Клавиша «MODE» выбирает режим работы:
Режим заряда мотоциклетных свинцово-сурьмяных батарей малым током /Режим заряда автомобильных свинцово-сурьмяных батарей большим током.
Клавиша «TEST BATT» определяет степень заряженности батареи в процентах и текстовой бегущей строкой – «Full/Middle/Low». Фактически выполняет роль удобного вольтметра, интерпретируя вольты в проценты заряженности и текстовую оценку.
Клавиша «ALTERNATOR» – по сути, такой же вольтметр, как и в режиме «TEST BATT», но критерии оценок там иные, поскольку измеряется напряжение с учетом того, что запущен двигатель. Розетка 220 вольт не нужна – BCA-10 просто подключается клеммами к аккумулятору, двигатель заводится, а на устройстве нажимается кнопка «ALTERNATOR». Дисплей покажет, в норме напряжение генератора или нет. Можно посмотреть напряжение и на холостом ходу, и на любых оборотах. А также, что важнее, на холостом ходу с включенными мощными потребителями – печка, фары, различные обогревы. Это ответит на вопрос: справляется ли ваш генератор на холостом ходу с зарядкой батареи или энергобаланс отрицательный. На современной исправной и свежей по возрасту машине должен справляться! На фото – надпись «GOOD» и 14,5 вольт при включенном ближнем свете, обогреве лобового и заднего стекол, вентиляторе печки.
Режим тестирования аккумулятора
Ну а теперь самое интересное – ради чего все и затевалось! А именно – клавиша «CCA TEST» – главный режим оценки состояния батареи! В этом режиме BERKUT BCA-10 определяет ток холодной прокрутки (максимальный пусковой стартерный ток), который способна выдать батарея в текущем состоянии, а также показывает ее внутреннее сопротивление в миллиомах и «здоровье» в процентах SOH (State Of Health).
Клавиша «CCA TEST» снабжена стрелочными кнопками «плюс/минус» – после выбора режима тестирования с помощью этих кнопок нужно внести в память устройства паспортный номинал тока холодной прокрутки, указанный на шильдике батареи. По такому принципу (предварительного ввода данных о батарее) работают все приборы – и профессиональные, и любительские, которые анализируют батарею на основе измерения внутреннего сопротивления и интерпретации результатов в прочие параметры.
Важный момент! Ток холодной прокрутки указывается на всех батареях без исключения, но порой в разных стандартах. Например, если производитель обозначил ток холодной прокрутки в 550 ампер по европейскому стандарту, то пишется EN 550. Чаще всего встречается европейский стандарт EN, несколько реже – американский SAE/CCA, немецкий DIN, международный IEC. В разных системах измерения одна и та же батарея покажет разные цифры. Поэтому надо помнить, что программное обеспечение измерительного модуля в BERKUT BCA-10 использует АМЕРИКАНСКИЙ СТАНДАРТ SAE/CCA! А для удобства производитель снабдил прибор таблицей пересчета из стандарта в стандарт.
Итак, берем для проверки новую батарею из магазина. Батарея качественная, дорогая, системы Ca/Ca емкостью 65 ампер-часов и максимальным пусковым током 650 ампер, обозначенным как EN 650. По таблице переводим европейские 650 в американский стандарт – получаем 710. Заносим эту цифру стрелочными кнопками в зарядное устройство и жмем на кнопку «тест».
Результат: реальный ток холодной прокрутки – 682 ампера. Это опять же по американскому стандарту. Переводим его в европейский – получаем 630 ампер. То есть, батарея способна отдать несколько меньше, чем обещано. Это нормально – во-первых, собственно, меньше всего на 3%. Во-вторых, часть из этих 3% – допустимая погрешность измерений (ведь BERKUT BCA-10 – это не сертифицированный прибор стоимостью сотни тысяч рублей, а бытовой измеритель!). В-третьих, многие батареи выходят на номинальные показатели через некоторое время после начала реальной работы, а наша батарея под капот автомобиля еще не ставилась.
Внутреннее сопротивление батареи – 5,0 миллиом. Это хороший показатель. Абсолютно точных эталонных цифр нет, но для большинства исправных и неизношенных аккумуляторов, применяющихся в легковых автомобилях, внутреннее сопротивление не должно превышать 4-6 мОм.
Ну и 96% SOH (цифры State Of Health) или «степени работоспособности аккумулятора» означают комплексный показатель его здоровья. Величина эта условная, не соответствующая напрямую никакому физическому параметру, но используется повсеместно и принята в качестве простой и понятной характеристики ресурса.
Подключаем прибор к другой батарее – старой, свинцово-сурьмяной емкостью 55 ампер-часов. На ней нам ничего пересчитывать не придется, ибо, согласно наклейке на корпусе, ток холодной прокрутки заявлен как раз в американском стандарте CCA – 450 ампер (что соответствует 420 по стандарту EN). Батарея, как говорят в Штатах, «повидала разного дерьма» и с трудом тянет стартер жигуленка, на котором стоит. Результат – предсказуем… Внутреннее сопротивление выросло до недопустимых 10.2 миллиом, а пусковой ток упал до 336 ампер – это около 310 ампер по стандарту EN. Летом этот аккумулятор еще кое-как справлялся, но перед зимой ему пора в утиль – подведет!
Зарядка батарей
Мы рассмотрели работу BERKUT BCA-10 в качестве аккумуляторного анализатора, но фактически не затронули основную функцию – собственно, зарядки! А ведь у прибора имеется ряд очень интересных характеристик, отличающих его от аналогов.
Во-первых, максимальный зарядный ток довольно высокий – он составляет 10 ампер поэтому устройство справится даже с самыми мощными АКБ емкостью до 200 A*ч. Процесс зарядки протекает в автоматическом режиме и включает 9 этапов/стадий, устройство самостоятельно подбирает силу тока, исходя из проведенной диагностики и текущей стадии зарядки.
Во-вторых, у BCA-10 очень низкий порог напряжения батареи, которую можно заряжать. Многие устройства просто блокируют заряд, если батарея сильно посажена. Да, будем откровенны – после глубокого разряда АКБ, скорее всего, уже не жилец и в любой момент подведет. Но даже на нем можно какое-то время осторожно поездить в теплый период и как минимум добраться до магазина, чтобы купить новый. И BERKUT BCA-10 позволит его зарядить: минимальный порог остаточного напряжения аккумулятора, при котором начинается зарядка – всего 2 вольта!
В-третьих, BCA-10 качественно наполняет современные кальциевые батареи, которые обычные универсальные устройства недозаряжают. Если на корпусе аккумулятора написано «Ca/Ca», то одноименный режим выбирается кнопкой «MODE». Батарея получит необходимое ей напряжение, а автоматическое отключение сработает именно с учетом кальциевой сущности ее начинки.
В процессе зарядки BERKUT BCA-10 показывает на дисплее ток в амперах, напряжение в вольтах, количество ампер-часов, «залитых» в батарею, и время в часах, оставшееся до конца процесса. Сам же процесс дублируется привычной по сотовым телефонам пиктограммой – мигающей линейкой заряда в верхнем правом углу:
Кстати, еще одно из полезных свойств BERKUT BCA-10 – память режима работы. Что это такое? Дело в том, что почти все современные зарядные устройства с кнопочной активацией после подключения к АКБ и сети требуют ручного нажатия кнопок для выбора режима и начала зарядки. BCA-10 – тоже. Но после исчезновения электропитания в розетке (что, к примеру, в гаражах не редкость) большинство устройств требуют повторного запуска процесса заряда вручную. И если вы оставили батарею на ночь заряжаться, вам жизненно важно зарядить ее к утру, а в процессе отключалось электричество, то вас ждет неприятный сюрприз… BERKUT BCA-10 в этом смысле умнее – после появления в розетке напряжения 220 вольт он самостоятельно запустит процесс заряда заново!
Источник