Что показывает сопротивление аккумулятора

Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора и для чего оно используется?

Полное сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора – это сумма таких величин, как сопротивление поляризации и омическое сопротивление. Омическое сопротивление является суммой сопротивлений сепараторов АКБ, электродов, положительного и отрицательного выводов, соединений между элементами и электролита.

Что представляет собой внутреннее сопротивление и от чего оно зависит?

На сопротивление электродов оказывает влияние их конструкция, пористость, геометрия, конструкция решётки, состояние активного вещества, наличие легирующих компонентов, качество электрического контакта решёток и обмазки. Величины сопротивления решёток отрицательных электродов и губчатого свинца (Pb) на них примерно одинаковы. В то же время сопротивление перекиси свинца (PbO2), который нанесён на решётку положительного электрода, больше в 10 тысяч раз.

Существенное влияние на сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора оказывает величина сопротивления электролита. Эта величина, в свою очередь, сильно зависит от концентрации и температуры электролита. При уменьшении температуры сопротивление электролита растёт, и достигает бесконечности при его замерзании.

Сопротивление сепараторов меняется в зависимости от изменения их толщины и пористости. Величина тока, которая протекает через аккумулятор, оказывает влияние на сопротивление поляризации. Пару слов о поляризации, и причинах, по которым она возникает. Первая причина заключается в том, что в электролите и на поверхности электродов (двойной электрический слой) изменяются электродные потенциалы. Вторая причина в том, что при прохождении тока, концентрация электролита меняется в непосредственной близости от электродов. Это приводит к изменению электродных потенциалов. Когда цепь размыкается и ток исчезает, электродные потенциалы возвращаются к своим первоначальным значениям.

К особенностям свинцово-кислотных аккумуляторов стоит отнести небольшое внутреннее сопротивление по сравнению с другими типами аккумуляторных батарей. Благодаря этому они могут за небольшое время отдавать большой ток (до 2 тысяч ампер). Поэтому их основная область применения – стартерные аккумуляторные батареи на автомобилях с двигателями внутреннего сгорания.

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 изображениях ниже можно посмотреть значения ЭДС автомобильного аккумулятора в разомкнутой цепи и напряжения при подключении нагрузки в виде двух автомобильных лампочек, соединённых параллельно.

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.

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

Источник

Аккумуляторы и батареи

Информационный сайт о накопителях энергии

Внутреннее сопротивление аккумулятора

Любой электрический приемник обладает внутренним сопротивлением. Понятие включает омическое сопротивление и сопротивление поляризации, зависит от материалов изготовления внутренних конструкций, свойств электролита, состояния токопроводов. Внутреннее сопротивление аккумулятора – величина переменная, зависит от температуры, степени сульфатации, состояния клемм и контактов внутри корпуса АКБ. Норма определяется экстраполированием разрядной кривой. Абстрактная величина внутреннего сопротивления в расчетах не используется.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора

Разберем, как измерить внутреннее сопротивление стартовых кислотных аккумуляторов. Используем галогеновую автомобильную лампу мощностью 60 Вт, силой тока 5 А в качестве сопротивления с известными параметрами. При условии, что потери на внутреннее сопротивление не должны превышать 1 %, проведем замеры.

Параллельно аккумулятору нужно подключить вольтметр и лампу. Записать напряжение. Отключить лампу, записать напряжение. Сопротивление лампы в 5А должно создать потерю напряжения 0,05 В при токе в 100 А. ( 1В*5А/100А)

Если при замерах сопротивление увеличилось до 0,05 В, аккумулятор исправен. Величина больше 0,2 В показывает, в аккумуляторе велико внутреннее сопротивление, нужно искать причину.

Измерение внутреннего измерения свинцового аккумулятора мало изменяется от конструктивных элементов , отрицательных электродов и губчатого свинца. А вот активная замазка и положительный электрод оказывают сопротивление прохождению тока в 10 тысяч раз большее. С повышением степени сульфатирования, усиливается сопротивление, при постоянном напряжении падает сила тока. При получении зарядного тока кристаллы разрушаются, сопротивление уменьшается.

Важно, что прямое воздействие на внутреннее сопротивление оказывает температура электролита. При замерзании электролита он работает, как изолятор. Идеально электролитическая реакция идет при 15 0 С и плотности электролита 1,25 г/см3. Повышение температуры также негативно сказывается на проходимости заряда-разряда в аккумуляторе автомобиля. Каким должно быть внутреннее сопротивление в рассматриваемый момент зависит от температуры и степени заряда аккумулятора.

Отдельно нужно рассмотреть сопротивление сепаратора – прокладки между положительной и отрицательной пластиной. Она не является препятствием для движения диссациированной массы электролита, но создает сопротивление поляризации. На поверхности создается двойной электрический слой, являющийся препятствием к прохождению заряда.

Свойство стартерных аккумуляторов накапливать и отдавать большой ток, обусловлено низким внутренним сопротивлением этого вида аккумуляторов. Показатель также зависит от частоты питающего тока.

Норма внутреннего сопротивления нового аккумулятора составляет 0,005 Ом при температуре 15-20 0 С, но с момента эксплуатации величина неуклонно растет. Какое состояние устройства в текущий момент можно определить с помощью нагрузочной вилки.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора – таблица

От внутреннего сопротивления каждого свинцового аккумулятора и батареи зависят технические характеристики импульсная сила тока и время отдачи энергии. Определить параметр приблизительно можно, используя инструмент – нагрузочную вилку.

Однако есть и другие способы – косвенные. Кривые зависимости температуры электролита и сопротивления, график повышения сопротивления в зависимости от степени заряда аккумулятора. Этот показатель можно определить по плотности электролита или напряжению. Поэтому нет таблиц, проверить внутреннее сопротивление можно как по графикам, так по косвенным характеристикам. При этом следует учитывать, что частота тока оказывает на сопротивление большое влияние. В бытовом анализе используют таблицы для тока в 50Гц.

Чаще всего, как измеритель внутреннего сопротивления аккумуляторов, используют нагрузочную вилку. Можно применить программу измерения в универсальном заряднике Аймакс Б6.

Внутреннее сопротивление аккумулятора 18650

Аккумулятор форм фактор 18650 представляет цилиндр, в котором спиралью свернуты банки, состоящие из пар лент с разными полюсами, разделенные сепараторами. Внутренняя начинка может быть никель-кадмиевой, металлогидридной или литий-ионной. В зависимости от активной пары аккумуляторы имеют разную емкость и разность потенциалов на клеммах.

Какое должно быть внутреннее сопротивление в аккумуляторах 18650 литий-ионного типа? Меняется ли сопротивление с потерей емкости. Все это можно определить, составив схему для измерения.

Ra – активное сопротивление 18650

Cдв – емкость двойного электрического слоя

R0 – сопротивление переноса заряда на границе электролит-электрон

Zw – диффузионный импеданс Варбурга

При этом измерение производится током в 1000 Гц, согласно международным стандартам. Связано это с устройством аккумулятора, который является одновременно конденсатором и резистором. Стандартное внутреннее сопротивление новых литиевых аккумуляторов 18650 около 100мОм. Это норма. Со временем аккумулятор неизбежно теряет емкость, внутреннее сопротивление возрастает.

Видео

Предлагаем посмотреть видео материал о том, как практически измеряют внутреннее сопротивление специальным прибором.

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.

• Форсированный зимний режим и режим для AGM-батарей.

• Режим заряда кальциевых батарей.

• Режим источника питания 12 вольт/10 ампер с защитой от короткого замыкания (для замены аккумулятора, чтобы избежать сбоя настроек, а также проверки электрооборудования при ремонте и питания каких-либо иных 12-вольтовых устройств).

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