Проводимость аккумулятора что это

Об аккумуляторах .

Вопросы об аккумуляторах

Внутреннее сопротивление аккумулятора. Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора?

1. Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора?

В озьмем свинцовый кислотный аккумулятор с емкостью 1 А*час и с номинальным напряжением 12 В. В полностью заряженном состоянии аккумулятор имеет напряжение примерно U = 13 В. Какой ток I потечет через аккумулятор, если к нему подключить резистор с сопротивлением R=1 Ом? Нет, не 13 ампер, а несколько меньше — около 12.2 А. Почему? Если мы измерим напряжение на аккумуляторе, к которому подключен резистор, то увидим, что оно примерно равно 12.2 В — напряжение на аккумуляторе упало из-за того, что скорость диффузии ионов в электролите не бесконечно велика.

Э лектрики в своих расчетах привыкли составлять электрические цепи из элементов с несколькими полюсами. Условно, можно и аккумулятор представить в виде двухполюсника с ЭДС (электродвижущей силой — напряжением без нагрузки) E и внутренним сопротивлением r. При этом предполагается, что часть ЭДС аккумулятора падает на нагрузке, а другая часть — на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Иначе говоря, предполагается, что верна формула:

П очему внутреннее сопротивление аккумулятора — условная величина? Потому что свинцовый аккумулятор — принципиально нелинейное устройство и его внутреннее сопротивление не остается постоянным, а изменяется в зависимости от нагрузки, заряженности аккумулятора и многих других параметров, о которых мы поговорим чуть позднее. Поэтому точные расчеты работы аккумуляторов нужно проводить, пользуясь разрядными кривыми, предоставляемыми производителем аккумуляторов, а не внутренним сопротивлением аккумулятора. Но для расчетов работы цепей, связанных с аккумулятором, внутреннее сопротивление аккумулятора использовать можно, отдавая себе каждый раз отчет в том, о какой величине идет речь: о внутреннем сопротивлении аккумулятора при зарядке или разряде, о внутреннем сопротивлении аккумулятора на постоянном токе или переменном, а если переменном, то какой частоты и т.д.

Т еперь, вернувшись к нашему примеру, мы можем примерно определить внутреннее сопротивление аккумулятора 12 В, 1 А*час на постоянном токе.

r = ( E — U ) / I = (13В — 12.2В ) / 1А = 0.7 Ом.

2. Как связаны внутреннее сопротивление аккумулятора и проводимость аккумулятора?

П о определению, проводимость — есть величина обратная сопротивлению. Поэтому и проводимость аккумулятора S обратна внутреннему сопротивлению аккумулятора r.

Е диницей проводимости аккумулятора в системе СИ являются Сименсы (См).

3. От чего зависит внутреннее сопротивление аккумулятора?

П адение напряжения на свинцовом аккумуляторе не пропорционально разрядному току. При больших разрядных токах, диффузия ионов электролита происходит в свободном пространстве, а при маленьких токах разряда аккумулятора — сильно ограничивается порами активного вещества пластин аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумулятора при больших токах в несколько раз (для свинцового аккумулятора) меньше, чем внутреннее сопротивление того же аккумулятора при малых токах.

К ак известно, аккумуляторы большой емкости больше и массивнее аккумуляторов малой емкости. У них больше рабочая поверхность пластин и больше пространства для диффузии электролита внутри аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумуляторов большой емкости меньше, чем внутреннее сопротивление аккумуляторов меньшей емкости.

И змерения внутреннего сопротивления аккумуляторов на постоянном и переменном токе показывают, что внутреннее сопротивление аккумулятора сильно зависит от частоты. Ниже приводится график зависимости проводимости аккумуляторов от частоты, который взят из работы австралийских исследователей.

И з графика следует, что внутреннее сопротивление свинцового аккумулятора имеет минимум при частотах порядка сотен герц.

П ри высокой температуре скорость диффузии ионов электролита выше, чем при низкой. Эта зависимость имеет линейный характер. Она и определяет зависимость внутреннего сопротивления аккумулятора от температуры. При более высокой температуре, внутреннее сопротивление аккумулятора ниже, чем при низкой температуре.

В о время разряда аккумулятора, количество активной массы на пластинах аккумулятора уменьшается, что приводит к уменьшению активной поверхности пластин. Поэтому внутреннее сопротивление заряженного аккумулятора меньше, чем внутреннее сопротивление разряженного аккумулятора.

4. Можно ли использовать внутреннее сопротивление аккумулятора для проверки аккумулятора?

У же довольно давно известны приборы для проверки аккумуляторов, принцип действия которых базируется на связи между внутренним сопротивлением аккумулятора и емкостью аккумулятора. Некоторые приборы (нагрузочные вилки и подобные приборы) предлагают оценить состояние аккумулятора по напряжению аккумулятора под нагрузкой (что похоже на измерение внутреннего сопротивления аккумулятора на постоянном токе). Применение других (измерителей внутреннего сопротивления аккумулятора на переменном токе) основано на связи внутреннего сопротивления с состоянием аккумулятора. Третий тип приборов (измерители спектров) позволяет сравнивать спектры внутреннего сопротивления аккумуляторов на переменном токе различных частот и делать выводы о состоянии аккумулятора на их основе.

С амо по себе внутреннее сопротивление (или проводимость) аккумулятора позволяет только качественно оценить состояние аккумулятора. К тому же, производители подобных приборов не указывают, на какой частоте происходит измерение проводимости и каким током производится испытание. А, как мы уже знаем, внутреннее сопротивление аккумулятора зависит и от частоты и и от тока. Следовательно, измерение проводимости не дает количественной информации, которая позволила бы пользователю прибора определить, сколько времени проработает аккумулятор при следующем разряде на нагрузку. Этот недостаток связан с тем, между емкостью аккумулятора и внутренним сопротивлением аккумулятора нет однозначной зависимости.

С амые современные тестеры аккумуляторов основаны на анализе осциллограммы отклика аккумулятора на сигнал специальной формы. Они быстро оценивают емкость аккумулятора, что позволяет следить за износом и старением свинцового аккумулятора, рассчитать длительность разряда аккумулятора при данном его состоянии и составить прогноз оставшегося ресурса свинцового аккумулятора.

Источник

Внутреннее сопротивление аккумулятора

Вне зависимости от типа электрического приемника, каждый из них всегда имеет внутреннее сопротивление. Постоянно проверяя сопротивление аккумулятора, владелец может оставаться уверенным в его работоспособности. Когда возникает значительный разброс показателей, в лучшем случае это станет причиной поломки батареи. В худшем – сломаются потребители на самом автомобиле.

Что это такое?

Внутреннее сопротивление аккумулятора варьируется в разных пределах, исходя из пористости, конструкции и геометрии решетки, типа используемых электродов, наличия легирующих веществ, качества обмазки и качества электрического контакта. Сопротивление между губчатым свинцом и решеткой отрицательных электродов находится на примерно одинаковом уровне. Но при этом перекись свинца, нанесенная на поверхности решетки положительных электродов, имеет примерно в десять тысяч раз большее сопротивление.

В общей сложности, внутренним сопротивлением батареи является величина поляризации, которая оказывается напряжению, протекающему внутри. Нет никакого значения в том, о каком именно токе идет речь – разрядном или зарядном. Показатель варьируется в разных пределах, в зависимости от наименования элемента внутри батареи. Собственное значение всегда имеет электролит, сепараторы и электродные решетки.

Важно! На приведенных выше элементах влияет целый ряд факторов, вследствие чего внутреннее сопротивление батареи бывает разным, в зависимости от типа аккумуляторов. Поэтому никогда не будет лишним внимательно ознакомиться с текущими показателями.

Связь с проводимостью аккумулятора?

Сопротивление имеет обратную величину – проводимость. Тут необходимо помнить о взаимосвязи между проводимостью и сопротивлением – первый параметр всегда является обратным второму.

При измерении проводимости используется специальная единица – Сименс.

От чего зависит внутреннее сопротивление аккумулятора?

Когда свинцово-кислотный аккумулятор разряжается, на электродах начинает выделяться сульфат свинца. Его появление негативно сказывается на проводимости пластин, вследствие чего они сильнее сопротивляются передаче тока. Также стоит отметить, что сульфату свинца свойственно откладываться в порах, где обмазываются пластины. Из электролита хуже происходит диффузия серной кислоты. Когда разрядка аккумулятора на свинцово-кислотной основе доходит до своего завершения, уровень сопротивления сразу же увеличивается до показателя, в два-три раза превышающего номинальный. При повторном пополнении источника питания энергией сульфат свинца растворяется. Результат – параметры восстанавливаются до первоначального уровня.

Внимание! В автомобильных аккумуляторах показатель зависит от величины сопротивления используемого электролита. Это повышает зависимость от температуры жидкости внутри батареи и ее концентрации. Когда температура окружающей среды снижается до минимально допустимого уровня, автоматически электролитное сопротивление увеличивается. А когда электролит полностью замерзает, сопротивление достигает бесконечного значения.

Минимальная величина сопротивления достигается в том случае, если аккумулятор:

• содержит внутри электролит, плотность которого составляет 1.225 грамм на кубический сантиметр;
• эксплуатируется при температуре 15 градусов Цельсия.

Увеличив или уменьшив плотность, уровень сопротивления автоматически увеличивается. Следовательно, внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора неуклонно увеличивается.

Важно! Уровень сопротивления сепараторов может меняться исходя из пористости и толщины.

Не стоит забывать о том, что ток, протекающий через различные элементы аккумулятора, влияет на уровень сопротивления поляризации. Последняя, в свою очередь, появляется по ряду причин.

1. Поверхность электрода и сам электролит – это элементы батареи, которым свойственно менять электродный потенциал.
2. Когда ток проходит по системе, электролит меняет свою концентрацию. Чем ближе он находится к электродам, тем интенсивнее протекает данный процесс. Результат – изменение потенциалов электродов. При размыкании цепи и исчезновении тока уровень электродных потенциалов восстанавливается до первичного значения.

Свинцово-кислотные аккумуляторы характеризуются минимальным внутренним сопротивлением, если сравнивать их с иными популярными разновидностями АКБ. За счет этого они с легкостью отдают огромный ток в течение краткого промежутка времени (вплоть до 2000 А). Поэтому неудивительно, что они используются для питания стартеров автомобильных двигателей, учитывая, какая нагрузка приходится на систему на момент запуска.

Не будет лишним напомнить, что внутреннее сопротивление АКБ бывает разным, исходя из частоты. Какой именно ток – постоянный или переменный, не имеет значения. В рамках проведения ряда исследований, инициированных энтузиастами и учеными, было заметно, что свинцово-кислотный аккумулятор имел ярко выраженное сопротивление, когда на него подавался ток частотой 200-300 Гц.

Принцип и правила проверки

За основу возьмем обычную батарею свинцово-кислотного типа для легкового автомобиля, емкость которой составляет 55 ампер/час, а напряжение – 12 В. Когда ее заряжают до полного значения, батарея способна выдавать напряжение до 13 вольт. Теперь представим, что владелец решил подключить к источнику питания одноомный резистор. Будучи разомкнутым, аккумулятор способен выдавать 13 вольт. С теоретической точки зрения, ток должен быть на уровне 13 А. Но на практике показатель ниже – как правило, меньше 12.5 В. Что является причиной такого поведения? Все дело в том, что скорость протекания ионной диффузии внутри электролита не бесконечна.

Многие автомобилисты зачастую не знают, как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора. На рынке давно можно приобрести специальные устройства, позволяющие проверить текущую величину внутреннего сопротивления. За основу берется принцип взаимодействия внутреннего сопротивления и емкости батареи. При использовании нагрузочной вилки и прочей похожей аппаратуры проверка происходит только тогда, когда источник питания находится под нагрузкой. Это напоминает проверку сопротивления АКБ при постоянной величине тока. Другие измерители, которые задействуются на практике, показывают данные, опираясь на текущее состояние батареи. Также существует третья разновидность оборудования – измеритель спектров. Здесь появляется возможность сравнения спектров сопротивления АКБ, выдающей переменный ток различных частот. В зависимости от полученного показателя, после измерения хозяин может сделать выводы касательно состояния источника питания на момент диагностики.

В общей сложности, проверка внутреннего сопротивления способствует качественной оценке текущего состояния батареи. Чтобы владельцы не наделали грубых ошибок при диагностике, производители указывают величину допустимой частоты, при которой разрешено проверять проводимость. На этикетке параллельно указана величина тока, позволяющего проводить проверку. Когда вы определите ЭДС и внутреннее сопротивление аккумулятора, то будете точно знать, что на итоговые показатели влияет сила и частота напряжения. Соответственно, после измерения проводимости невозможно будет получить количественные данные, посредством которых пользователь бы понял, как долго продержится батарея после очередных циклов разряда на нагрузку. Главой тому причиной является отсутствие логической зависимости между внутренним сопротивлением и емкостью источника питания.

Инновационный измеритель внутреннего сопротивления аккумуляторов работает по принципу оценки осциллограммы, полученной при проверке отклика батареи посредством сигнала специальной формы. Результат – возможность оперативной оценки остаточной емкости источника питания. В свою очередь, на базе оценки определяется старение и износ АКБ, продолжительность разрядки с учетом актуального состояния, а также оставшийся ресурс.

Кроме того, владелец может измерить мультиметром текущее сопротивление аккумулятора. Но прибор не сможет дать развернутую оценку остаточного ресурса.

Дополнительная информация

Проводить измерение внутреннего сопротивления аккумулятора автомобиля рекомендуется постоянно и своевременно. Качественная диагностика упрощает планирование замены. Ежегодно показатель повышается примерно на шесть процентов. Если он увеличивается более чем на восемь процентов, специалисты мастерской приступают к анализу нагрузки и эксплуатационных условий, в которых работает источник питания. Точность определения нарушений и дефектов зависит от метода диагностики.

Самым простым методом в плане реализации является подача переменного напряжения. Для этого используется трансформатор, ограничительный резистор, вольтметр и конденсатор. Длительность проверки варьируется в пределах от одного до двух часов. На протяжении этого отрезка времени оборудование устанавливает текущую величину напряжения. Задача вольтметра заключается в повышении точности полученного результата.

В рамках проверки проводимости с использованием переменного тока получается значение, состоящее из активного и реактивного показателя. Чтобы вывести требуемый результат, надо подготовить частотную зависимость. Реализация представленного метода сопровождается рядом сложностей из-за электрохимических процессов. Поэтому подача переменного напряжения через провода подойдет в том случае, если нужно составить общую оценку текущего состояния батареи.

В автомобильных мастерских и гаражных кооперативах пользуются методикой постоянной нагрузки. Особенность заключается в том, что в процессе тестирования батарею, находящуюся под постоянным напряжением, стремительно разряжают. Используя вольтметр, специалисты проверяют напряжение без нагрузки и с ее наличием. За основу при расчете берется закон Ома. Метод подходит в том случае, если объектом тестирования является крупногабаритная аккумуляторная батарея. При анализе используется высокоточная аппаратура, способная проверить проводимость аккумулятора и ряд других показателей. Возможно применение тестеров с наличием пленочно-угольного резистора.

Важно понимать, что в рамках реализации данной методики конденсатор не обращает никакого внимания на измерительный прибор. Поэтому при получении результатов оценке подлежит активная составляющая АКБ. Чтобы проверить старую батарею на проводимость и прочие параметры, этот метод не подойдет. Причина заключается в проблематичности установления истинного состояния. С другой стороны, никто не запрещает проверить сопротивление аккумулятора автомобиля и ЭДС при правильно подобранном напряжении.

Опираясь на информацию, изложенную выше, можно сделать следующие выводы. Проверка внутреннего сопротивления относится к категории обязательных диагностических процедур, при своевременном выполнении которой автомобилист сможет оценить текущее состояние источника питания. В рамках ее выполнения могут использоваться различные методы, исходя из назначения и характеристик АКБ.

Источник