Чем измерить внутреннее сопротивление аккумулятора
Внутреннее сопротивление аккумулятора — как измерить
Внутреннее сопротивление аккумулятора – один из параметров аккумулятора, которые необходимо регулярно контролировать. Это позволит продлить срок службы АКБ, обеспечит бесперебойный запуск двигателя независимо от климатических условий. На показатель влияет множество факторов. Узнать внутренне сопротивление можно самостоятельно, используя один из доступных способов.
Внутреннее сопротивление — это физический термин, объединяющий омическое сопротивление и сопротивление поляризации.
Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора
Внутреннее сопротивление – физический термин, объединяющий омическое сопротивление и сопротивление поляризации. Например, если нормальное напряжение нового аккумулятора 13 В, то если его подключить к устройству с сопротивлением 1 Ом, оно упадёт до 12,2 А. Такое положение дел противоречит закону Ома, согласно которому должно получаться 13 А. Связано это с тем, что не только поданная нагрузка, но и сам аккумулятор имеет сопротивление. Реакция, в результате которой генерируется электроэнергия, осуществляется с некоторым затормаживанием.
Падение силы тока происходит также в результате процессов, происходящих внутри аккумулятора. Также существуют другие факторы, негативно влияющие на силу тока, генерируемую АКБ.
Проводимость никогда не бывает постоянной, значение меняется в зависимости от текущего состояния аккумуляторной батареи, других факторов.
Нормальное внутреннее сопротивление
Как показывает расчет внутреннего сопротивления батареи, не существует эталонного значения. Для исправного аккумулятора легкового автомобиля, который находится в неизношенном состоянии, нормальный показатель должен быть в пределах 4-6 мОм.
От чего зависит параметр
Внутреннее сопротивление динамично, находится под влиянием таких параметров: ёмкость батареи, ток, нагрузка, текущий уровень заряда, температура электролита внутри банок. Чем больше ток нагрузки, тем меньше параметр. Аналогичная ситуация и с ёмкостью. Чем она выше, тем ниже внутреннее сопротивление АКБ.
Кривая внутреннего сопротивления АКБ.
Как определить внутреннее сопротивление
Чтобы проверить параметр, существуют специальные приборы. С их помощь можно определить:
Любой их приборов, способов измерения позволит определить качественное состояние автомобильного аккумулятора, при этом нельзя говорить о количественных параметрах, так как метод не позволяет установить, сколько ещё способен проработать аккумулятор.
Измерять показатели аккумулятора мультиметром рекомендуется регулярно. Таким образом, покупка новой батареи станет плановой, а не экстренной. По статистике, с каждым годом внутреннее сопротивление повышается на 5%. Если динамика составляет более 8%, значит АКБ неправильно эксплуатируется, водителю придётся искать причину, что создаёт повышенную нагрузку.
Показатель проводимости аккумулятора рассчитывают с учетом ЭДС, тока, нагрузки. Величина будет меняться в зависимости от следующих исходных:
Особенное влияние на импеданс оказывают параметры электролита: состав, плотность, температура в банках. Внутреннее сопротивление зависит от типа аккумулятора. У кислотно-свинцовых минимальный показатель сопротивления, сила тока не превышает 2,5 кА, что достаточно для нормально пуска двигателя.
Лучше всех – NiCd АКБ. Они способны сохранять высокое внутреннее сопротивление даже после 1000 циклов зарядки-разрядки.
У NiMH импеданс изначально выше, начинает ещё увеличиваться примерно после 350 зарядно-разрядных циклов.
Характеристики Li-ion аккумулятора находятся посередине между NiMH и NiCd источниками питания. В процессе эксплуатации сопротивление не увеличивается. При этом лет Li-ion-батареи полностью деградируют, если ими не пользоваться в течение 2-3 лет.
Для замера внутреннего сопротивления аккумулятора в домашних условиях используется несколько способов.
Подача переменного тока
Самый простой, но занимающий много времени, метод, требующий следующего оборудования:
Использование цифрового вольтметра вместо аналогового резко увеличивает точность измерений.
Метод является простым, при этом недостаточно точным, так как существуют факторы, не позволяющие гарантировать правильность оценки внутреннего сопротивления.
Значения при измерениях учитывает частоту, включают активные и реактивные параметры. Влияние на точность снимаемых показателей оказывает особенность химической реакции, протекающей в банках аккумуляторной батареи.
Метод постоянной нагрузки
Наиболее распространённый способ. Бытовые потребители применяют его чаще, чем метод подачи переменного тока. Подключив оборудование, в течение нескольких секунд происходит разрядка под нагрузкой. Показатели внутреннего напряжения вначале и в конце процедуры фиксируются с помощью вольтметра. Полученные данные оцениваются, согласно закону Ома.
Данный метод не подходит для старых батарей, не позволит реально оценить текущее техническое состояние.
Короткоимпульсный способ
Относительно новый метод, предлагающий водителю преимущества:
Как сделать замеры
Для точного измерения необходимо использовать графики разрядных кривых. Но данный способ не подходит обычному водителю, у которого нет специального оборудования. Как правило, в быту используется фара из лампы, например, галогенка на 60 Вт и тестер. Рекомендуется использовать цифровой вольтметр, только он позволит точно зафиксировать показатели. Ни в коем случае не стоит использовать светодиодную лампу. Низкое энергопотребление не позволит оценить скачок в бортовой сети. Лампа и мультиметр последовательно подключаются к батарее, показания записываются.
Разрядная кривая свинцового аккумулятора.
После отключения нагрузки проводятся повторные замеры, полученные данные сопоставляются. Если разница не превышает 0,02 В, источник питания находится в хорошем состоянии — импеданс не больше 0,01 Ом.
Особенности измерения для автомобильной АКБ
У водителей нет однозначного мнения, как лучше измерять внутреннее сопротивление аккумулятора. Некоторые предпочитают делать это на станции технического обслуживания. Другие не хотят тратить время на сервис, зная, что дома, в гараже процедура займёт несколько минут.
Эксперты советуют учитывать несколько нюансов:
Внутреннее сопротивление – важный параметр. Если замерять его регулярно, можно избежать проблем с запуском автомобиля, электроприборами, проводкой.
Внутреннее сопротивление аккумулятора
Внутреннее сопротивление аккумулятора – значимый параметр источника питания. Его постоянный контроль позволяет поддерживать аккумуляторную батарею в работоспособном состоянии. Ведь чрезмерный разброс провоцирует выход из строя АКБ, отдельных узлов автотранспорта.
Оценка технического состояния аккумуляторной батареи
Срок эксплуатации аккумуляторной батареи зависит от правильности проведения проверки. Данная процедура включает несколько этапов:
Проверка аккумулятора выполняется при помощи тестеров. С их помощью устанавливают соответствие параметров заданным нормам и требованиям.
Внутреннее сопротивление аккумулятора
Перед тем как проверить сопротивление автомобильного аккумулятора, необходимо изучить, что представляет собой этот показатель.
Внутреннее сопротивление аккумулятора рассчитывается по стандартной формуле. При определении учитывается электродвижущая сила, сила тока и нагрузка. В результате, получается условная величина, которая постоянно меняется.
При расчете сопротивления учитывается значение импеданса, в которое входит реактивная составляющая. Реактивная составляющая присуща емкостям, катушкам. Импеданс учитывается при определении реактивного сопротивления.
На внутреннее сопротивление аккумулятора влияет состояние электролита, его концентрации и температурного режима. Понижение температуры влечет рост данного показателя.
Определяя внутреннее сопротивление аккумулятора, учитывается и поляризация, которая зависит от силы тока. Возникает поляризация по таким причинам:
Минимальные показатели прослеживаются у кислотно-свинцовых источников питания. Поэтому они отдают ток в 2–2,5 тысячи ампер. Такие аккумуляторные батареи устанавливают в автотранспортные средства, которые укомплектованы ДВС.
Особенности измерения внутреннего сопротивления источника питания
Измерение внутреннего сопротивления аккумулятора проводят регулярно. Такие действия позволяют выявлять состояние источника питания, планировать замену. Ежегодно этот показатель увеличивается на 5–7 процентов. При увеличении на 8 и более процентов проводят анализ эксплуатационных условий, нагрузки. Для того чтобы выявить дефекты и нарушения, необходимо точно знать, как измерить внутреннее сопротивление.
Подача переменного тока
Этот способ отличается простотой реализации. Для этого требуется резистор ограничительный, трансформатор, а также конденсатор и вольтметр. Тесты проводят в течение 1,5–2 часов. За это время устанавливается величина напряжения для каждого элемента, который входит в состав источника питания. Для повышения точности результатов используют регистрирующий вольтметр.
При измерении проводимости на переменном токе получают значение, которое включает реактивную и активную составляющие. Для выделения требуемого показателя требуется подготовка частотной зависимости. При реализации этой методики возникают сложности, связанные с электрохимическими процессами.
Поэтому определить проводимость таким способом можно, если требуется общая оценка состояния аккумуляторной батареи. В остальных случаях подбирается другая методика тестирования.
Метод постоянной нагрузки
Этот способ используется автомобилистами и мастерами. Суть его заключается в стремительном разряде источника питания при постоянном токе. При помощи вольтметра измеряют напряжение, как с нагрузкой, так и без нее. Для расчета используют закон Ома.
Такую методику используют для тестирования крупногабаритных автомобильных аккумуляторных батарей. Для измерений используют высокоточные приборы, которые показывают точное значение. Допускается применение тестеров, в состав которых входит пленочно-угольный резистор.
Перед реализацией этого способа учитывают, что конденсатор измерительный агрегат не принимает во внимание. Поэтому учитывается только активная составляющая источника питания. Для проверки старых АКБ такой вариант не подходит. Ведь установить истинное состояние проблематично.
Применение этого способа невыгодно в том случае, если требуется установление состояния АКБ. Померить нагрузку с его помощью можно.
Короткоимпульсный способ
Его используют не так давно. Он обладает такими преимуществами:
Такая методика применяется для установления величины внутреннего сопротивления, расчета токовых параметров, коротких замыканий, других параметров. Это необходимо для установления состояния автомобильного аккумулятора.
Зависимость состояния аккумулятора от внутреннего сопротивления
Среди представленных измерителей и тестеров, которые применяют для оценки состояния аккумуляторной батареи, ее основных характеристик, легко подобрать устройство с требуемым функционалом. Среди используемых приборов выделяют:
Применение стандартных измерительных устройств позволяет установить величину проводимости. При помощи современных тестеров, которые работают с определенными сигналами, устанавливается степень работоспособности автомобильного аккумулятора, величину емкости, период разряда и заряда.
Период непрерывной эксплуатации аккумуляторной батареи в определенной степени зависит от величины внутреннего сопротивления. И это особо важно в том случае, если автотранспорт активно эксплуатируется как в черте города, так и в сельской местности. Поэтому периодическое тестирование источника питания, установление основных характеристик дает возможность понять, когда стоит производить замену.
Видео про внутреннее сопротивление аккумулятора
Тестируем восемь аккумуляторных тестеров
Привет, Хабр! Карманные «показометры» с крокодилами на клеммы аккумуляторных батарей (АКБ) известны и доступны не первый год. Можно ли верить этим устройствам? — Приборы китайские, корпуса пластиковые, на нагрузочные вилки не похожи. К ним высказывают немало претензий. А мы возьмём и проверим, насколько они соответствуют действительности.
Принцип действия всех рассматриваемых приборов основан на измерении внутреннего сопротивления химического источника тока пульсирующему току с постоянной составляющей. В качестве нагрузки используются цементные резисторы. Реализовано 4-проводное подключение: к каждому крокодилу идёт провод для измерения напряжения и провод для съема тока. И на основании измеренного внутреннего сопротивления производится расчёт и индикация показаний.
Два тестера — Foxwell BT100 Pro — совершенно одинаковые, по ним сравним показания двух экземпляров.
DHC BT280 и TooL it DBT300 имеют одинаковые корпуса и экраны. Возможно, это клоны одного и того же прибора, а число 300 призвано сделать вид, будто перед нами новая модель.
Autool BT360 и All-sun EM571 также имеют внешнее сходство между собой.
И наконец, классика жанра — Lancol Micro-468 и Micro-200.
Каждый из тестеров предоставляет несколько режимов проверки для разных типов аккумуляторных батарей. Начнём с измерения параметров АКБ Fireball FB60 60 А*ч. Заявленный пусковой ток 540 А в стандарте EN. Это кальциевый Ca/Ca аккумулятор стандартного типа. Также проверим аккумулятор Topla AGM Stop&Go AG60 60 А*ч EN 680 A.
▍Lancol Micro-468
Меню Lancol Micro-468 русифицировано. Прибор не отображает значения внутреннего сопротивления. Имеет для каждого типа АКБ два режима теста «перед зарядкой» и «после зарядки», между которыми не проявилось никаких различий, кроме как на 5 А более высокий ТХП (ток холодной прокрутки) и на 1% — состояние здоровья (SoH). Скорее всего, эта разница вызвана просто погрешностью измерений. Прибор самый громоздкий из всех рассматриваемых.
Создаётся сильное впечатление, что у Lancol Micro-468 всего два алгоритма измерений (расчёта параметров): один для обычных АКБ и второй для всех остальных — EFB, GEL, AGM со спиральными пластинами (Планте) и AGM с плоскими пластинами (Фора-Фолькмара).
▍Lancol Micro-200
Следующим испытываем Lancol Micro-200. Он умеет показывать миллиомы. Процент заряженности, как и предыдущий Ланкол, отображает 98, а не 100. Видимо, разработчики считают, что на сто процентов никто свинцовые аккумуляторы не заряжает. На самом деле, в очень многих случаях оно так и есть, а уж высокое НРЦ — напряжение разомкнутой цепи, оно же ЭДС без нагрузки, — часто свидетельствует как раз о недозаряде с расслоением электролита.
У Lancol Micro-200 видим те же два алгоритма, что у Micro-468: для обычных «мокрых» (WET) АКБ со свободно плещущимся электролитом и для всех остальных «продвинутых». Бессмысленные пункты «после зарядки» и «перед зарядкой» из меню убрали.
▍All-sun EM571
All-sun EM571 при каждом подключении крокодилов требует выбрать язык. Это неудобно. Хорошо хоть, что список начинается с русского. Имеются функции «перед зарядкой» и «после зарядки».
Те же два алгоритма, результаты совпадают с предыдущими приборами.
▍Autool BT360
Autool BT360 похож на All-sun EM571 не только корпусом, но и интерфейсом. Всё начинается с выбора языка, далее идут те же пункты.
Всё те же два алгоритма, ничего нового. При проверке Topla AGM в режиме обычной АКБ показал 100% здоровья, в режиме AGM — всего 92%, несмотря на то, что пусковой ток соответствует норме.
▍Foxwell BT100 Pro
Foxwell BT100 Pro снабжён более продвинутым меню, не требует начинать с выбора языка, и не имеет пунктов «перед зарядкой» и «после зарядки». Типов аккумуляторов предлагается всего три: обычный, AGM и GEL.
Результаты измерения не входят на один экран, приходится листать.
У прибора Foxwell BT100 Pro, в отличие от предыдущих, значение миллиом не зависит от типа АКБ, что, на первый взгляд, «с радиолюбительской точки зрения», правильно: сопротивление это сопротивление, измеряемое между клеммами ESR-метра.
Но свинцово-кислотный аккумулятор это не резистор и не конденсатор, а сложная электрохимическая система, падение напряжения внутри которой при том или ином направлении тока складывается не только из собственно внутреннего сопротивления, (кстати, зависимого от температуры и концентрации кислоты в электролите), но и нескольких ЭДС поляризации, («ионисторов», «суперконденсаторов»), кинетика заряда и разряда которых сильно зависит от особенностей конструкции аккумулятора: пластин, сепараторов, абсорбированного или загущённого электролита. Эти особенности необходимо учитывать для измерения внутреннего сопротивления и расчёта по нему тока холодной прокрутки. Одной радиолюбительской смекалки тут недостаточно, необходимы знания реальных современных аккумуляторных батарей.
Это первый из сегодняшних испытуемых, показывающий заряженность 100%. Алгоритм «GEL» очень похож на алгоритм для обычных АКБ. Велика вероятность, что для этих типов он один. Показания ТХП для AGM и обычных различаются, SoH — не различаются. Разброс показаний двух экземпляров этой модели пренебрежимо мал.
▍TooL it DBT300
Показания TooL it DBT300 также не входят на один экран, нужно листать между тремя. Тестер работает быстрее предыдущих. В отличии от всех них, не русифицирован. Жидкокристаллический экран — не точечная матрица, а сегментный. SoH и SoC выводятся в одном месте экрана, что неудобно для восприятия и может вести к путанице. Кнопки «назад» или «отмена» у этого устройства нет, при ошибке ввода нужно продолжить далее, или пересоединить крокодилы для сброса.
Это первый тестер, посчитавший нашу «мокрую» АКБ исправной (ОК). Судя по показаниям, на первый взгляд, в нём всё те же два алгоритма: первый для обычных SLI (starter, light, ignition, — стартер, свет, зажигание) и гелевых GEL, второй — для всех остальных. Показания внутреннего сопротивления, как и у Foxwell BT100 Pro, и в отличие от предыдущих участников теста, от алгоритма не зависят.
▍TDHC BT280
Последний участник сравнительного теста DHC BT280 как две капли воды похож на предыдущий TooL it DBT300.
Этот экземпляр прибора много использовался длительное время, и начал завышать показания напряжения. Скорее всего, виной тому попадание капель серной кислоты внутрь прибора или аэрозоль серной кислоты, выделяющийся в атмосферу при заряде аккумуляторов и могущий разъесть токопроводящий слой металлоплёночных резисторов или образовать отложения электропроводных солей на плате. В описании правдиво заявлено, что корпус устройства аккумуляторной кислоты не боится. Внутренности, очевидно, боятся, и, как выяснилось, корпус защитил их не на сто процентов. С другой стороны, тестер продолжает работать, хоть и с погрешностью по напряжению.
▍Итоги
Реальную ёмкость аккумулятора можно проверить только контрольным разрядом, и никак иначе.
Все восемь рассмотренных приборов семи моделей от шести производителей измеряют не погоду на кольцах Сатурна, а внутреннее сопротивление 12-вольтовой свинцово-кислотной аккумуляторной батареи. На основании измеренного внутреннего сопротивления по некоторому алгоритму рассчитывается ток холодной прокрутки в заданном стандарте.
Исходя из числа пунктов меню, можно предположить, что для каждого стандарта должен быть особый алгоритм, (или набор коэффициентов единого алгоритма), для разряженной и заряженной АКБ, а также для аккумуляторов разных типов. По факту, ни в одном из испытанных тестеров число пунктов меню не соответствует числу алгоритмов, (или наборов констант).
Три модели из семи имеют пункты «перед зарядкой» и «после зарядки», которые ничего не делают, лишь только заставляют пользователя потратить время на лишнее нажатие кнопки. Все 7 моделей имеют только 2 алгоритма с различимыми результатами, плюс у двух моделей работает поправка на уровень заряженности AGM аккумулятора со спиральными пластинами Планте.
Создаётся впечатление, что разработчики собирались реализовать много функций, и предусмотрели для них пункты меню, но по какой-то причине этого не осуществили. Либо это множество пунктов должно, по мнению авторов приборов, упростить пользователю выбор, какой аккумулятор каким образом проверять. Или же много пунктов меню сделано для красоты: психологически прибор кажется более многофункциональным, сложным и умным.
У Lancol, Autool и All-sun заметно значительное сходство интерфейса, говорящее о том, что все эти приборы — плоды развития одного прототипа. A TooL it DBT300 выглядит вообще как клон DHC BT280 или OEM продукт, заказанный на том же заводе.
Напоследок, не будем забывать, что карманные экспресс-тестеры не являются поверенными прецизионными лабораторными приборами, особенно при современной ситуации с аккумуляторами, когда встречается так много инновационных конструктивных особенностей, влияющих на характеристики.
Разработчики с трудом поспевают за производителями АКБ, ведь характеристики даже двух батарей одного модельного ряда в одном корпусе, с одинаковыми сепараторами и пластинами, но число пластин различается на единицу, могут быть очень разными. Соответственно разными должны быть коэффициенты для вычислений. Потому в память фирменных авторизованных тестеров закладывают данные по конкретным артикулам аккумуляторных батарей, и тогда точно известно, с какими эталонами и какими поправками сравнивать.
А рассмотренные в статье и подобные им бытовые приборы доступны, занимают мало места, и способны поведать многое о различиях аккумуляторных батарей и динамике состояния той или иной батареи. Каждый тестер проявил повторяемость результатов, и может быть использован при обслуживании АКБ и автолюбителями, и профессионалами.
Могут ли показания такого экспресс-тестера быть основанием для экспертного заключения о состоянии АКБ? — В той же степени, как показания медицинского термометра и сфигмоманометра для медицинского заключения. Врач не может руководствоваться всего лишь двумя простыми приборами, ему необходимы многие другие данные из истории болезни пациента, а также знания и опыт в медицине по своей специализации. Так и аккумуляторщику необходимы данные, знания и опыт. А маленькие верные помощники, — автоматические приборы, — берут на себя рутину и помогают высвободить потенциал человека для решения творческих задач. Ведь без творчества и интуиции ни одна профессия невозможна.
В данном исследовании мы осветили только функции измерения стартерных характеристик аккумуляторных батарей. Приборы экспресс-теста АКБ «умеют», кроме этого, оценивать качество работы бортовой сети автомобиля, — зарядное напряжение, его пульсации и просадку током зарядки аккумулятора после запуска двигателя. Этих функций мы коснёмся в наших следующих публикациях, которые будут посвящены нескольким моделям «народных» тестеров Konnwei.
Статья написана в сотрудничестве с автором экспериментов и видео — Аккумуляторщиком Виктором VECTOR.