Содержание:
Ёмкость аккумуляторной батареи определяет количество времени, в течение которого АКБ сможет давать энергию на полезную нагрузку. Емкость аккумуляторной батареи измеряется в ампер-часах. Сама физическая единица показывает, что ёмкость аккумуляторной батареи — это произведением тока разряда аккумулятора (в амперах) на время разряда АКБ (в часах).
Ёмкость аккумуляторной батареи — это физическая величина, которая вместе с напряжением батареи определяет количество энергии, которую способна дать полностью заряженная аккумуляторная батарея. Не следует путать понятия ёмкости аккумуляторной батареи и заряда (заряженность) аккумулятора. Ёмкость определяет потенциал аккумуляторной батареи, то есть количество времени, в течение которого АКБ сможет обеспечить питание нагрузки, если аккумуляторная батарея полностью заряжена.
Реальная ёмкость аккумулятора определяется несколькими факторами: величиной приложенной нагрузки, температурой батареи. Чем больше приложена нагрузка, тем быстрее происходит разряд батареи. Чем ниже температура, тем меньше ёмкости имеет батарея. Ёмкость аккумулятора — величина, зависящая от способа и условий измерения, поэтому её необходимо рассматривать в соответствии с технической документацией к батареи. Обычно производитель определяет длительным способ разряда батареи (в течение 20 часов) при комнатной температуре (20 градусов).
Стандартным лабораторным методом определения ёмкости аккумулятора является метод длительного контрольного разряда. В начале аккумуляторную батарею полностью заряжают, а потом разряжают постоянным малым током. Одновременно ведут учёт времени разряда батареи. Ёмкость аккумулятора вычисляют как произведение силы тока на время. Сложность метода состоит в необходимости поддерживать постоянное значение силы тока разряда, для этого используют специальное оборудование.
Бытовым способом измерения ёмкости аккумулятора является метод разряда АКБ с помощью постоянной нагрузки. При этом используют в качестве нагрузки одну или несколько автомобильных ламп, выбирая нагрузку из расчета 1/20 величины номинальной ёмкости. Время засекается по обычным часам. Такой метод имеет неточность, так как напряжение АКБ в течение тестирования снижается, и, следовательно, меняется ток нагрузки. Следует так же опасаться полного (глубокого) разряда АКБ, это может привести к поломке батареи.
Еще один способ измерения ёмкости аккумулятора также основан на использовании метода длительного разряда. В этом случае используется специальная электронная схема и электронные часы, подключенные в схему. Такую схему можно найти на страницах журналов радиолюбителей.
Собрать её сможет опытный радиолюбитель или профессиональный электронщик, для каждого аккумулятора придется подобрать расчетным путём необходимые значения сопротивления нагрузки. Измерение проводится так же в течение 20 часов.
Для быстрого определения ёмкости аккумулятора можно использовать специальные тестеры ёмкости аккумуляторов. Работа таких устройств основана на проведении серии специальных измерений. Для определения ёмкости тестер отправляет несколько зондирующих импульсов в подключенную аккумуляторную батарею. Получив обратный сигнал, тестер проводит их распознание и с помощью микропроцессора делает необходимые вычисления ёмкости аккумулятора. Полученный результат выводится на электронный дисплей устройства.
Одним из таких приборов является тестер ёмкости аккумуляторных батарей SKAT-T-AUTO.
Тестер ёмкости аккумулятора SKAT-T-AUTO является полностью автоматический прибором, не требует специальных знаний для проведения измерений. Тестер предназначен для быстрой оценки технического состояния герметичных и негерметичных свинцово-кислотных АКБ с номинальным напряжением 12 В и номинальной ёмкостью от 1,0 до 120 Ач.
Тестер емкости аккумулятора позволяет определить ёмкость аккумулятора с необходимой для эксплуатации АКБ точностью всего за 15 секунд. Работа с прибором очень проста. Нужно отсоединить батарею от прибора, в котором она установлена, подсоединить к тестеру с помощью специальных зажимов и нажать всего одну кнопку.
После определения остаточной ёмкости батареи, её сравнивают с номинальной ёмкостью новой батареи, указанной в паспорте изделия. Если остаточная ёмкость батареи менее 50 %, то её необходимо вывести из эксплуатации и провести восстановление или замену батареи.
Читайте также:
Автомобильные аккумуляторы в процессе эксплуатации транспорта могут разряжаться, приводя к невозможности завести двигатель машины. Избежать подобных проблем можно с помощью своевременного сервиса и контроля заряда у батареи, что позволяет подзаряжать АКБ или менять ее на новую. Замерить емкость аккумулятора мультиметром не составит труда, поэтому с такой простейшей диагностикой справится каждый автовладелец.
Для измерения емкости аккумуляторов различных типов используются мультиметры — специальные приборы, которые сочетают в себе функции омметра, вольтметра и амперметра. Универсальное устройство отличается простотой работы, позволяя максимально точно определять показатели емкости у АКБ.
С помощью такого прибора можно проверить работоспособность бытовой электроники и наличие напряжения в розетке, найти прорыв провода или же измерить емкость АКБ. Прибор определяет непрерывность подачи тока в сети, способен работать с постоянным и переменным напряжением. Отдельные модели позволяют получать данные о сопротивлении в цепи, что помогает определить наличие коротких замыканий и других проблем с электросетью.
Сегодня в продаже можно найти как универсальные мультиметры, так и специальные приспособления, которые предназначены для выполнения тех или иных измерений. В зависимости от типа и конструкции принято выделять приборы:
Аналоговые устройства отличаются простотой конструкции, поэтому самостоятельно измерить мультиметром емкость аккумулятора не составит труда. При этом такие приборы обеспечивают точность измерений, позволяя наглядно отображать силу тока и напряжение в сети. У аналоговых моделей имеется небольшая стрелка, которая в зависимости от показателя напряжения будет отклоняться по соответствующей шкале, наглядно отображая напряжение и силу тока.
Цифровые модели имеют расширенный функционал, а их использование не представляет какой-либо сложности. Простейшие устройства рекомендованы в первую очередь обычным автовладельцам, которые хотели бы самостоятельно проверять ёмкость аккумулятора мультиметром без соответствующих знаний в радиоэлектронике.
Большинство мультиметров имеет стандартную конструкцию
, что существенно упрощает их использование. Сам прибор оснащен цифровым дисплеем, на котором отображаются текущие показатели измерений и другая сервисная информация. У приспособлений имеются соответствующие кнопки или переключатели функций, что расширяет их возможности.
На корпусе мультиметра можно увидеть отверстия для подключения щупов. Используемые щупы имеют металлическое жало, пластиковые или деревянные рукоятки, которые выполнены из непроводящего ток материала. Красный щуп используется для измерения положительной полярности, а чёрный — отрицательной.
Проверить мультиметром емкость аккумулятора не составит сложности. Благодаря универсальности такие устройства можно использовать для работы с автомобильными батареями, аккумуляторами от сотовых телефонов, смартфонов, планшетов и ноутбуков.
Принцип использования измерителей во всех случаях будет одинаков. Научившись мерить заряд АКБ, можно будет в последующем с лёгкостью использовать такое устройство в работе и быту. Алгоритм измерения заряда следующий:
Полученные результаты должны соответствовать ёмкости и заряду конкретного аккумулятора. Если проводится измерение АКБ, то полностью заряженная батарея должна иметь силу тока на уровне 12,6 В.
У частично разряженных АКБ показатель измерения ёмкости составляет 12,2 В. При падении показаний прибора до отметки 11 В АКБ нужно демонтировать с автомобиля и провести ее подзарядку в домашних условиях.
С помощью мультиметра можно измерять не только силу тока, но и емкость батареи. Для этого устанавливают переключатель прибора в соответствующее положение, а затем подсоединяют к минусу и плюсу красные и черные щупы. Правильно рассчитав показатели емкости, можно будет определить исправность аккумулятора, а при необходимости заменить электролит или выполнить прочистку герметичных банок у батареи.
Для получения максимальной точности измерений аккумулятор должен подключаться к нагрузке, которая забирает приблизительно половину тока батареи. Если показатель ёмкости АКБ должен составлять 7 Ампер-часов, то оптимальная нагрузка равняется 3,5 Вт. Проще всего получить такую нагрузку, используя лампочку от автомобильной фары, которая с помощью обычных проводов подсоединяется к плюсу и минусу батареи.
После подключения нагрузки в виде лампочки следует подождать несколько минут и лишь после этого приступать к измерению. Ёмкость аккумулятора будет различаться в зависимости от его типа и конкретной модели, поэтому необходимо предварительно изучить инструкцию, где будут указаны эти данные. При выполнении самостоятельных измерений с помощью мультиметра можно определить исправность аккумулятора, а при существенном отклонении от нормы выполнить его восстановление или заменить используемую батарею.
С помощью метода измерения контрольного разряда можно определить работоспособность батареи и ее способность сохранять заряд. Для такой проверки необходимо полностью зарядить аккумулятор, нагрузив его согласно расчетному значению в паспорте батареи. После этого в цепь включается мультиметр или амперметр, а на экране устройства отображаются показатели силы тока и ёмкости.
Выполняют несколько измерений, что позволяет установить степень разряжения аккумулятора, а также его способность сохранять свою зарядку. Если отмечаются минимальные расхождения в уменьшении силы тока по сравнению с паспортными данными, то такая батарея годна к использованию. В этом случае потребуется полностью зарядить аккумулятор, который будет стабильно держать заряд, решая проблемы с заведением двигателя даже в сильный мороз.
С помощью аналогового или цифрового мультиметра можно измерить напряжение, предупредив проблемы с эксплуатацией автомобиля. Замерить емкость аккумулятора мультиметром не составляет какой-либо сложности, поэтому получить данные по напряжению и емкости АКБ и батарей в различных электронных гаджетах сможет каждый.
Емкость — главный показатель работоспособности батареи, но оценить ее на лету сложно. Традиционный цикл зарядки/разрядки/зарядки по-прежнему остается наиболее надежным методом измерения емкости аккумулятора. В то время как портативные батареи могут быть перезаряжены относительно быстро, полный цикл больших свинцово-кислотных батарей нецелесообразен для измерения емкости.
SAE (Общество автомобильных инженеров) определяет емкость стартерной батареи по резервной емкости (RC). RC отражает время работы в минутах при устойчивом разряде 25А. DIN (Deutsches Institut für Normung) и IEC (Международная электрохимическая комиссия) маркируют батарею в Ач при типичном уровне разряда 0,2C (5 ч) для стартерных аккумуляторов. Аккумулятор емкостью 60 Ач будет разряжаться при 12 А. Точного преобразования RC в Ah не существует, но наиболее распространенная формула — RC, деленная на 2 плюс 16.
Краткий метод — деление RC на 1,9..
Можно было бы предположить, что измерение емкости по разрядке является наиболее точным методом, но это не всегда так, особенно для свинцово-кислотных аккумуляторов. Даже при использовании высокоточного оборудования в среде с контролируемой температурой и соблюдении установленных стандартов заряда и разряда между идентичными тестами возникают различия. Это не совсем понятно, за исключением понимания того, что батареи - это электрохимические устройства, обладающие человеческими качествами. Наш уровень IQ также меняется в зависимости от времени суток и других условий. Химические вещества на основе лития и никеля обеспечивают более стабильные результаты разряда, чем свинцово-кислотные.
Лаборатории Cadex проверили 91 стартерную батарею с различными уровнями производительности, и результаты были представлены на графике Рисунок 1 . Горизонтальная ось X представляет батареи от слабых до сильных, а вертикальная ось Y отражает емкость. Тесты проводились в соответствии со стандартами SAE J537: применялась полная зарядка и 24-часовой отдых, после чего следовал регулируемый разряд 25 А до 10,50 В (1,75 В на элемент). Результаты в ромбах представляют Тест 1 . Испытание было повторено в идентичных условиях, и емкости, указанные в квадратах, характеризуют Тест 2 . Тесты Test 1 и 2 , выполненные с разницей всего в несколько дней, различаются в среднем на +/- 15 процентов по емкости. Аналогичные расхождения наблюдаются и в других лабораториях.
При оценке результатов испытаний аккумуляторов задается вопрос: «С каким стандартом сравниваются показания?» Если использовать классический цикл заряда/разряда, который имеет большие погрешности, то современные технологии испытаний не имеют эталона, и ученые могут задаться вопросом: «Какой метод более точен, метод разряда/заряда или другие развивающиеся технологии?» Это правильный вопрос, поскольку появляются ненавязчивые технологии, которым требуется всего несколько секунд для проверки батареи.
Spectro ™ (от Cadex) использует мультимодельную спектроскопию электрохимического импеданса (EIS), которая проверяет состояние батареи за считанные секунды с помощью процесса сканирования. Неинвазивная технология сочетает EIS со сложным моделированием для оценки емкости, CCA и SoC с помощью матриц, также известных как справочные таблицы. Вот как это работает:
В аккумулятор подается синусоидальный сигнал нескольких частот напряжением в несколько милливольт. После цифровой фильтрации выделенный сигнал формирует график Найквиста, на который накладываются различные электрохимические модели. Spectro™ выбирает наиболее подходящие модели; неподходящие реплики отбраковываются. Затем слияние данных сопоставляет значения ключевых параметров для получения оценок мощности и CCA. Рисунок 2 иллюстрирует запатентованный процесс в упрощенном виде.
Синусоидальный сигнал создает график Найквиста; слияние данных сопоставляет значения ключевых параметров для оценки пропускной способности и CCA.
Сюжет Найквиста был придуман Гарри Найквистом (1889–1976) в Bell Laboratories. Он представляет частотную характеристику линейной системы, отображающую как амплитуду, так и фазовый угол на одном графике с использованием частоты в качестве параметра. Горизонтальная ось X графика Найквиста показывает реальный импеданс в омах, а вертикальная ось Y представляет мнимый импеданс (см. BU-9).07: Тестирование литиевых батарей)
Стартерные батареи имеют два разных значения: CCA и емкость. Эти два чтения различны; одно не может предсказать другое, и корреляция между ними почти отсутствует, за исключением, возможно, конца срока службы батареи (см. BU-806, Отслеживание емкости и сопротивления батареи как части процесса старения)
Большинство экспресс-тестеров смотрят на внутреннюю сопротивления и сделать аппроксимацию CCA. Измерение сопротивления батареи относительно просто, но само по себе это не может предсказать емкость, а также не может сказать, когда заменить батарею, поскольку характеристика окончания срока службы в первую очередь связана с емкостью. Большинство стартерных аккумуляторов запускают двигатель с очень небольшой емкостью; внезапный сбой может произойти, когда емкость упадет ниже 30 процентов.
Некоторые тестеры аккумуляторов, включая Spectro™, отображают «Высокое сопротивление» при повышенном значении омического сопротивления, что обычно связано с тепловым повреждением. Работающая стартерная батарея отражает однозначное значение мОм, которое представлено R1 в модели Рэндлса справа (см. BU-902: Как измерить внутреннее сопротивление). Батареи с высоким сопротивлением имеют двузначные показания, и их можно вызванные этими условиями:
R1 представляет собой сопротивление электролита, на которое влияют пункты 1 и 2 выше. Пункты с 3 по 6 относятся R1 характеризует сопротивление электролиту, создаваемое низким содержанием электролита и/или кислотным расслоением, что отражено в пунктах 1 и 2 вышеперечисленных условий. Позиции с 3 по 6 относятся к сульфатации, коррозии и контактному сопротивлению от клемм батареи к электродам, а также от электродов к электролиту.
Параллельная цепь R2/C представляет сопротивление и скорость передачи заряда. Это означает, что требуется энергия, необходимая для преодоления потенциального барьера на границе раздела электрод-электролит, который активирует ион внутри электролита, что приводит к перемещению электронов от электрода к клеммам. У плохой батареи барьерное сопротивление выше, чем у хорошей батареи большой емкости. Ветвь R2/C содержит секрет оценки производительности и отличается от более механических условий, зафиксированных в R1.
Возможность разделения отдельных компонентов в модели Рэндлса, как это делает Spectro™, позволяет улучшить оценку аккумуляторов, что сокращает количество замен аккумуляторов, особенно в течение гарантийного периода. «Высокое сопротивление» отличает батарею с низким уровнем заряда от батареи с настоящим дефектом. Тест можно провести с частичной зарядкой.
«Насколько точны показания?» — спрашивают автомеханики. Это зависит от батареи. Неисправность можно с уверенностью диагностировать только при наличии явных симптомов. Новая батарея или батарея, которая находилась на хранении, может стать исключением при оценке емкости. Наилучшие результаты достигаются с «рабочей» батареей, снятой с эксплуатации. Точность также зависит от качества матрицы (см. БУ-905: Тестирование свинцово-кислотных аккумуляторов, матрица).
Хотя показания емкости и CCA четко указаны на аккумуляторе, эти значения не всегда верны. CCA некоторых стартерных аккумуляторов оказывается выше или ниже указанного; знает только производитель. Из-за высокой стоимости тесты CCA редко проводятся после продажи батареи. Кроме того, новые аккумуляторы глубокого разряда показывают низкую емкость, что может привести к гарантийному возврату. Значения будут увеличиваться по мере форматирования батареи по мере использования (см. BU-701: Как заправить батареи)
[1] Предоставлено Cadex (2005)
[2] Дж. Патент США US7072871B1, 4 июля 2006-07-04.
Аккумуляторы в портативном мире
Материал по Battery University основан на незаменимом новом 4-м издании « Аккумуляторы в портативном мире — справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров» », который можно заказать на Amazon.com.
«Емкость батареи» — это мера (обычно в ампер-часах) заряда, хранящегося в батарее, и определяется массой активного заряда. материал, содержащийся в батарее.Емкость батареи представляет собой максимальное количество энергии, которое может быть извлечено из батареи при определенных условиях.Однако фактические возможности хранения энергии батареи могут значительно отличаться от «номинальной» номинальной емкости, поскольку Емкость батареи сильно зависит от возраста и прошлой истории батареи, режимов зарядки или разрядки батареи и температуры.
Единицы емкости батареи: ампер-часы
Энергия, хранящаяся в батарее, называемая емкостью батареи, измеряется либо в ватт-часах (Втч), киловатт-часах (кВтч), либо в ампер-часах (Ач). Наиболее распространенной мерой емкости батареи является Ач, определяемая как количество часов, в течение которых батарея может обеспечивать ток, равный скорости разряда при номинальном напряжении батареи. Единица А·ч обычно используется при работе с аккумуляторными системами, поскольку напряжение аккумулятора будет меняться на протяжении всего цикла зарядки или разрядки. Емкость Втч может быть аппроксимирована емкостью Ач путем умножения емкости Ач на номинальное (или, если известно, среднее по времени) напряжение батареи. Более точный подход учитывает изменение напряжения путем интегрирования емкости А/ч x V(t) по времени цикла зарядки. Например, 12-вольтовая батарея емкостью 500 Ач позволяет накапливать энергию приблизительно 100 Ач x 12 В = 1200 Втч или 1,2 кВтч. Однако из-за большого влияния скорости зарядки или температуры для практического или точного анализа производители батарей предоставляют дополнительную информацию об изменении емкости батареи.
Скорость зарядки/разрядки влияет на номинальную емкость батареи. Если аккумулятор разряжается очень быстро (т. е. ток разряда велик), то количество энергии, которое можно извлечь из аккумулятора, уменьшается, и емкость аккумулятора снижается. Это связано с тем, что необходимые для протекания реакции компоненты не обязательно успевают либо переместиться в нужные им положения. Только часть всех реагентов преобразуется в другие формы, и поэтому доступная энергия уменьшается. С другой стороны, если аккумулятор разряжается очень медленно с использованием низкого тока, из аккумулятора может быть извлечено больше энергии, и емкость аккумулятора выше. Поэтому емкость батареи должна включать скорость зарядки/разрядки. Обычный способ определения емкости батареи состоит в том, чтобы указать емкость батареи как функцию времени, которое требуется для полной разрядки батареи (обратите внимание, что на практике батарея часто не может быть полностью разряжена).
Температура батареи также влияет на извлекаемую из нее энергию. При более высоких температурах емкость батареи обычно выше, чем при более низких температурах. Однако преднамеренное повышение температуры батареи не является эффективным методом увеличения емкости батареи, поскольку это также сокращает срок службы батареи.
Возраст и история батареи имеют большое влияние на емкость батареи. Даже если следовать спецификациям производителей на DOD, емкость батареи будет оставаться на уровне или близком к номинальной емкости в течение ограниченного количества циклов зарядки/разрядки. История батареи оказывает дополнительное влияние на емкость в том смысле, что если батарея использовалась ниже своего максимального DOD, то емкость батареи может быть преждевременно уменьшена, а номинальное количество циклов зарядки/разрядки может быть недоступно.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
