Как измерить ёмкость аккумулятора
Содержание:
- Определение ёмкости аккумулятора. Физический смысл
- Определение ёмкости аккумулятора методом длительного разряда
- Определение ёмкости аккумулятора с помощью специального электронного тестера
Определение ёмкости аккумулятора. Физический смысл
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.
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).
Определение ёмкости аккумулятора методом длительного разряда
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.
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.
Определение ёмкости аккумулятора с помощью специального электронного тестера
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:
- Аккумуляторы для ИБП. Классификация
- Восстановление и тренировка аккумуляторов
- Особенности гелевых аккумуляторов
Как проверить заряд и емкость автомобильного аккумулятора? ✔️
Часто автолюбители сталкиваются с ситуацией в необходимости диагностики работоспособности аккумулятора на транспортном средстве, но зачастую не понимают в этом ничего.
В большинстве инструкций предполагается измерить плотность электролита, измерить напряжение аккумулятора и провести нагрузочное тестирование с помощью нагрузочной вилки. Но как правило ни ареометра, ни вольтметра, ни нагрузочной вилки нет.
Использование ареометра для измерения плотности электролита связано с риском облиться кислотой, испачкаться, а также в целом плотность не дает наглядной и полной информации о состоянии батареи.
Измерение напряжение дает информацию о степени заряда аккумулятора и необходимости в его заряде. Но дело в том, что есть ощутимая разница между новой заряженной батареей и БУ заряженной батарей — они вырабатывают различный пусковой ток, а также разряжаются с разной скоростью.
Обратим внимание на следующие иллюстрации.
Заряженная и разряженная аккумуляторная батарея:
Рис. 1 Новая заряженная батарея
Рис. 2 Новая разряженная батарея
Новая заряженная батарея и БУ заряженная батарея — с точки зрения пластин аккумулятора, это выглядит так:
Рис. 4 БУ заряженная батарея
Эти картинки показывают нам, что в каждом случае батарея заряжена на 100%, но часть пластин БУ аккумулятора больше не взаимодействует с кислотой и не участвует в электрохимических процессах. Это называется сульфатацией пластин аккумулятора, в результате чего, кстати, изменяется плотность аккумулятора и вернуть ее к номинальным значениям, как у новой батареи нельзя.
Таким образом мы имеем одинаковое значения напряжения у БУ и новой батареи, но разную плотность электролита.
Различают полную сульфатацию и частичную. При полной сульфатации, пластины уже не могут взаимодействовать с кислотой, при частичной в случае зарядки аккумулятора зарядным устройством, при определенных условиях, сульфат свинца можно растворить в кислоте, очистить пластины и продлить срок службы батареи. В настоящее время есть много разных устройств с функциями десульфатации, например Optimate, CTEK, Battery Service и другие.
Нагрузочное тестирование аккумулятора можно разделить на два метода:
- С помощью нагрузочной вилки 100-200А есть смысл проводить ТОЛЬКО при полном заряде аккумулятора, но к сожалению такое тестирование не всегда объективно. И чуть ниже мы объясним почему.
- Разряд стабилизированным током (тест на емкость)
В свою очередь, проверка емкости аккумулятора на емкость должна проводиться с помощью нагрузки стабилизированным постоянным током С10, С20 (10, 20% током от емкости АКБ).
Проверка электрической лампочкой не походит, т.к. в процессе разряда меняется ток и в такой тест говорит нам о емкости ровным счетом ничего. А говорит лишь о том, сколько времени у вас проживет аккумулятор, если вы забудете выключить свет в автомобиле.
В первом случае нам помогут нагрузочные вилки, типа Ring Automotive RBA10 или RBA15, а во втором только профессиональное оборудование типа разрядно-диагностических устройств Conbat, BSL, Torkel и прочих.
В настоящее время широко распространены тестеры аккумуляторных батарей, измеряющих пусковой ток аккумуляторной батареи по методикам EN, DIN, SAE, IEC и т.п. Данные приборы способны качественно оценить работу аккумулятора. Считается, что аккумулятор не пригоден к эксплуатации, если его пусковая характеристика снизится более чем на 25% по отношению к номинальному значению.
К примеру: новая 70Ач батарея имеет пусковой ток (ток холодной прокрутки) 600А (EN), следовательно, как только пусковой ток снизится до 450А (EN) такой аккумулятор необходимо заменить.
Примерами таких устройств могут быть опять же Ring Auotomotive RBA50, RBAG500, RBAG700, а также приборы, которые используют автодилеры от американской компании Midtronics MDX-335P, MDX-655P, EXP-1000 и другие.
₽154 061
В корзину
В корзину
₽117 990
В корзину
Сравнение результатов тестирования аккумуляторной батареи с помощью нагрузочной вилки и тестером пускового тока:
Первый вариант — новая батарея, полностью заряженная, все пластины в рабочем состоянии. Нагрузочная вилка покажет отличный результат.
Второй вариант — новая батарея, полностью разряженная. Нагрузочная вилка покажет плохой результат. Но батарея новая! Ее просто нужно зарядить.
Третий вариант — БУ батарея, полностью заряженная. Нагрузочный тест отличный, т.е. напряжение под нагрузкой изменяется в пределах нормы, а вот тест тока холодной прокрутки покажет потерю 25% пусковых характеристик. И вот с такой батареей начнутся проблемы.
Таким образом, мы видим, что не всегда достаточно определить уровень заряда батареи, а тест нагрузочной вилкой может быть необъективным в случае если батарея не заряжена полность, а разряженную батарею и вовсе не протестировать.
Измерение пускового тока батареи снимает неопределенность в случае БУ аккумуляторов, которые являются заряженными, но не могут выработать достаточное количество энергии для запуска двигателя ТС.
Альтернативный путь нагрузочного тестирования — это проверка напряжения во время запуска двигателя и фиксация наименьшего значения (как это делается в случае с нагрузочной вилкой, но на реальную нагрузку). Более подробно об этом методе описано в статье CrankCheck
(С) Battery Service. Перепечатка материала возможна только c ссылкой на оригинал статьи.
BU-904: Как измерить емкость
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.
SAE J537
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:
- Низкий уровень электролита (см. BU-804c: Потеря воды, расслоение кислоты и заряд поверхности)
- Расслоение электролита (см. BU-804c: Потеря воды, расслоение кислоты и заряд поверхности)
- Сульфатирование электродов (см. BU-804b: Сульфатация и способы ее предотвращения)
- Плохие или изношенные сварные соединения пластин и стоек коллектора
- Растрескивание пластины коллектора, коррозия (см.
BU-804a: Коррозия, осыпание и внутреннее короткое замыкание) - Плохое соединение аккумуляторной батареи на зажимах или внутри батарея
BU-804a: Коррозия, осыпание и внутреннее короткое замыкание)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)
Ссылки
[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 | PVEducation
«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.
Влияние скорости зарядки и разрядки на емкость
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
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
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.