Напряжение в аккумуляторе: Как проверить аккумулятор авто на работоспособность?

Что контролировать в аккумуляторах

Аккумуляторы нельзя разряжать ниже определенного уровня. «Напряжение окончания разряда» – это минимальное рабочее напряжение аккумуляторной батареи. Если разряд аккумулятора продолжается после достижения «напряжения окончания разряда» аккумулятор может быть поврежден или разряжен до такой степени, что его больше нельзя будет использовать.

Но главный показатель состояния аккумуляторной батареи – это емкость. Она характеризует способность аккумулятора сохранять энергию и определяет время его работы без подзарядки.

Высвобождаемая емкость   – это заряд, который аккумулятор отдает до того как его напряжение станет равным напряжению окончания разряда. Доступная емкость  – это высвобождаемая емкость полностью заряженного аккумулятора.  Для нового аккумулятора доступная емкость равна или немного отличается от номинальной. В процессе эксплуатации доступная емкость уменьшается.

Заряженность (SoC)  — это отношение высвобождаемой емкости к доступной. Характеризует текущий заряд аккумулятора. Измеряется в процентах

Работоспособность (SoH) – отношение доступной емкости к номинальной.

Контроль аккумуляторов под нагрузкой

Напряжение полностью заряженного аккумулятора выше чем разряженного. На этом факте основан самый простой способ контроля – измерить текущее напряжение аккумулятора и сравнить его с напряжением полностью заряженной батареи. Однако такая оценка оказывается не слишком аккуратной. По ней с уверенностью можно утверждать лишь, что аккумулятор заряжен на 100% и что он полностью разряжен. Не высокая точность вызвана тем, что при заданном состояния заряда и различных уровнях нагрузки мгновенное напряжение аккумулятора не постоянно, а колеблется вверх-вниз.

Скачки напряжения зависят от внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи. Если ток разряда очень мал, то внутренние потери не велики и заряд, аккумулятора практически равен максимально возможному. При более высокой нагрузке потери увеличиваются и заряд, отданный аккумулятором до момента достижения минимального рабочего напряжения оказывается меньше.

Счетчик ампер часов

Вместо того, чтобы определять состояние аккумулятора по напряжению, можно измерять ток. Счетчик ампер часов контролирует ток, получаемый и отдаваемый аккумулятором, суммирует его за период использования и прибавляет вычисленное значение к начальной заряженности  аккумуляторной батареи. Поскольку исходное состояние аккумулятора и ток заряда-разряда можно измерить достаточно точно, счетчик ампер часов определяет текущее состояние аккумулятора достовернее, чем вольтметр. Однако у него тоже есть несколько недостатков

Как и в любом устройстве в аккумуляторе существуют потери, поэтому отдаваемый им заряд всегда меньше полученного. Потери не постоянны, а зависят от температуры, тока заряда-разряда и возраста батареи. Эффективность одного и того же аккумулятора в разных условиях разная.

Однако кулонометр не учитывает потери и со  временем его показания все больше и больше отличаются от реального состояния аккумулятора. Чтобы избежать расхождений кулонометры необходимо регулярно перекалибровать

Если аккумулятор отключен от нагрузки и оставлен без подзарядки, то через токоизмеряющий датчик кулонометра ток не потечет. Но химические реакции в батарее по-прежнему будут идти и со временем ее энергия уменьшится. Через неделю напряжение ячеек и состояние аккумулятора изменятся, однако подсчет кулонов ничего об этом не скажет. Саморазряд аккумулятора кулонометр не учитывает

В процессе эксплуатации доступная емкость аккумулятора уменьшается. Текущее значение емкости кулонометр определить не может и ему регулярно приходится указывать верхнюю и нижнюю точки отсчета. Это делают полностью разряжая и заряжая аккумулятор. В реальных условиях это не всегда возможно и со временем показания кулонометра становятся все менее точными

Батарейный монитор

Современный батарейный монитор – это не просто счетчик ампер часов, а интеллектуальное устройство контроля аккумуляторов. Перед началом работы в монитор вводят номинальную емкость аккумулятора, в течении нескольких циклов устройство «обучается» и затем работает без постороннего вмешательства. Монитор следит за током, напряжением и температурой аккумуляторной батареи и сравнивает получаемые данные с собственной моделью аккумулятора. На основе фактических данных параметры модели корректируются и она  постоянно соответствует реальному состоянию работающего аккумулятора

Батарейные мониторы могут контролировать одну или несколько аккумуляторных батарей. Самое простое устройство измеряет напряжение, ток и заряженность единственного аккумулятора. Более продвинутые модели рассчитаны на две или три аккумуляторных группы. Для основной батареи они измеряют напряжение, ток и заряженность, а для дополнительных только ток и напряжение или только напряжение.

Модели, имеющие модульный принцип, позволяют добавлять в цепь до 20 независимых датчиков тока или «интеллектуальных» шунтов, и контролируют с их помощью до 6 аккумуляторных батарей. Такие мониторы имеют встроенный Wi-Fi модуль и передают информацию о состоянии аккумуляторов на смартфон или планшет владельца.

Установка устройства контроля аккумуляторов

Если для запуска двигателя используется выделенный аккумулятор, то измерять потребляемый и отдаваемый им ток не обязательно. На стартовом аккумуляторе контролируют только напряжение. Зато на сервисной аккумуляторной батарее измеряют входной и выходной ток, напряжение и уровень заряда.

Если чисто стартового аккумулятора на лодке нет, а оба аккумулятора попеременно используются и для запуска двигателя и для питания бортового оборудования, устанавливают два шунта или перемещают шунт таким образом, чтобы через него протекал ток от обоих аккумуляторных батарей

В любой момент на лодке желательно знать куда уходит и откуда поступает энергия в аккумуляторную батарею. Несколько шунтов позволяют монитору отображать ток получаемый аккумуляторами от солнечных панелей и ветрогенератора или потребляемый микроволновой печью, холодильником и инвертором. Контроль мощных  устройств необходим, поскольку высокий ток способен быстро разрядить и повредить аккумулятор

Правильно установленный батарейный монитор – это незаменимый  инструмент для поиска неисправностей в электрической системе. С его помощью, например,  можно обнаружить, что солнечные панели стали грязными и больше не заряжают аккумуляторы как положено.

Большинство мониторов для измерения тока используют шунты, которые устанавливают на отрицательной стороне электрической цепи. Некоторые модели, позволяют использовать для этого и отрицательный и положительный проводники. Для контроля за потребителями (инверторами, подруливающими устройствами) или генераторами электрической энергии (зарядными устройствами, солнечными панелями) можно выбрать как положительную так и отрицательную сторону. Контроль за состоянием аккумулятора лучше производить на отрицательной стороне.

Стандартные шунты имеют номинал 200, 300 или 500 А. Однако если нагрузка в цепях не велика можно использовать шунт, состоящий из нескольких линий, каждая из которых рассчитана на  25 А.

Профилактический контроль аккумуляторов

Существует несколько способов выяснить состояния аккумулятора

1. Проверить плотность электролита
2. Проверить напряжение холостого хода
3. Замерить напряжение под высокой нагрузкой
4. Использовать тестер проводимости
5. Выполнить полную проверку емкости

Плотность измеряют только у аккумуляторов с жидким электролитом. Соответствие заряженности аккумулятора плотности электролита приведено в таблице

Напряжение холостого хода

Заряженность аккумулятора можно приблизительно оценить по напряжению холостого хода, измеряемому между клеммами аккумулятора когда в цепи не течет никакой ток. Потребителей на лодке проще всего отключить от аккумуляторной батареи с помощью главного выключателя ( для этого достаточно перевести его в положение OFF). Однако так никогда не стоит делать при работающем двигателе – выпрямительные диоды генератора могут сгореть. Если на лодке установлены дополнительные источники зарядки — солнечные панели или ветрогенератор, то для получения правдивого результата измерения их также необходимо отключить.

Напряжение холостого хода зависит от того каким было начальное состояние аккумулятора, заряжался или разряжался он перед проверкой и от того сколько времени он находится в состоянии покоя. Напряжение правильно отразит состояние аккумулятора, если нагрузка и устройства зарядки отключены от него как минимум за десять минут до измерения. Результаты окажутся точнее, если аккумулятор находится в состоянии покоя 1-2 часа, а еще лучше в течении 12 часов. У гелевых и AGM аккумуляторов время выравнивания напряжения достигает 48 часов.

Проверка емкости аккумулятора

Емкость это — главная характеристика аккумулятора. Если она существенно меньше номинальной, то срок службы аккумулятора подходит к концу. Другие параметры, влияющие на работоспособность батареи — это внутреннее сопротивление и саморазряд. Внутреннее сопротивление ограничивает ток аккумулятора, а высокий саморазряд указывает на механические дефекты пластин.

Напряжение или плотность электролита свинцово-кислотного аккумулятора могут указывать на его полный или почти полный заряд, но батарея не будет нормально функционировать из-за существенной потери емкости, которая произошла из-за сульфатации пластин, коррозии решеток или осыпания активного материала. Правильные напряжение холостого хода и плотность электролита говорят о том, что доступная емкость аккумулятора заряжена полностью, но не дают информации о том какова она по отношению к первоначальной. Выяснить это позволяют тестер проводимости и нагрузочная вилка.

Нагрузочный тестер искусственно создает для аккумулятора высокую нагрузку и одновременно измеряет напряжение аккумулятора. Исправный 12-вольтовый аккумулятор удерживает под нагрузкой напряжение выше 10 Вольт в течении 10 и более секунд. Напряжение же на аккумуляторе с уменьшившейся емкостью быстро падает. Если напряжение 12-вольтового аккумулятора в течении 15 секунд опускается ниже 9,5 вольт, аккумулятор скорее всего надо менять.

Для гелевых и AGM аккумуляторов нагрузка должна быть равна половине тока холодного пуска (ССА) или утроенной номинальной емкости С20 аккумулятора.

В процессе эксплуатации внутреннее сопротивление аккумулятора возрастает. Это становится особенно заметно, если пластины поражены сульфатацией. Доступную площадь пластин, а значит и способность аккумулятора отдавать ток, характеризует проводимость —  величина обратная внутреннему сопротивлению. Значение проводимости также используют для поиска дефектных пластин, короткого замыкания или обрывов цепи в аккумуляторе

Проводимость аккумулятора измеряют с помощью тестера, который кроме этого определяет и текущую доступную емкость аккумулятора (SoH). Номинал тестера должен соответствовать типу, емкости и току холодного пуска проверяемой аккумуляторной батареи.

Реальную емкость аккумулятора можно выяснить полностью разрядив его током в 1/20 от его номинальной емкости.  Перед проверкой аккумулятор сначала полностью заряжают, а затем разряжают до тех пор пока его напряжение не опустится до 10,5 вольт. Емкость вычисляют умножая время работы аккумулятора под нагрузкой на ток разряда. Если полученное в ходе проверки значение составляет меньше 80% от номинальной емкости, аккумулятор необходимо зарядить и проверить еще раз. Если при повторной проверке емкость также не поднялась выше 80%, аккумулятор скорее всего необходимо менять

После испытания аккумулятор необходимо немедленно зарядить, чтобы не допустить его сульфатации.

Полную проверку емкости сервисных аккумуляторных батарей желательно проводить перед началом каждого сезона или перед любой многодневной поездкой на катере или яхте

Напряжение аккумулятора

Напряжение аккумулятора это ЭДС аккумулятора с учётом его снижения во внутренней цепи при прохождении тока заряда или разряда. Таким образом, при заряде аккумулятора напряжение на клеммах выше ЭДС, а при разряде меньше.

Это можно выразить формулами

Напряжение аккумулятора при включении нагрузки

При подключении потребителей к аккумулятору на его клеммах наблюдается резкий спад напряжения на величину равную падению напряжения на омическом сопротивлении. Затем падение напряжения становится значительно меньшим и зависит от снижения плотности электролита в порах и межэлектродном пространстве. Это падение на прямую зависит от ёмкости батареи.

При глубоком разряде аккумулятора происходит значительное снижение плотности и как следствие ЭДС. Содержание активных веществ в электролите снижается до минимума и в тоже время резко повышается содержание сернокислого свинца, который закупоривает поры, препятствуя попаданию электролита и как следствие резкое повышение внутреннего сопротивления и снижение напряжения на клеммах аккумулятора. При этом разряд аккумулятора практически прекращается, хотя активные вещества израсходованы не полностью, напряжение становится не устойчивым. Такой разряд может привести к порче аккумуляторной батареи.

Напряжение аккумулятора без нагрузки.

После отключения потребителей от батареи на её клеммах наблюдается повышение напряжения до величины равной ЭДС электролита в порах активного вещества электродов. За счёт диффузии это повышение будет продолжаться до момента выравнивания плотности электролита в полости аккумулятора и порах пластин. Это явление необходимо учитывать при включении стартера. После отключения стартера при пуске двигателя, если двигатель не запустился, необходимо выждать 1 – 2 минуты до следующего включения. Надо учитывать так же, что чем больше ток потребления, тем быстрее снижается напряжение аккумулятора на клеммах аккумулятора, так как повышается сопротивление. Так же не допускается снижение напряжения на одном аккумуляторе ниже 1,75В, при двадцати часовом режиме разряда. При стартерном режиме ниже 1,5В при температуре 25 гр.С и ниже 1В при температуре 18 гр.С.
Скорость диффузии при снижении температуры снижается в связи с увеличением вязкости электролита, поэтому при пуске двигателя снижение напряжения при включении потребителей происходит значительно быстрее, чем при высоких температурах.

Какое напряжение должно быть на аккумуляторе при работающем двигателе

Напряжение – это одна из самых показательных величин, позволяющих судить о работоспособности аккумулятора. Во избежание преждевременного выхода аккумулятора из строя, нужно периодически проводить диагностику батареи.

Для этого нужно знать, сколько вольт заряженный аккумулятор должен показывать напряжение, как правильно производить замер, какие приборы для этого нужно использовать.

Содержание статьи:

О чем говорит величина напряжения

Почти все владельцы автомобилей знают, как измерять уровень заряда аккумулятора, как выставлять напряжение при зарядке аккумулятора, однако каким должно быть напряжение на заряженном аккумуляторе, знают далеко не все. Выходное напряжение в АКБ указывается значением в 12 В (вольт), однако на деле эта цифра может незначительно меняться в большую или меньшую сторону в зависимости от состояния батареи и уровня заряда.

Измерение напряжения

Измерение напряжения при работающем двигателе позволяет судить не только о степени изношенности самой батареи, но также об исправности стартера, генератора и реле-регулятора. Поломки можно выявить следующим образом:

• Если при подключении измерительного прибора к клеммам при запуске двигателя показатели напряжения падают ниже 9,5 В или наоборот достигают слишком больших величин, то это говорит о неисправности стартера.
• Если после запуска двигателя напряжение растет больше 14,5 В, то это говорит о необходимости отрегулировать механическое реле (либо о замене электронного реле).
• Если после создания нагрузки (включения дальнего света) прибор выдает менее 13 В, то следует проверить натяжение ремня генератора и контакты реле-регулятора.

Обратите внимание! Все вышеперечисленные манипуляции нужно производить не меньше чем через час после полной зарядки аккумулятора.

Из вышесказанного можно понять, что полезно время от времени проверять напряжение аккумулятора – это может рассказать не только об уровне заряда, но и о состоянии технических составляющих автомобиля.

Какое должно быть напряжение на заряженной батарее

При оптимальном напряжении заряженного аккумулятора прибор должен выдавать примерно 12,65 В, при этом допускается небольшое отклонение в 0,05 В. Если устройство показывает меньшее значение, то это говорит о частичной разрядке батареи или об ее неисправностях. Как правило, успешный пуск и работа двигателя обеспечены при значении в 12 В (30% заряда). Эксплуатация транспортного средства при высокой разрядке может привести к ухудшению свойств батареи.

Измерение напряжения

Автовладельцу достаточно хорошо запомнить следующие значения напряжения, которые могут в дальнейшем пригодиться:

• От 12,4 В до 12,7 В – уровень заряда от 75% до 100% соответственно.
• От 12 В до 12,4 В – батарея разряжена наполовину – ездить можно, но аккумулятор может быстро разрядиться.
• Меньше 12 В – критический уровень заряда, батарея нуждается в подзарядке.

Зная и успешно используя эту информацию, можно самостоятельно осуществлять контроль состояния АКБ и вовремя ее подзаряжать, тем самым продлив срок службы.

Инструменты для измерения

Мультиметр

Для выполнения замера напряжения автомобильного аккумулятора понадобится обыкновенный вольтметр, но лучше всего использовать мультиметр – многофункциональный прибор, измеряющий постоянное и переменное напряжение, сопротивление и изменение силы постоянного тока.

Мультиметр позволяет проверить не только напряжение, но и утечку тока. Такой прибор может не раз пригодиться при работе с электрическими приборами, к тому же стоит он недорого и продается в любых магазинах электроники.

Клеммы аккумулятора перед снятием замеров нужно будет очистить от скопившейся пыли и грязи, а саму батарею извлечь из автомобиля. Все дальнейшие манипуляции будут производиться либо дома, либо в гараже – там, где удобнее.

На мультиметре необходимо включить соответствующий режим, установив значение 20 В. Далее нужно подсоединить черный щуп на минусовую клемму, а красный – на положительную. После этого на экране мультиметра высветится значение напряжения. Ничего критичного не случится, если перепутать провода – на дисплее просто не высветится никакой информации.

Важно! Измерение таким способом не даст сведений о работоспособности аккумулятора – для этого дополнительно необходимо применять нагрузку.

Проверка фактической работоспособности АКБ

После успешного завершения первого этапа измерения, можно перейти к непосредственной проверке нагруженного показателя напряжения батареи. Так как замер фактического показателя напряжения проходил в состоянии покоя батареи, то он может значительно отличаться от значения в процессе работы.

Для этого понадобится специальный прибор – нагрузочная вилка. Правила применения нагрузки следующие:

• нагрузочная вилка фиксируется на плюсовой клемме батареи, а минусовая клемма зажимается плоскогубцами;
• сила тока выставляется по следующему алгоритму – емкость аккумулятора, умноженная на 2;
• показатели можно снимать уже через 5 секунд после применения нагрузки.

Если после снятия показаний на дисплее высвечивается 9-10 В и напряжение постепенно продолжает расти до нормального значения в 12,5-12,6 В – это говорит об отличном состоянии батареи и полном уровне заряда. Однако если напряжение продолжает падать до критического значения в 5-6 В, то это говорит либо о сильно разряженном состоянии аккумулятора, либо о низком уровне его емкости.

Регулярная проверка зарядки автомобильного аккумулятора позволит избежать проблем с запуском двигателя и эксплуатацией автомобиля. Необходимо также убедиться в исправности измерительного прибора – некорректная работа тестера может стать причиной замены работоспособной АКБ. Помните, что напряжение должно быть на аккумуляторе автомобиля около 12,5 В – только тогда можно спокойно ездить за рулем, не беспокоясь о неприятностях с батареей.

Заряд аккумулятора

Алгоритм заряда

Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

На текущий момент на рынке аккумуляторов наиболее распространены следующие типы:

— SLA (Sealed Lead Acid) Герметичные свинцово-кислотные или VRLA (Valve Regulated Lead Acid) клапанно-регулируемые свинцово кислотные. Изготовлены по стандартной технологии. Благодаря конструкции и применяемых материалов, не требуют проверки уровня электролита и доливки воды. Имеют невысокую устойчивость к циклированию, ограниченные возможности работы при низком разряде, стандартный пусковой ток и быстрый разряд.

— EFB (Enhanced Flooded Battery) Технология разработана фирмой Bosch. Это промежуточная технология между стандартной и технологий AGM. От стандартной такие аккумуляторы отличаются более высокой устойчивостью к циклированию, улучшен прием заряда. Имеют более высокий пусковой ток. Как и у SLA\VRLA, есть ограничения работы при низкой заряженности.

— AGM (Absorbed Glass Mat) На текущий момент лучшая технология (по соотношению цена\характеристики). Устойчивость к циклированию выше в 3-4 раза, быстрый заряд. Благодаря низкому внутреннему сопротивлению обладает высоким пусковым током при низкой степени заряженности. Расход воды приближен к нулю, устойчива к расслоению электролита благодаря абсорбции в AGM-сепараторе.

— GEL (Gel Electrolite) Технология, при которой электролит находиться в виде геля. По сравнению с AGM обладают лучшей устойчивостью к циклированию, большая устойчивость к расслоению электролита. К недостаткам можно отнести высокую стоимость, и высокие требования к режиму заряда.

Существуют еще несколько технологий изготовления аккумуляторов, как связанных с изменением формы пластин, так и специфическими условиями эксплуатации. Не смотря на различие технологий, физико-химические процессы протекающие при заряде — разряде аккумулятора одинаковые. По-этому алгоритмы заряда различных типов аккумуляторов практически идентичны. Различия,в основном, связаны со значением максимального тока заряда и напряжения окончания заряда.

Например, при заряде 12-ти вольтового аккумулятора по технологии:

— SLA\VRLA максимальный ток 0.1С, напряжение 14,2 … 14,5В

— AGM максимальный ток 0.2С, напряжение 14,6 … 14,8В

— GEL максимальный ток 0.2С, напряжение 14,1 … 14,4В

Значения приведены усредненные по рекомендациям различных производителей аккумуляторов. Конкретные значения необходимо уточнить у производителя.

Определение степени заряженности аккумулятора

Есть два основных способа определения степени заряженности аккумулятора, измерение плотности электролита и измерение напряжения разомкнутой цепи (НРЦ).

НРЦ — это напряжение на аккумуляторе без подключенной нагрузки. Для герметичных (не обслуживаемых) аккумуляторов степень заряженности можно определить только измерив НРЦ. Измерять НРЦ необходимо не раньше, чем через 8 часов после остановки двигателя (отключения от зарядного устройства), с помощью вольтметра класса точности не ниже 1.0. При температуре аккумулятора 20-25оС (по рекомендации фирмы Bosch). Значения НРЦ приведены в таблице.

(у некоторых производителей значения могут отличаться от приведенных) Если степень заряженности аккумулятора меньше 80%, то рекомендуеться провести заряд.

Алгоритмы заряда аккумуляторов

Существуют несколько наиболее распространенных алгоритмов заряда аккумулятора. На текущий момент большинство производителей аккумуляторов рекомендуют алгоритм заряда CC\CV (Constant Current \ Constant Voltage – постоянный ток \ постоянное напряжение).

Такой алгоритм обеспечивает достаточно быстрый и «бережный» режим заряда аккумулятора. Для исключения долговременного пребывания аккумулятора в конце процесса заряда, большинство зарядных устройств переходит в режим поддержания (компенсации тока саморазряда) напряжения на аккумуляторе. Такой алгоритм называется трехступенчатым. График такого алгоритма заряда представлен на рисунке.

Указанные значения напряжения (14.5В и 13.2В) справедливы при заряде аккумуляторов типа SLA\VRLA,AGM. При заряде аккумуляторов типа GEL значения напряжений должны быть установлены соответственно 14.1В и 13.2В.

Дополнительные алгоритмы при заряде аккумуляторов

Предзаряд У сильно разряженного аккумулятора (НРЦ меньше 10В) увеличивается внутреннее сопротивление, что приводит к ухудшению его способности принимать заряд. Алгоритм предзаряда предназначен для «раскачки» таких аккумуляторов.

Асимметричный заряд Для уменьшения сульфатации пластин аккумулятора можно проводить заряд асимметричным током. При таком алгоритме заряд чередуется с разрядом, что приводит к частичному растворению сульфатов и восстановлению емкости аккумулятора.

Выравнивающий заряд В процессе эксплуатации аккумуляторов происходит изменение внутреннего сопротивления отдельных «банок», что в процессе заряда приводит неравномерности заряда. Для уменьшения разброса внутреннего сопротивления рекомендуется проводить выравнивающий заряд. При этом аккумулятор заряжают током 0.05…0.1C при напряжении 15.6…16.4В. Заряд проводиться в течении 2…6 часов при постоянном контроле температуры аккумулятора. Нельзя проводить выравнивающий заряд герметичных аккумуляторов, особенно по технологии GEL. Некоторые производители допускают такой заряд для VRLA\AGM аккумуляторов.

Определение емкости аккумулятора

В процессе эксплуатации аккумулятора его емкость уменьшается. Если емкость составляет 80% от номинальной, то такой аккумулятор рекомендуется заменить. Для определения емкости аккумулятор полностью заряжают. Дают отстояться в течении 1….5 часов и затем разряжают током 1\20С до напряжения 10.8В (для 12-ти вольтового аккумулятора). Количество отданных аккумулятором ампер-часов является его фактической емкостью. Некоторые производители используют для определения емкости другие значения тока разряда, и напряжения до которого разряжается аккумулятор.

Контрольно-тренировочный цикл

Для уменьшения сульфатации пластин аккумулятора одна из методик это проведение контрольно тренировочных циклов (КТЦ). КТЦ состоят из нескольких последовательных циклов заряда с последующим разрядом током 0.01…0.05С. При проведении таких циклов, сульфат растворяется, емкость аккумулятора может быть частично восстановлена.

Напряжение и его изменение во время работы аккумулятора

Категория:

   Электротележки

Публикация:

   Напряжение и его изменение во время работы аккумулятора

Читать далее:

При включении на внешнюю нагрузку напряжение аккумуляторного элемента понизится на величину падения напряжения внутри аккумулятора. Однако внутреннее сопротивление аккумулятора любого типа очень невелико и первоначально напряжение в нем понизится незначительно, поэтому напряжение на зажимах аккумулятора при разряде небольшим током будет мало отличаться от ЭДС.

По мере дальнейшего разряда аккумулятора серная кислота электролита химически соединяется с активной массой пластин и одновременно образуется вода, в результате чего в порах активной массы и около пластин электролит будет иметь меньшую плотность, чем в остальной части аккумулятора. Но поскольку ЭДС аккумулятора и напряжение зависят от плотности электролита, находящегося в порах и около пластин, они понижаются. В начале разряда диффузия (движение частиц среды, приводящее к переносу вещества) свежего раствора серной кислоты происходит достаточно энергично, покрывая расход электролита, и плотность раствора внутри пластин некоторое время поддерживается почти на одинаковом уровне, благодаря чему ЭДС и напряжение достаточно устойчивы. По мере разряда напряжение начинает медленно и равномерно падать.

Снижение напряжения объясняется следующим. При разряде серная кислота вступает в реакцию с активной массой пластин с образованием воды, плотность электролита в аккумуляторе уменьшается и, следовательно, эдс падает. Активная масса обеих пластин переходит в сульфат свинца, имеющий меньшую плотность, а поэтому занимающий больший объем, чем перекись свинца и губчатый свинец. Сульфат по мере образования все больше сужает поры активной массы. Просачивание кислоты внутрь активной массы постепенно замедляется, и электролит в порах уже не успевает пополняться.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Внутри пластин оказывается электролит, содержащий очень мало кислоты, и поэтому, несмотря на то что активная масса имеет еще достаточное количество перекиси свинца, происходит резкое снижение ЭДС и напряжения. Это и есть конец разряда, но до такого состояния аккумулятор разряжать нельзя, поскольку глубокий разряд вредно влияет на пластины. Достаточно трех-четырех подобных разрядов, чтобы вывести из строя положительные пластины. Кроме того, нет никакого смысла работать при недостаточном напряжении, так как электротележка будет передвигаться медленно.

При заряде происходит тот же процесс, что и при разряде, но в обратном порядке. Внутри пор и около пластин аккумулятора выделяется образовавшаяся серная кислота, и плотность электролита становится выше, чем в остальной части аккумулятора. Повышение плотности вызовет увеличение ЭДС напряжения.

Большая часть сульфата перейдет в перекись свинца и губчатый свинец, при этом зарядный ток начнет разлагать воду на кислород и водород и электролит будет как бы кипеть. Когда плотность электролита станет постоянной и напряжение, достигнув 2,5—2,8 В на элемент (в зависимости от зарядного тока, срока службы и состояния аккумулятора), перестанет повышаться, заряд считается законченным.

Напряжение полностью заряженного и отключенного аккумулятора не остается постоянным, а в течение некоторого времени снижается до величины ЭДС, соответствующей данной плотности электролита (2,1—2,15 В). Это явление подтверждает еще раз, что судить о степени заряженности аккумулятора по его напряжению можно только тогда, когда аккумулятор включен на внешнюю нагрузку. С повышением температуры аккумулятора возрастает его электрическое сопротивление, следовательно, увеличивается и падение напряжения. На морозе подвижность электролита уменьшается, он становится более вязким, и диффузия затрудняется.

Рекламные предложения:

Категория: — Электротележки

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Что такое напряжение в батарее?

Существует много разных типов аккумуляторов, и большинство из них имеют разное напряжение, от 1,5-вольтовых батареек AA до обычных 12-вольтных автомобильных аккумуляторов. Однако многие люди не знают, что именно означает термин «напряжение».

Физика и терминология

Термин «напряжение» в батарее относится к разнице электрического потенциала между положительной и отрицательной клеммами батареи. Чем больше разница потенциалов, тем больше напряжение.

Электрический потенциал означает разницу в заряде между двумя точками — в данном случае двумя выводами батареи. Один заряжен положительно, а другой — отрицательно. Отрицательный заряд просто означает, что на клемме имеется избыток отрицательно заряженных частиц или электронов, а на положительно заряженной клемме этих электронов не хватает. Физическое разделение двух выводов предотвращает перемещение электронов от отрицательно заряженного вывода к положительно заряженному.Когда два вывода соединены, например, через цепь, электроны могут свободно перемещаться по траектории цепи, переходя от отрицательного электрода к положительному. Это движение электронов называется электрическим током, который измеряется в амперах или амперах.

История

Единица электрического потенциала, вольт, названа в честь Алессандро Вольта, физика, которому приписывают изобретение первой электрохимической ячейки в 1800 году. Его ячейка состояла из цинкового и медного электродов, погруженных в электролитический раствор. соль и вода.Он также популяризировал электрофор — машину, способную производить большие количества статического заряда. Однако он не изобрел это, хотя ему часто приписывают это. Наполеон Бонапарт произвел подсчет Вольта в 1810 году, и одна из единиц электричества в системе СИ, вольт, была названа в его честь в 1881 году.

Заблуждения

Потому что это разница в электрическом потенциале, а не величина электрического тока. высокое напряжение не обязательно опасно, в то время как большой ток может быть опасен.При обсуждении электричества часто используется аналогия с водяным шлангом. В этой аналогии напряжение сравнивается с разницей давления воды — большая разница давлений приводит к более быстрому потоку электронов. Ток, измеряемый в амперах, описывает, насколько быстро данный объем электронов проходит через определенную точку в цепи. Большинство батарей, доступных на рынке, могут иметь высокое напряжение, но доступная сила тока зависит от схемы, в которой используется батарея, а не от самой батареи.

Использует

По мере развития аккумуляторных технологий устройства, работающие от аккумулятора, стали меньше и мощнее.Например, широкое использование литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов позволило сотовым телефонам стать в геометрической прогрессии меньше, чем их предшественники, в основном из-за их низкого отношения мощности к весу. В этих батареях ион лития перемещается в одну сторону между анодом и катодом во время разряда, а в другую — во время зарядки.

Toyota Prius, популярный гибридный автомобиль, дебютировал на рынке с использованием никель-металлгидридных (Ni-MH) аккумуляторов. Его следующее поколение аккумуляторов, которое будет доступно в конце 2009 года, также будет литий-ионным из-за их преимуществ перед никель-металлгидридным аккумулятором.

Заключение

Батареи имеют диапазон напряжения от нескольких сотых до многих сотен вольт, в зависимости от размера батареи и материалов, из которых она изготовлена. Они являются отличным способом питания различных устройств, независимо от требований к напряжению этих устройств.

Напряжение аккумулятора | PVEducation

Напряжение батареи — это основная характеристика батареи, которая определяется химическими реакциями в батарее, концентрацией компонентов батареи и поляризацией батареи.Напряжение, рассчитанное из условий равновесия, обычно называют номинальным напряжением батареи. На практике номинальное напряжение аккумулятора не может быть легко измерено, но для практических аккумуляторных систем (в которых перенапряжения и неидеальные эффекты низкие) напряжение холостого хода является хорошим приближением к номинальному напряжению аккумулятора.

Поскольку электрический потенциал (напряжение) от большинства химических реакций составляет порядка 2 В, в то время как напряжение, требуемое нагрузкой, обычно больше, в большинстве батарей многочисленные отдельные аккумуляторные элементы соединены последовательно.Например, в свинцово-кислотных аккумуляторах каждая ячейка имеет напряжение около 2 В. Шесть элементов соединены в типичную свинцово-кислотную батарею на 12 В.

Изменение напряжения при разрядке

Из-за эффектов поляризации напряжение аккумулятора при протекании тока может существенно отличаться от равновесного напряжения или напряжения холостого хода. Ключевой характеристикой аккумуляторной технологии является изменение напряжения аккумулятора в условиях разряда как из-за эффектов равновесной концентрации, так и из-за поляризации.Кривые разряда и зарядки аккумулятора показаны ниже для нескольких различных систем аккумуляторов. Кривые разряда и заряда не обязательно симметричны из-за наличия дополнительных реакций, которые могут иметь место при более высоких напряжениях, встречающихся при зарядке.

Рисунок: Изменение напряжения в зависимости от степени заряда для нескольких различных типов батарей.

Напряжение отключения

Во многих типах аккумуляторов, включая свинцово-кислотные, аккумулятор не может быть разряжен ниже определенного уровня, или аккумулятор может быть необратимо поврежден.Это напряжение называется «напряжением отключения» и зависит от типа батареи, ее температуры и скорости разряда батареи.

Измерение уровня заряда по напряжению

Хотя снижение напряжения аккумулятора при разряде является отрицательным аспектом аккумуляторов, который снижает их эффективность, одним практическим аспектом такого снижения, если оно является приблизительно линейным, является то, что при данной температуре аккумулятор может использоваться для приблизительного определения состояния. заряда батареи.В системах, где напряжение батареи не является линейным в некотором диапазоне состояния заряда батареи или в которых есть быстрые изменения напряжения с BSOC, будет труднее определить BSOC и, следовательно, будет труднее заряжать. Однако система аккумуляторов, которая поддерживает более постоянное напряжение со скоростью разряда, будет иметь высокий КПД по напряжению и ее будет легче использовать для управления нагрузками, чувствительными к напряжению.

Влияние температуры на напряжение

Напряжение батареи будет увеличиваться с увеличением температуры системы и может быть рассчитано по уравнению Нернста для равновесного напряжения батареи.

Состояние заряда аккумулятора в зависимости от напряжения аккумулятора

Часто задаваемый вопрос, который я получаю, касается определения состояния заряда аккумулятора на основе напряжения аккумулятора. Если у вас работает нагрузка, напряжение аккумулятора упадет, а при наличии источника зарядки напряжение возрастет. Чтобы устранить эти внешние факторы, отключите все нагрузки и отсоедините солнечную батарею, чтобы напряжение батареи стабилизировалось. Это называется напряжением холостого хода аккумуляторной батареи. После стабилизации следующие данные будут служить хорошим ориентиром для уровня заряда аккумулятора.

Часто задаваемые вопросы о батареях глубокого разряда | Северная Аризона Wind & Sun

Часто задаваемые вопросы о батарее глубокого цикла

Ссылки ниже находятся на этой странице — вы также можете просто прокрутить вниз, если хотите прочитать их все.

Права на всю страницу принадлежат компании Northern Arizona Wind & Sun, 1998-2014 гг. Пожалуйста, не используйте без предварительного разрешения.

Тема батарей может занять много страниц. Все, для чего у нас есть место, — это общий обзор аккумуляторов, обычно используемых в фотоэлектрических энергосистемах. Это почти все разновидности свинцово-кислотных аккумуляторов. Для очень краткого обсуждения преимуществ и недостатков этих и других типов батарей, таких как NiCad, NiFe (никель-железные) и т. Д.перейдите на нашу страницу «Батареи для приложений глубокого цикла». Их иногда называют батареями «глубокого разряда» или «глубоких ячеек». Правильный термин — глубокий цикл.

Версия для печати этой страницы будет доступна в формате Adobe PDF, когда мы завершим обновление этой страницы для загрузки и печати: на большинстве диаграмм есть небольшие изображения для более быстрой загрузки. Чтобы увидеть картинку в полном размере, просто нажмите на маленькую.

Батарея — это электрическое накопительное устройство.Батареи не производят электричество, они накапливают его, так же как резервуар для воды хранит воду для будущего использования. При изменении химикатов в батарее электрическая энергия накапливается или высвобождается. В аккумуляторных батареях этот процесс можно повторять много раз. Батареи неэффективны на 100% — часть энергии теряется в виде тепла и химических реакций при зарядке и разрядке. Если вы потребляете 1000 Вт от аккумулятора, для его полной зарядки может потребоваться 1050 или 1250 Вт или более.

Внутреннее сопротивление

Частично или большая часть потерь при зарядке и разрядке аккумуляторов происходит из-за внутреннего сопротивления.Он преобразуется в тепло, поэтому батареи нагреваются при зарядке. Чем меньше внутреннее сопротивление, тем лучше. Здесь есть хорошее объяснение и демонстрация внутреннего сопротивления .

Более медленная зарядка и разрядка более эффективны. Аккумулятор, рассчитанный на 180 ампер-часов в течение 6 часов, может быть рассчитан на 220 Ач при 20-часовом тарифе и 260 Ач при 48-часовом тарифе. Большая часть этой потери эффективности происходит из-за более высокого внутреннего сопротивления при более высоких значениях силы тока — внутреннее сопротивление не является постоянным — типа «чем больше вы нажимаете, тем сильнее оно отталкивается».

Типичный КПД свинцово-кислотных аккумуляторов составляет 85-95%, щелочных и никель-кадмиевых аккумуляторов — около 65%. Истинные AGM с глубоким циклом (такие как Concorde) могут приближаться к 98% при оптимальных условиях, но такие условия редко встречаются, поэтому вы должны рассчитывать, как общее правило, около 10% -20% общих потерь мощности при определении размеров батарей и батарейных блоков.

Практически все батареи, используемые в фотоэлектрических батареях, и все, кроме самых маленьких резервных систем, являются свинцово-кислотными батареями. Даже после более чем столетнего использования они по-прежнему предлагают лучшее соотношение цены и мощности.В некоторых системах используется NiCad, но мы не рекомендуем их, за исключением случаев, когда обычно очень низкие температуры (-50 F или ниже). Их дорого покупать и очень дорого утилизировать из-за опасной природы кадмия.

У нас почти не было прямого опыта работы с NiFe (щелочными) батареями, но, исходя из того, что мы узнали от других, мы не рекомендуем их. Одним из основных недостатков является большая разница напряжений между полностью заряженным и разряженным состояниями.Другая проблема в том, что они очень неэффективны — вы теряете от 30 до 40% тепла, просто заряжая и разряжая их. Многие инверторы и регуляторы заряда испытывают трудности с ними. Похоже, что единственным источником новых ячеек в настоящее время является Венгрия. В прошлом они часто использовались железными дорогами в качестве резервного источника питания, но теперь почти все они перешли на более новые типы.

Важным фактом является то, что ВСЕ батареи, обычно используемые в приложениях глубокого цикла, являются свинцово-кислотными.Сюда входят стандартные залитые батареи, гелевые и герметичные AGM. Все они используют один и тот же химический состав, хотя фактическая конструкция тарелок и т. Д. Различается.

NiCads, никель-железо и другие типы встречаются в нескольких системах, но не являются обычными из-за их стоимости, опасности для окружающей среды и / или низкой эффективности.

делятся на два типа: по применению (для чего они используются) и конструкции (по способу изготовления).Основные области применения — автомобильная промышленность, судостроение и глубокий цикл. Глубокий цикл включает в себя солнечные электрические (PV), резервные источники энергии, тяговые батареи, а также батареи для домов на колесах и лодках. Основными типами конструкций являются затопленные (мокрые), гелеобразные и герметичные AGM (абсорбированный стеклянный мат). Аккумуляторы AGM также иногда называют «нехваткой электролита» или «сухими», потому что стекловолоконный мат только на 95% насыщен серной кислотой и в нем нет лишней жидкости.

Flooded может быть стандартным, со съемными крышками или так называемым «необслуживаемым» (это означает, что они сконструированы так, чтобы умереть через неделю после истечения гарантии).Все AGM и гелеобразные герметичны и «регулируются клапаном», что означает, что крошечный клапан поддерживает небольшое положительное давление. Почти все герметичные батареи имеют «регулируемый клапан» (обычно называемый «VRLA» — свинцово-кислотный аккумулятор с клапанным регулированием). Большинство регулируемых клапанов находятся под определенным давлением — от 1 до 4 фунтов на квадратный дюйм на уровне моря.

Срок службы батареи глубокого разряда значительно зависит от того, как она используется, как обслуживается и заряжается, от температуры и других факторов.Это может варьироваться до крайности — мы видели, как L-16 были убиты менее чем за год из-за серьезной перезарядки и потери воды, и у нас есть большой набор избыточных телефонных батарей, которые редко (10-15 раз в год) подвергаются тяжелой эксплуатации, которая был заменен только через 35+ лет. Мы видели, как гелеобразные клетки разрушались за один день при перезарядке с помощью большого автомобильного зарядного устройства. Мы видели, как батареи гольф-каров разрушались, но не использовались менее чем за год, потому что они оставались без зарядки в горячем гараже или на складе.Даже так называемые «сухие заряды» (когда вы добавляете кислоту, когда они вам нужны) имеют срок хранения не более 18 месяцев. (Они не полностью сухие — они фактически заполнены кислотой, пластины сформированы и заряжены, а затем кислота выливается).

Это некоторые типичные (минимальные-максимальные) ожидания для аккумуляторов , если используются в глубоком цикле обслуживания . Существует так много переменных, как глубина разряда, техническое обслуживание, температура, частота и глубина цикла и т. Д., Что практически невозможно указать фиксированное число.

• Начало: 3-12 месяцев
• Морской: 1-6 лет
• Гольф-мобиль: 2-7 лет
• AGM глубокий цикл: 4-8 лет
• Гелевый глубокий цикл: 2-5 лет
• Глубокий цикл (тип L-16 и т. Д.): 4-8 лет
• Rolls-Surrette premium глубокого цикла: 7-15 лет
• Промышленный глубокий цикл (серия Crown and Rolls 4KS): 10-20 + лет.
• Телефон (плавающий): 2-20 лет. Обычно это специальные «плавающие» услуги, но на избыточном рынке они часто появляются как «глубокий цикл».Они могут значительно различаться в зависимости от возраста, использования, ухода и типа.
• NiFe (щелочной): 5-35 лет
• NiCad: 1-20 лет

Пусковые батареи (иногда называемые SLI, для запуска, освещения, зажигания) обычно используются для запуска и работы двигателей. Стартерам двигателя требуется очень большой пусковой ток в течение очень короткого времени. Пусковые батареи имеют большое количество тонких пластин для максимальной площади поверхности.Пластины состоят из свинцовой «губки», внешне похожей на очень мелкую поролоновую губку. Это дает очень большую площадь поверхности, но при глубоком циклировании эта губка быстро израсходуется и упадет на дно клеток. Автомобильные аккумуляторы обычно выходят из строя после 30-150 глубоких циклов при глубоком цикле, в то время как они могут длиться тысячи циклов при нормальном запуске (2-5% разряда).

Аккумуляторы глубокого разряда предназначены для разряда до 80% раз за разом и имеют гораздо более толстые пластины.Основное различие между настоящей батареей глубокого разряда и другими заключается в том, что пластины представляют собой твердые свинцовые пластины, а не губку. Это дает меньшую площадь поверхности и, следовательно, меньшую потребность в «мгновенной» энергии, такой как пусковые батареи. Хотя они могут быть сокращены до 20% заряда, лучший метод расчета срока службы по сравнению с затратами — это поддерживать средний цикл при разряде около 50%. К сожалению, часто невозможно сказать, что вы действительно покупаете в некоторых дисконтных магазинах или местах, специализирующихся на автомобильных батареях.Аккумулятор для тележки для гольфа довольно популярен для небольших систем и домов на колесах. Проблема в том, что «тележка для гольфа» относится к корпусу батареи размера (обычно называемому GC-2 или T-105), а не к типу конструкции — поэтому качество и конструкция батареи тележки для гольфа могут значительно различаться — начиная от дешевых нестандартных с тонкими пластинами до настоящих брендов глубокого цикла, таких как Crown, Deka, Trojan и т. д. В общем, вы получаете то, за что платите.

Морские батареи обычно являются «гибридными» и находятся между стартовыми батареями и батареями глубокого цикла, хотя некоторые из них (например, Rolls-Surrette и Concorde) действительно имеют глубокий разряд.В гибриде пластины могут состоять из свинцовой губки, но она грубее и тяжелее, чем та, что используется в пусковых батареях. Часто трудно сказать, что вы получаете от «морской» батареи, но большинство из них — гибридные. Пусковые батареи обычно имеют номинальный ток «CCA», или ток холодного пуска, или «MCA», ток пуска для морских судов — то же, что и «CA». Любая батарея с емкостью, указанной в CA или MCA, может быть или не быть настоящей батареей глубокого разряда. Иногда это трудно сказать, поскольку термин «глубокий цикл» часто используется слишком часто — мы даже видели термин «глубокий цикл» в рекламе автомобильных стартовых аккумуляторов.Рейтинги CA и MCA составляют 32 градуса по Фаренгейту, а CCA — ноль градусов по Фаренгейту. К сожалению, единственный положительный способ узнать о некоторых батареях — это купить одну и вскрыть ее — не лучший вариант.

Батарея глубокого разряда в качестве пусковой батареи

Как правило, с этим проблем не возникает, если учитывать более низкий ток запуска по сравнению с пусковой батареей аналогичного размера. Как правило, если вы собираетесь использовать настоящую батарею глубокого разряда (такую ​​как Concorde SunXtender) также в качестве стартовой батареи, ее размер должен быть увеличен на примерно на 20% по сравнению с существующим или рекомендуемым размером группы стартовых батарей, чтобы получить те же усилители прокрутки.Это примерно то же самое, что заменить группу 24 на группу 31. В современных двигателях с впрыском топлива и электронным зажиганием обычно требуется гораздо меньше энергии аккумулятора для их запуска и запуска, поэтому необработанные значения силы тока запуска менее важны, чем раньше. . С другой стороны, многие автомобили, лодки и жилые дома в большей степени загружены «приборами», потребляющими электроэнергию, такими как мегаваттные стереосистемы и т. Д., Которые больше подходят для батарей глубокого разряда. Мы без проблем использовали аккумуляторы Concorde SunXtender AGM в некоторых наших автомобилях.

Использование батареи глубокого разряда в качестве пусковой батареи не повредит, но для батареи того же размера они не могут обеспечить такой же ток запуска, как обычная пусковая батарея, и, как правило, намного дороже.

Вернуться к началу

Герметичные батареи имеют вентиляционные отверстия, которые (обычно) невозможно удалить.Так называемые необслуживаемые батареи также герметичны, но обычно не герметичны. Герметичные батареи не являются полностью герметичными, так как они должны позволять газу выходить во время зарядки. Если перезарядить слишком много раз, некоторые из этих батарей могут потерять достаточно воды, и они умрут раньше срока. В большинстве небольших аккумуляторов глубокого цикла (включая AGM) используются пластины свинец-кальций для увеличения срока службы, в то время как в большинстве промышленных аккумуляторов и аккумуляторов для вилочных погрузчиков используется свинец-сурьма для большей прочности пластины, чтобы выдерживать удары и вибрацию.