Внутреннее сопротивление аккумулятора. Значения для разной емкости.
Автор: Максим Дата: 19.04.2022 Просмотров: 971 Комментарии: 0
Сегодня имеются множество современных приборов для измерения внутреннего сопротивления аккумулятора, есть определенные значения как для новых источников питания, только сошедших с конвейера, так и для уже успевших поработать на автомобиле. В данной статье описано сопротивление в стандартных и наиболее распространенных свинцово-кислотных батареях, используемых на легковых и грузовых автомобилях.
Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора?
Простыми словами, это совокупность сопротивлений от каждой
части аккумулятора. Внутреннее сопротивление аккумулятора в Омах – составляет
сумму сопротивлений деталей источника питания (выводов тока, пластин,
сепараторов, соединений между пластинами и банками), а также токопроводящей
жидкости – электролита.
Корпус выполнен из пластика и поэтому на практике не
влияет на величину «омического сопротивления». Данное сопротивление всегда
присутствует в свинцово-кислотных батареях, ввиду свойств материалов, из
которых они сделаны.
На примере, ЭДС источника питания должен быть условно 13,5 Вольт, внутреннее сопротивление снижает этот показатель условно до 12,7 Вольт. Этот показатель соответствует 100% зарядке аккумулятора у новых современных источников питания.
Диагностика, какое внутреннее сопротивление аккумулятора.
Свинцово-кислотный источник питания устроен таким образом, что чем он старше, тем больше значение сопротивления внутри устройства, со временем оно растет. Сопротивление влияет на основные показатели эффективности аккумулятора – емкость, силу тока, напряжение.
Для новой батареи ёмкостью в 60 Ампер-час значение сопротивления
будет около 4-6 мОм. Внутреннее сопротивления аккумулятора 12 В 60 Ач через
несколько лет будет уже равняться 10-15 мОм, зависит от степени износа.
Граничные значения.
Если у вас имеется специальный прибор, который может замерить внутреннее сопротивление аккумулятора, перед покупкой вы сможете проверить это значение, сравнив с эталонным, и определить работоспособность батареи.
Так, для стандартного аккумулятора 60 Ач, внутреннее сопротивление должно быть у нового 4-7 мОм, у изношенного через 5 лет – 6-13 мОм.
Для более мощных батарей с емкостью 75 Ач норма 3-7 мОм, для отработавшего эти значения равняются 5-13 мОм.
Для аккумуляторов 80 Ач почти аналогично, 3-6 мОм для нового, 4,5-12 мОм для бывшего в употреблении.
Аккумулятора для грузовых авто, емкостью от
Перед тем как купить новый аккумулятор, желательно проверить
значения внутреннего напряжения, чтобы понимать примерное состояние батареи,
насколько она работоспособна.
Наши специалисты производят диагностику аккумуляторов специальными приборами,
заказав комплексную диагностику нового аккумулятора, вы будете уверены в том,
что купили надежную батарею.
Комментарии
что это такое, как его проверить
Контроль внутреннего сопротивления аккумулятора позволяет поддерживать источник электроэнергии в работоспособном состоянии длительное время. Показатель зависит от многих параметров, способов измерения также существует большое количество.
Внутреннее сопротивление аккумулятора — что это?
Легче всего объяснить эту характеристику любой электрической батареи на примере. Когда берется новая АКБ для автомобиля, в полностью заряженном состоянии ее напряжение составляет 13 В. Если ее подключить к потребителю с минимальным сопротивлением 1 Ом, то при измерении окажется, что сила тока не 13 А, а примерно 12,2 А.
Это противоречит закону Ома: I=U/R. Если 13 В разделить на 1 Ом, должно получиться 13 А. Это объясняется тем фактом, что не только нагрузка, но и сам источник питания обладает сопротивлением.
Реакция в нем, в результате которой появляется электроэнергия, проходит с некоторым замедлением.
Падение силы тока при подсоединении любой нагрузки к источнику питания происходит в т. ч. и в результате внутренних процессов в аккумуляторе. Существуют другие факторы, влияющие на его внутреннее сопротивление, что сказывается на действительной силе тока.
Эта величина, которую еще называют проводимостью, импедансом, условная, никогда не бывает постоянной. Она меняется в зависимости от состояния аккумулятора и многих других обстоятельств.
Как проверить внутреннее сопротивление АКБ
Давно существуют приборы, показывающие взаимосвязь емкости и внутренней проводимости. Они оценивают:
Определение внутреннего сопротивления аккумулятора.
- состояние под нагрузкой по напряжению при постоянной величине тока;
- сопротивление при переменном токе;
- приборы для сравнения спектров.
Все способы позволяют получить только информацию о качественном состоянии батареи.
Количественные показатели недоступны, т. е. невозможно по внутреннему сопротивлению судить о том, сколько проработает АКБ под нагрузкой. Однозначная зависимость между проводимостью и емкостью отсутствует.
Измерения рекомендуется проводить регулярно. Они позволяют оценить состояние АКБ, планировать покупку новой. Практикой доказано, что показатель с каждым годом возрастает минимум на 5%. Если увеличение превышает 8%, оценивают условия эксплуатации, нагрузку. Возможно, причина кроется в них.
От чего зависит
Показатель проводимости аккумулятора рассчитывают с учетом ЭДС, тока, нагрузки. Получают условную постоянно меняющуюся величину, зависящую от таких условий:
- физических параметров батареи: размера, формы;
- конструктивного исполнения основных элементов;
- состояния электролита;
- присутствия легирующих добавок;
- состояния контактов.
Особенное влияние на импеданс оказывает электролитическая масса: химический состав, концентрация, температурные условия эксплуатации.
Зависимость внутреннего сопротивления источников питания от состава электролита:
- Кислотно-свинцовые АКБ отличаются минимальными показателями. Они способны отдать ток силой до 2,5 кА, который необходим для запуска ДВС.
- Среди всех аккумуляторов самый низкий импеданс у NiCd. Он сохраняется даже после 1 тыс. разрядно-зарядных циклов.
- У NiMH импеданс вначале выше. Через 350 циклов он еще увеличивается.
- Характеристики Li-ion батареи лучше, чем NiMH, но уступают NiCd. В процессе эксплуатации импеданс у них не увеличивается, но зато в течение 2 лет Li-ion выходят из строя, даже если не эксплуатировались.
Поддерживать низкий импеданс особенно важно для устройств с высоким импульсным током потребления, например мобильных телефонов. Если никелевые аккумуляторы не обслуживать, их проводимость резко возрастает.
Подача переменного тока
Самый простой способ, но требует до 2 часов времени. Понадобятся:
Один из способов подачи переменного тока.
- постоянный резистор определенного номинала;
- ограничительный трансформатор;
- конденсатор;
- цифровой вольтметр.
Последний прибор может быть самым простым. Цифровая индикация необходима для большей точности измерений.
Несмотря на простоту метода, существуют факторы, которые не позволяют с уверенностью оценить внутреннее сопротивление. Значения при измерениях включают активные и реактивные параметры, учитывают частоту. Влияние оказывают химические реакции, протекающие в электролите.
Метод постоянной нагрузки
Способ, более часто используемый по сравнению с предыдущим. Применяется к батареям для автотранспорта. В течение нескольких секунд их разряжают под нагрузкой. Вольтметром фиксируют напряжение до разряда и после него. По закону Ома проводят вычисления.
Для старых АКБ метод неподходящий — он не позволяет определить их состояние. Нагрузка измеряется.
Короткоимпульсный способ
Сравнительно новаторский метод, обладающий следующими преимуществами:
- Батарея остается на своем месте, не отключается, что избавляет от лишней работы.
- При измерении изменение напряжения краткосрочное, что не влияет на работоспособность оборудования.
- Из приборов нужен вольтметр.
- Тестируют регулярно, но на состоянии АКБ это не сказывается.
Параллельно определяется емкость при сравнении новой и эксплуатируемой батарей. Учитываются сила тока, короткие замыкания. Метод позволяет сделать выводы о состоянии АКБ.
Зависимость состояния аккумулятора от внутреннего сопротивления
Провести измерения можно самостоятельно собранными устройствами, но большинство отдают предпочтение промышленным. Они позволяют оценить состояние аккумулятора, его основные характеристики. Рынок предлагает изделия с необходимыми функционалами.
Среди таких приборов:
- Нагрузочные вилки — проверяют напряжение АКБ. Позволяют установить необходимую нагрузку.
- Устройства, помогающие установить связь состояния батареи с импедансом.
- Измерители спектров, позволяющие определить проводимость при переменном и постоянном токе.
Разные измерительные устройства служат для определения внутреннего сопротивления. Тестеры подают сигналы, по которым устанавливают работоспособность АКБ, емкость, время заряда и разряда. Показатели взаимосвязаны, но зависимость в одних случаях больше, в других — меньше.
Измерение внутреннего сопротивления автомобильного АКБ
Особенное влияние оказывает величина импеданса на автомобильные аккумуляторы. Если эксплуатация транспортного средства активная как в городе, так и на трассе, сельских дорогах, импеданс оказывает большое влияние на продолжительность службы батареи. Регулярное тестирование позволяет определить, когда пригодность АКБ для работы приближается к финишу.
Описание параметра
Сопротивление принято обозначать R. В автомобильном аккумуляторе это сумма сопротивлений омического и поляризации.
В свою очередь, омическое R слагается из сопротивлений, которые возникают в электролите, на соединениях банок, на контактах, электродах, сепараторах.
Импеданс проявляется в отношении тока внутри батареи независимо от того, разрядный он или зарядный. Все элементы АКБ имеют свою проводимость, которая различается.
Связанные факторы
Конструкции аккумуляторов, применяемые материалы разные, поэтому показатели неодинаковые. Например, плюсовая решетка имеет R в 10 тыс. раз меньше, чем у нанесенного на нее свинца. На минусовой решетке разница неощутимая.
Технология изготовления электродов также различается, что сказывается на показателях. Сюда относятся: качество материала, контактов, конструкция, присутствие легирующих компонентов.
На R сепараторов влияют толщина и пористость материала. Сопротивление электролита зависит от его температуры, концентрации.
Измерение сопротивления
Точное измерение внутреннего сопротивления невозможно без использования графиков разрядных кривых.
На него влияют заряженность АКБ, нагрузка, температура. Автолюбители пользуются более простым способом, позволяющим судить о состоянии источника питания.
Пользуются лампой из фары, например галогеновой на 60 Вт, и тестером. Светодиодную не следует применять ни в коем случае. Лампочку и мультиметр подключают к батарее последовательно. Записывают показания вольтметра. Отключают нагрузку и смотрят напряжение, которое окажется больше.
Сравнивают показания измерительного прибора. Проводят расчет: если разница не превышает 0,02 В, состояние АКБ хорошее — импеданс не больше 0,01 Ом.
Пользуются вольтметром с цифровой индикацией: на стрелочном трудно зафиксировать точные показатели.
Опыт автолюбителей
Отзывы водителей разные. Небольшая часть предпочитает проверять АКБ в мастерских.
Другие, которые поняли процесс и значение этого параметра для жизнедеятельности аккумулятора, уделяют несколько минут для регулярной проверки.
При этом автолюбители советуют обратить внимание на такие моменты:
- Не следует слепо руководствоваться абсолютными показателями, взятыми из специальной литературы, интернета. Более полезно сравнивать старые показатели с новыми.
- Существуют нормы для каждой АКБ. Их берут из инструкции или оригинальной упаковки.
- Регулярное измерение импеданса позволяет отслеживать изменения в батарее. В одних случаях достаточно найти и устранить причину, в других — это сигнал о необходимости замены АКБ в ближайшем будущем.
Параметр важный. Если измерять его регулярно, это позволит избежать многих проблем. Так считают большинство автолюбителей независимо от того, проводят они измерения сами или обращаются к мастерам.
Как внутреннее сопротивление влияет на производительность?
С переходом от аналогового к цифровому аккумулятору предъявляются новые требования.
В отличие от аналоговых портативных устройств, потребляющих постоянный ток, цифровое оборудование заряжает батарею короткими сильными скачками тока.
Одним из неотложных требований к аккумулятору для цифровых приложений является низкое внутреннее сопротивление. Внутреннее сопротивление, измеряемое в миллиомах, является привратником, который в значительной степени определяет время работы. Чем ниже сопротивление, тем меньше ограничений испытывает батарея при обеспечении необходимых скачков мощности. Высокое показание мВт может вызвать раннюю индикацию «разряженной батареи» на, казалось бы, хорошей батарее, потому что доступная энергия не может быть доставлена требуемым образом и остается в батарее
На рис. 1 показаны характеристики напряжения и соответствующее время работы батареи с низким, средним и высоким внутренним сопротивлением при подключении к цифровой нагрузке. Подобно мягкому мячику, легко деформирующемуся при сдавливании, напряжение аккумулятора с высоким внутренним сопротивлением модулирует напряжение питания и оставляет провалы, отражая импульсы нагрузки.
Эти импульсы подталкивают напряжение к концу линии разряда, что приводит к преждевременному отключению. Как видно из графика, внутреннее сопротивление определяет большую часть времени работы.
В рамках текущих исследований по измерению времени работы аккумуляторов с различными уровнями внутреннего сопротивления Cadex Electronics проверила несколько аккумуляторов сотовых телефонов, которые некоторое время находились в эксплуатации. Все батареи были одинаковыми по размеру и давали хорошие показания емкости при проверке с помощью анализатора батарей при постоянной разрядной нагрузке. Никель-кадмиевая батарея показала емкость 113 %, никель-металлогидридная — 107 %, а литий-ионная — 9 %.
4%. Внутреннее сопротивление варьировалось в широких пределах и составляло 155 мОм для никель-кадмиевых, высокое 778 мОм для никель-металлогидридных и умеренные 320 мОм для литий-ионных. Эти показания внутреннего сопротивления типичны для стареющих батарей с таким химическим составом.
Теперь давайте проверим, как тестовые аккумуляторы ведут себя на сотовом телефоне. Максимальный импульсный ток сотовых телефонов GSM (глобальная система мобильной связи) составляет 2,5 ампера. Это представляет собой большой ток от относительно небольшой батареи емкостью около 800 миллиампер (мАч). Импульс тока в 2,4 ампера от аккумулятора емкостью 800 мАч, например, соответствует C-скорости 3C. Это в три раза больше текущего номинала батареи. Такие импульсы высокого тока могут быть доставлены только в том случае, если внутреннее сопротивление батареи низкое.
На рисунках 2, 3 и 4 показано время разговора трех батарей при смоделированном токе GSM 1C, 2C и 3C. Видна прямая зависимость между внутренним сопротивлением батареи и временем разговора.
никель-кадмиевые показали себя лучше всего в данных обстоятельствах и обеспечили время разговора 120 минут при разряде 3C (оранжевая линия). никель-металл-гидрид работал только при 1C (синяя линия) и не работал при 3C. литий-ионный позволял умеренное время разговора 50 минут при 3C.
Внутреннее сопротивление зависит от уровня заряда батареи.
Наибольшие изменения заметны на батареях на основе никеля. На рисунке 5 мы наблюдаем внутреннее сопротивление никель-металлогидридного аккумулятора в пустом состоянии, во время зарядки, при полной зарядке и после 4-часового периода покоя.
Уровни сопротивления самые высокие при низком уровне заряда и сразу после зарядки. Вопреки распространенному мнению, наилучшая производительность батареи достигается не сразу после полной зарядки, а после периода отдыха в несколько часов. Во время разряда внутреннее сопротивление батареи уменьшается, достигает наименьшего значения при половинном заряде и снова начинает расти (пунктирная линия).
Внутреннее сопротивление литий-ионного аккумулятора практически одинаково от пустого до полного заряда.
Батарея асимптотически уменьшается с 270 мВт при 0% до 250 мВт при 70% заряда. Наибольшие изменения происходят между 0% и 30% SoC.
Сопротивление свинцово-кислотных батарей увеличивается при разряде. Это изменение вызвано уменьшением удельного веса, истощением электролита по мере того, как он становится более водянистым. Увеличение сопротивления почти линейно с уменьшением удельного веса. Остальные несколько часов частично восстановят батарею, так как сульфат-ионы могут восполниться сами. Изменение сопротивления между полным зарядом и разрядом составляет около 40%. Низкая температура увеличивает внутреннее сопротивление всех аккумуляторов и добавляет примерно 50% в диапазоне от +30°C до -18°C для свинцово-кислотных аккумуляторов. На рис. 6 показано увеличение внутреннего сопротивления гелевой свинцово-кислотной батареи, используемой для инвалидных колясок.
Рис. 6: Типичные значения внутреннего сопротивления свинцово-кислотного аккумулятора для инвалидных колясок.
Аккумулятор разрядился от полного заряда до 10,50В. Показания снимались при напряжении холостого хода (OCV). Источник: Аккумуляторные лаборатории Cadex.
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.
Почему важно измерять внутреннее сопротивление батареи?
Существуют две основные цели измерения внутреннего сопротивления батареи.
Что такое внутреннее сопротивление батареи ?
Внутреннее сопротивление является одним из параметров, указывающих на способность батареи проводить ток.
Когда значение внутреннего сопротивления низкое, батарея способна проводить значительный ток. С другой стороны, батарея с высоким внутренним сопротивлением может нести только небольшое количество тока.
На рис. 1 показан пример внутренней конфигурации аккумулятора.
Напряжение батареи определяется внутренним сопротивлением и выходным током. Например, предположим, что электродвижущая сила батареи равна E 0 10 В. Внутреннее сопротивление батареи R DC равно 1 Ом, а нагрузка R равна 9 Ом. Если внутреннее сопротивление батареи R DC равно 1 Ом, а нагрузка R равна 9 Ом, напряжение батареи равно 9 В.
В идеале внутреннее сопротивление батареи должно быть равно нулю. В действительности, однако, как видно на рис. 1, внутреннее сопротивление присутствует всегда. Чем выше внутреннее сопротивление, тем больше потери энергии. Кроме того, при потере энергии образуется «тепло». Это тепло разрушает батарею.
Контроль качества при производстве аккумуляторов
Первая причина измерения внутреннего сопротивления — обеспечение контроля качества на протяжении всего производства. Качество аккумулятора можно определить, измерив его внутреннее сопротивление.
Однако при каком внутреннем сопротивлении омов считается качественная батарея?
Ну, это зависит от типа батареи.
Как показано на рис. 2, в зависимости от материала, конструкции, размера, напряжения и других факторов различные типы батарей имеют разные уровни внутреннего сопротивления. На рис. 3 показано, что некоторые батареи имеют несколько мОм, а другие имеют внутреннее сопротивление более 1 кОм.
Определение с использованием внутреннего сопротивления позволяет обеспечить постоянное качество батареи, соответствующее спецификациям. Он играет важную роль в поддержании качества батареи в процессе производства.
Элементы, произведенные на заводе по производству элементов, отправляются на завод по производству модулей после прохождения контроля при отправке.
Поскольку такие факторы, как вибрации во время транспортировки и даже течение времени, могут вызвать дефекты, аккумуляторы проходят приемочный контроль перед сборкой элементов в модули и блоки. Важно, чтобы все элементы в данном аккумуляторном блоке имели одинаковое внутреннее сопротивление. Если один или несколько элементов имеют высокое внутреннее сопротивление или износились, они станут узким местом и ограничат емкость аккумуляторной батареи.
Чтобы улучшить качество аккумуляторной батареи, важно выбрать элементы с одинаковым внутренним сопротивлением.
Техническое обслуживание во время работы от батареи
Второй причиной измерения внутреннего сопротивления является обслуживание батареи. Внутреннее сопротивление батареи постепенно увеличивается по мере ее использования. Энергия батареи исходит от химической реакции между электролитами и электродами. Однако со временем химическая реакция замедлится из-за ржавчины и коррозии внутри электродов. По мере замедления химической реакции внутреннее сопротивление батареи увеличивается.
Когда речь идет об аккумуляторных батареях, таких как ИБП, крайне важно, чтобы батареи обеспечивали достаточную мощность, когда это необходимо.
Измеряя внутреннее сопротивление батареи на регулярной основе, можно исключить неисправную батарею.
Внутреннее сопротивление батареи является важным параметром для контроля качества в процессе производства и технического обслуживания.