Внутреннее сопротивление аккумулятора автомобиля: что это такое, как его проверить

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:

1. Кислотно-свинцовые АКБ отличаются минимальными показателями. Они способны отдать ток силой до 2,5 кА, который необходим для запуска ДВС.
2. Среди всех аккумуляторов самый низкий импеданс у NiCd. Он сохраняется даже после 1 тыс. разрядно-зарядных циклов.
3. У NiMH импеданс вначале выше. Через 350 циклов он еще увеличивается.
4. 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:

1. Батарея остается на своем месте, не отключается, что избавляет от лишней работы.
2. При измерении изменение напряжения краткосрочное, что не влияет на работоспособность оборудования.
3. Из приборов нужен вольтметр.
4. 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:

1. Нагрузочные вилки — проверяют напряжение АКБ. Позволяют установить необходимую нагрузку.
2. Устройства, помогающие установить связь состояния батареи с импедансом.
3. 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:

1. Не следует слепо руководствоваться абсолютными показателями, взятыми из специальной литературы, интернета. Более полезно сравнивать старые показатели с новыми.
2. Существуют нормы для каждой АКБ. Их берут из инструкции или оригинальной упаковки.
3. 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.

Внутреннее сопротивление аккумулятора

Полное сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора – это сумма таких величин, как сопротивление поляризации и омическое сопротивление. Омическое сопротивление является суммой сопротивлений сепараторов АКБ, электродов, положительного и отрицательного выводов, соединений между элементами и электролита.

 

Содержание статьи

Что представляет собой внутреннее сопротивление и от чего оно зависит?

На сопротивление электродов оказывает влияние их конструкция, пористость, геометрия, конструкция решётки, состояние активного вещества, наличие легирующих компонентов, качество электрического контакта решёток и обмазки. Величины сопротивления решёток отрицательных электродов и губчатого свинца (Pb) на них примерно одинаковы. В то же время сопротивление перекиси свинца (PbO2), который нанесён на решётку положительного электрода, больше в 10 тысяч раз.

В процессе разряда свинцово-кислотного аккумулятора на поверхности электродов выделяется сульфат свинца (PbSO4). Это плохой проводник, который существенно увеличивает сопротивление электродных пластин. Кроме того, сульфат свинца откладывается в порах обмазки пластин и существенно уменьшает диффузию серной кислоты из электролита в них. В результате к концу цикла разряда свинцово-кислотного аккумулятора его сопротивление возрастает в 2─3 раза. В процессе зарядки идёт растворение сульфата свинца, и сопротивление АКБ возвращается к первоначальной величине.

Существенное влияние на сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора оказывает величина сопротивления электролита. Эта величина, в свою очередь, сильно зависит от концентрации и температуры электролита. При уменьшении температуры сопротивление электролита растёт, и достигает бесконечности при его замерзании.

При плотности электролита 1,225 гр/см3 и температуре +15 С он имеет минимальное значение сопротивления. При уменьшении или увеличении плотности сопротивление увеличивается, а значит, растёт и внутреннее сопротивление аккумулятора.

Сопротивление сепараторов меняется в зависимости от изменения их толщины и пористости. Величина тока, которая протекает через аккумулятор, оказывает влияние на сопротивление поляризации. Пару слов о поляризации, и причинах, по которым она возникает. Первая причина заключается в том, что в электролите и на поверхности электродов (двойной электрический слой) изменяются электродные потенциалы. Вторая причина в том, что при прохождении тока, концентрация электролита меняется в непосредственной близости от электродов. Это приводит к изменению электродных потенциалов. Когда цепь размыкается и ток исчезает, электродные потенциалы возвращаются к своим первоначальным значениям.

К особенностям свинцово-кислотных аккумуляторов стоит отнести небольшое внутреннее сопротивление по сравнению с другими типами аккумуляторных батарей. Благодаря этому они могут за небольшое время отдавать большой ток (до 2 тысяч ампер). Поэтому их основная область применения – стартерные аккумуляторные батареи на автомобилях с двигателями внутреннего сгорания.

Стоит также отметить, что внутреннее сопротивление АКБ при переменном или постоянном токе сильно зависит от его частоты. Есть ряд исследований, авторы которых наблюдали внутреннее сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора при частоте тока в несколько сотен герц.
Вернуться к содержанию
 

Как можно оценить внутреннее сопротивление АКБ?

В качестве примера можно рассмотреть автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор ёмкостью 55 Ач, имеющий номинальное напряжение 12 вольт. Полностью заряженный аккумулятор имеет напряжение 12,6─12,9 вольта. Допустим, что к АКБ подключить резистор с сопротивлением 1 Ом. Пусть напряжение разомкнутого аккумулятора 12,9 вольта. Тогда ток теоретически должен быть 12,9 В / 1 Ом = 12,9 ампера. Но в реальности он будет ниже 12,5 вольта. Почему это происходит? Это объясняется тем, что в электролите скорость диффузии ионов не является бесконечно большой.

Схема АКБ с подключённым резистором

На изображении аккумуляторная батарея представлена в виде 2-полюсного источника питания. Он имеет электродвижущую силу (ЭДС), которая соответствует напряжению разомкнутой цепи, и внутренне сопротивление. На схеме они обозначены E и Rвн. Когда цепь замыкается, то ЭДС батареи частично падает на резисторе, а также на собственно внутреннем сопротивлении. То есть, происходящее в цепи можно описать следующей формулой.

E = (R + Rвн) * I.

На изображениях ниже можно посмотреть значения ЭДС автомобильного аккумулятора в разомкнутой цепи и напряжения при подключении нагрузки в виде двух автомобильных лампочек, соединённых параллельно.

ЭДС батареи

Напряжение под нагрузкой

Как уже говорилось, внутреннее сопротивление АКБ является условной величиной. Свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой нелинейное устройство, внутреннее сопротивление которого меняется в зависимости от температуры, величины нагрузки, степени заряженности, концентрации электролита и прочих вышеперечисленных параметров. Так, что для проведения точных расчётов аккумулятора используются разрядные кривые, а не величина внутреннего сопротивления.

При этом в расчётах электрических цепей с аккумуляторами величина внутреннего сопротивления может использоваться. Естественно, что всегда величина внутреннего сопротивления берётся с учётом факторов, от которых она зависит (заряд или разряд, постоянный или переменный ток, частота тока и т. п.).

Итак, исходя из формулы выше, можно вычислить внутреннее сопротивление АКБ с ЭДС 12,6 вольта при разряде постоянным током 2 ампера.

r = (E ─ U) / I = (12,9 В – 12,5 В) / 2 А = 0,2 Ом.

Кстати, некоторые зарядные устройства позволяют измерять внутреннее сопротивление батареи. Например, ниже можно видеть величину внутреннего сопротивления заряженного автомобильного аккумулятора, измеренную зарядкой SkyRC iMax B6 mini. Правда, неизвестно, по какому принципу прибор вычисляет эту величину.

Внутреннее сопротивление автомобильной АКБ по показаниям SkyRC iMax B6 mini

Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка …
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

Напряжение аккумулятора автомобиля

Напряжение АКБ, наряду с ёмкостью и плотностью электролита, позволяет сделать вывод о состоянии аккумулятора. По напряжению автомобильного аккумулятора можно судить о степени его заряженности. Если вы хотите быть в курсе состояния вашего аккумулятора и осуществлять грамотный уход за ним, то обязательно нужно научиться контролировать напряжение. Тем более что это совсем несложно. А мы постараемся доступно объяснить как это делается и какие нужны инструменты.

 

Содержание статьи

Что показывает напряжение аккумулятора автомобиля?

Сначала следует определиться с понятиями напряжения и электродвижущей силы (ЭДС) автомобильного аккумулятора. ЭДС обеспечивает протекание тока по цепи и обеспечивает разность потенциалов на выводах источника питания. В нашем случае это автомобильная аккумуляторная батарея. Напряжение аккумулятора определяется разностью потенциалов.

ЭДС представляет собой величину, которая равна работе, затрачиваемой на перемещение положительного заряда между выводами источника питания. Значения напряжение и электродвижущей сил между собой неразрывно связаны. Если в аккумуляторе не возникает электродвижущей силы, то на его выводах не будет напряжения. Также следует сказать, что напряжение и ЭДС существуют без прохождения тока в цепи. В разомкнутом состоянии тока в цепи нет, но в аккумуляторе все равно возбуждается электродвижущая сила и на выводах есть напряжение.

Обе величины, ЭДС и напряжение аккумулятора автомобиля измеряются в вольтах. Стоит также добавить, что электродвижущая сила в автомобильном аккумуляторе возникает вследствие протекания внутри него электрохимических реакций. Зависимость ЭДС и напряжения АКБ можно выразить следующей формулой:

E = U + I*R₀ где

E – электродвижущая сила;

U – напряжение на выводах батареи;

I – ток в цепи;

R₀ – внутреннее сопротивление АКБ.

Как можно понять из этой формулы, ЭДС больше напряжения аккумулятора на величину падения напряжения внутри него. Чтобы не забивать вам голову лишней информацией скажем проще. Электродвижущая сила батареи представляет собой напряжение на выводах АКБ без учёта тока утечки и внешней нагрузки. То есть, если снять аккумулятор с авто и замерить напряжение, то в такой разомкнутой цепи оно будет равно ЭДС.

Для измерения напряжения можно использовать мультиметр

Измерения напряжения производятся такими приборами, как вольтметр или мультиметр. В аккумуляторе величина ЭДС зависит от плотности и температуры электролита. При увеличении плотности электролита растёт напряжение и ЭДС. Для примера, при плотности электролита 1,27 гр./см³ и температуре 18 C напряжение банки АКБ равно 2,12 вольта. А для аккумуляторной батареи, состоящей из шести элементов, значение напряжения будет 12,7 вольта. Это нормальное напряжение автомобильного аккумулятора, который заряжен и не находится под нагрузкой.
Вернуться к содержанию
 

Нормальное напряжение аккумулятора автомобиля

Напряжение на аккумуляторе автомобиля должно быть 12,6─12,9 вольта, если он полностью заряжен. Замер напряжения АКБ позволяет быстро оценить степень заряженности. Но реальное состояние и изношенность аккумулятора по напряжению узнать нельзя. Чтобы получить достоверные данные о состоянии аккумуляторной батареи, нужно проверить её реальную ёмкость и провести тест под нагрузкой, о котором будет сказано ниже. Советуем прочитать материал о том, как проверить аккумулятор автомобиля на работоспособность.

Однако с помощью напряжения вы всегда можете узнать степень заряженности аккумулятора. Ниже приводится таблица степени заряженности аккумулятора, в которой приводятся значения напряжения, плотности и температуры замерзания электролита в зависимости от заряда батареи.

Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)	Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)	Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)	Степень заряда АКБ, %	Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1,11	11,7	8,4	0	-7
1,12	11,76	8,54	6	-8
1,13	11,82	8,68	12,56	-9
1,14	11,88	8,84	19	-11
1,15	11,94	9	25	-13
1,16	12	9,14	31	-14
1,17	12,06	9,3	37,5	-16
1,18	12,12	9,46	44	-18
1,19	12,18	9,6	50	-24
1,2	12,24	9,74	56	-27
1,21	12,3	9,9	62,5	-32
1,22	12,36	10,06	69	-37
1,23	12,42	10,2	75	-42
1,24	12,48	10,34	81	-46
1,25	12,54	10,5	87,5	-50
1,26	12,6	10,66	94	-55
1,27	12,66	10,8	100	-60
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)	Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)	Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)	Степень заряда АКБ, %	Температура замерзания электролита, гр. Цельсия

Советуем периодически проверять напряжение и заряжать АКБ по мере необходимости. Если напряжение автомобильного аккумулятора упало ниже 12 вольт, его обязательно нужно подзарядить от сетевого зарядного устройства. Эксплуатация его в таком состоянии крайне не рекомендуется.

Эксплуатация батареи в разряженном состоянии приводит к увеличению сульфатации пластин и как следствие, падение ёмкости. Кроме того, это может привести к глубокому разряду, что для кальциевых аккумуляторов смерти подобно. Для них 2─3 глубоких разряда – это прямой путь на свалку.

Напряжение также поможет диагностировать замыкание банок. Напряжение одного заряженного элемента АКБ составляет 2,1─2,15 вольта. Если одна из банок будет замкнута, то измерив суммарное напряжение батареи на выводах, вы сразу сможете понять это. Правда, нужно будет ещё выяснить, какой элемент замкнуло. Обслуживаемые аккумуляторы, которые выпускались раньше, имели выводы для каждого из элементов. Измерив по ним напряжение, можно было установить, где именно замыкание. В современных малобслуживаемых аккумуляторных батареях замкнутую банку можно установить при измерении плотности электролита. В замкнутом элементе плотность будет значительно отличаться от среднего значения по банкам. Советуем также прочитать о причинах перезаряда аккумулятора.

Ну, а теперь о том, а какой инструмент нужен автолюбителю для контроля напряжения и состояния АКБ.
Вернуться к содержанию
 

Инструменты для контроля напряжения аккумулятора автомобиля

Теперь, когда вы знаете, что такое нормальное напряжение аккумулятора автомобиля, поговорим о его измерении. Для контроля напряжения потребуется мультиметр (ещё называемый тестер) или обычный вольтметр.

Измерение напряжения аккумулятора

Чтобы измерить напряжение мультиметром, нужно перевести его в режим измерения напряжения, а затем щупы приложить к выводам батареи. Аккумулятор должен быть снят с авто или с него сняты клеммы. То есть, измерения проводятся на разомкнутой цепи. Красный щуп идёт на плюсовой вывод, чёрный – на минусовой. На дисплей будет выведено значение напряжения. Если перепутать щупы, ничего страшного не случится. Просто мультиметр покажет отрицательное значение напряжения. Подробнее о норме заряда аккумулятора автомобиля читайте в статье по указанной ссылке.

Есть ещё такой прибор, как нагрузочная вилка. Им также можно измерить напряжение. Для этого в нагрузочной вилке имеется встроенный вольтметр. Но гораздо интереснее для нас то, что нагрузочная вилка позволяет измерять напряжение АКБ в замкнутой цепи с сопротивлением. По эти показаниям можно судить о том, в каком состоянии находится аккумулятор. Фактически, нагрузочная вилка создаёт имитацию пуска двигателя автомобиля.

Нагрузочная вилка

Для измерения напряжения под нагрузкой следует подключить клеммы нагрузочной вилки к выводам АКБ и включить нагрузку на 5 секунд. На пятой секунде смотрите показания встроенного вольтметра. Если напряжение просело ниже 9 вольт, то аккумулятор уже потерял работоспособность и его следует заменить. Конечно, при условии аккумулятор полностью заряжен и в разомкнутой цепи выдаёт напряжение 12,6─12,9 вольта. На работоспособной батарее при подаче нагрузки напряжение сначала просядет где-то до 10─10,5 вольта, а затем начнёт немного расти.

Как видите, напряжение аккумулятора может быть в норме, а вот его состояние неудовлетворительным. Поэтому только по значению напряжения нельзя судить о работоспособности аккумулятора, а лишь о степени его заряженности. Можете также прочитать о причинах разрядки аккумулятора на автомобиле.
Вернуться к содержанию
 

О чём нужно помнить?

В заключение приведём некоторые советы, которые уберегут вас от ошибок при эксплуатации АКБ:

• периодически измеряйте напряжение аккумулятора и регулярно (раз в 3 месяца) подзаряжайте его от сетевого зарядного устройства;
• держите в исправном состоянии генератор, проводку и регулятор напряжения автомобиля для нормальной зарядки АКБ при поездках. Необходимо регулярно проверять значение тока утечки. Ток утечки аккумулятора автомобиля, норма и его измерение описаны в статье по ссылке;
• проверяйте плотность электролита после зарядки и сверяйтесь с таблицей выше;
• содержите аккумулятор в чистоте. Это снизит ток утечки.

Внимание! Никогда не замыкайте выводы автомобильного аккумулятора накоротко. Последствия будут печальными.

Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка …
Вот и все, что хотелось сказать о напряжении автомобильного аккумулятора. Если у вас есть дополнения, исправления и вопросы, пишите их в комментариях. Удачной эксплуатации АКБ!
Вернуться к содержанию

Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора и как его измерить

При помощи внутреннего сопротивления и ряда других технических характеристик удаётся долго время поддерживать автомобильную АКБ в работоспособном состоянии. Это один из важнейших критериев, которые оценивают при контроле её состояния. Посмотрим детальнее, что он представляет собой, как его рассчитывать и проводить замеры.

Внутреннее сопротивление аккумулятора — что это

Данный технический показатель не настолько прост для объяснения, поэтому начать лучше на доступных примерах и ситуациях. Скажем, когда приобретается новая батарея, то у неё напряжение будет равно 13 В. Каждый подключенный потребитель тока обладает собственным сопротивлением, а, стало быть, потенциал батареи будет постоянно меньше максимального значения.

Измерение напряжения на аккумуляторе с помощью мультиметра

Это идёт в разрез с общеизвестной формулой, которая говорит нам, что:

Сила тока = напряжение / сопротивление.

Оказывается, что уменьшение силы тока происходит не только после подключения к АКБ внешних потребителей. Благодаря процессам, происходящим внутри аккумулятора, он и сам теряет свои максимальные характеристики.

Нормальные показатели

Норма внутреннего сопротивления автомобильной батареи должна быть на уровне 5 миллиОм. На этот показатель следует ориентироваться, хотя стандартных значений не существует, которые бы считались образцовыми. В любом случае, если батарея уже использовалась, но ещё не изношена, то показатель должен быть в пределах от 4 до 6 миллиОм.

Значительное влияние на общую потерю физических качеств АКБ влияет показатель, возникающий в рабочей жидкости, которой выступает электролит. Он зависит, в свою очередь, от окружающей температуры и его концентрации. С уменьшением температуры жидкости либо при увеличении плотности растёт показатель потери тока.

Ёмкость АКБ в той же степени связана с внутренним её сопротивлением, и зная этот параметр, можно сделать вывод относительно ёмкости аккумулятора. Например, если он снизился в 2 раза, то эксперты делают вывод: батарея потеряла в ёмкости до 50%. При этих замерах определяется способность её давать для нагрузки высокий пусковой ток. Это обратная зависимость: чем оно будет меньше, тем большим будет пиковый ток и мощность. Повышенное сопротивление вызывает резкое падение напряжения на выводах аккумулятора. Даже если он будет сравнительно новым, то не сможет выдать для нагрузки хороший пиковый ток.

Измерение ёмкости аккумулятора автомобиля

В процессе общего контроля за потерей тока батареей анализируется этот показатель для разных её составляющих: выводов, электролита, контактов и пр. Если их значение отличается более чем на 10% от усреднённого показателя, то их необходимо зарядить отдельно, а если это не принесёт успеха, то заменить новыми. В то же время обычный пользователь не владеет специальным оборудованием, требуемым для оценки данного критерия. Наиболее объективным методов проведения такого замера является контрольный заряд на 10 или 20 часов, а дальше сравнение с контрольными данными напряжения и разрядного тока.

Одним словом, понятие внутреннего сопротивления является величиной условной и его значение постоянно изменяется под воздействием эксплуатационных факторов. Поэтому, когда хотят получить максимально точные расчёты, за основу берут не величину внутреннего сопротивления, а разрядные кривые.

График зависимости сопротивления от процента разряда аккумулятора

Показатели трудно привести к универсальным, потому что материалы, используемые в конструкциях, тоже отличаются, а, соответственно, будут отличаться и их характеристики. От этого зависит сопротивление автомобильных АКБ, как и другие параметры их эксплуатации. Наибольшую разницу можно обнаружить на плюсовой свинцовой решётке, тогда как на «минусе» она будет практически неощутима.

То же самое касается технологии, по которой были произведены электроды. Это может быть присутствие легирующих элементов, материалы контактов, конструкции и т. д. С другой стороны, толщина и пористость материала будут воздействовать на величину R сепараторов. А вот у электролита показатель потерь зависит от его концентрации и температурных условий.

Дотошные автолюбители всё время гадают, а какое должно быть сопротивление у свинцово-кислотных батарей, чтобы считать его нормальным? Оказывается, по этому поводу существуют отдельные рекомендации:

• чтобы узнать точный норматив, у каждого типа АКБ есть собственный манула или инструкция;
• лучше всего сравнивать старые значения с новыми, нежели полагаться на абсолютные цифры, взятые из интернета;
• если регулярно производить замеры, то только так можно своевременно распознать изменения, происходящие внутри аккумулятора. Исходя из этого, можно установить причину и оценивать необходимость в покупке новой батареи или ремонту старой.

Как проверить внутреннее сопротивление аккумулятора

Одним из важнейших эксплуатационных критериев является контроль внутреннего сопротивления батареи. Ранее наукой уже были разработаны приборы-измерители, помогающие контролировать связь между ёмкостью изделия и внутренними потерями пикового тока.

Оценка производится по следующим факторам:

• сопротивляемость при подаче переменного тока;
• под нагрузкой при включённом постоянном токе;
• при чередовании.

Однако такими путями можно определить качественное состояние аккумулятора, но отнюдь не его количественные показатели. Одно лишь внутреннее сопротивление не даёт полного ответа на то, сколько часов способна прослужить батарея в нынешнем состоянии, да ещё и под нагрузкой. Для того чтобы иметь сведения о состоянии устройства, лучше приобрести тестер внутреннего сопротивления и производить регулярно замеры. Ежегодно сопротивление внутри самого АКБ возрастает на 5%. Если этот показатель превышает 5%, то необходимо обратить внимание на нагрузку и условия эксплуатации.

Посмотрим, какими способами можно измерить внутреннее сопротивление аккумулятора:

1. Подача переменного тока. Этот метод самый простой в плане подготовки, но отнимет от 2 часов времени и более. Для него придётся запастись конденсатором с вольтметром, а также резистором определённого номинала и цифровым трансформатором. Главное предназначение цифровой индикации заключается в установлении более точных значений. Однако есть факторы, которые не дают гарантии в 100% правильном результате замеров. В электролите батареи постоянно протекают процессы электролиза, которые вносят свои коррективы.
2. Метод постоянной нагрузки. Этот вариант используют чаще по сравнению с предыдущим. Наиболее востребован именно по отношению к автомобильным батареям. Для этого их полностью разряжают под действием максимальной кратковременной нагрузки. Сначала замеряют напряжение при помощи вольтметра до разряда, а затем и после. Однако узнать точное значение данным способом можно лишь для не слишком изношенных АКБ.
3. Короткоимпульсный способ. Это одна из недавних методик, которая славится максимальной точностью. Батарею в этом случае можно не отключать и не снимать с транспортного средства. Для тестирования достаточно будет одного вольтметра, и это не оказывает отрицательного воздействия на работоспособность аккумулятора.

Зависимость состояния аккумулятора от внутреннего сопротивления

Необходимо не только уметь делать контрольные замеры, но и понимать, как могут быть взаимосвязаны эти процессы внутри батареи с её общим эксплуатационным состоянием. Лучше всего пользоваться для выполнения разнообразных замеров промышленным оборудованием, а не тем, что собрано кустарным способом. Только так можно собрать полноценные данные о характеристиках аккумулятора и перспективах его работоспособности.

Итак, какие же устройства помогут нам распознать внутреннее сопротивление:

• самые распространённые из них — так называемые «нагрузочные вилки», которые помогают выявить рабочее напряжение и нагрузку в конкретной АКБ;
• изделия, которые помогают установить взаимосвязь между импедансом и состоянием, в котором находится батарея;
• приборы, измеряющие спектры, помогают оценить проводимость тока при его постоянной и переменной величинах.

Несмотря на различный принцип работы, все эти приспособления служат одному и тому же: они устанавливают потери тока, который вырабатывает тот или иной аккумулятор для транспортного средства. Для этого берутся во внимание разные показатели: длительность заряда и разряда, ёмкость и прочее. Регулярное измерение этого значения позволит нам продлить срок службы АКБ без необходимости её замены.

Само понятие сопротивления в физике принято обозначать латинской литерой R. В автомобильной батарее это сумма двух таких сопротивлений, как омическое и эффект поляризации. Первое включает в себя целый комплект сопротивлений, которые можно на обнаружить на банках батареи, на соединениях и контактах, в электролите и на электродах.

На точность замеров внутреннего сопротивления в батарее автомобиля влияют условия эксплуатации, температура воздуха, нагрузка, величина текущего заряда. Если нет под рукой профессиональных приборов, то можно последовательно подключить галогеновую лампочку и тестер. Это делают под нагрузкой и без, а потом записывают то значение, которое окажется выше. Разница не должна превышать 0,01 Ом, чтоб можно было судить о хорошем состоянии аккумулятора.

Для тех, кто не желает проводить подобные расчёты самостоятельно, можно обратиться на ближайшее СТО и произвести замеры, а также запросить заключение опытного автоэлектрика. Если у вас был подобный или другой опыт оценки автомобильной аккумуляторной батареи, смело можете им поделиться в комментариях ниже. До новых встреч!

Как проверить саморазряд аккумулятора автомобиля правильно

Аккумулятор должен в любой момент позволять запускать двигатель внутреннего сгорания. Сложности у водителя могут возникнуть, когда используется старая батарея или машина длительное время простояла в гараже. Без дополнительной подзарядки АКБ постепенно теряет свой заряд.

Что такое саморазряд автомобильного аккумулятора

Бесконечное количество времени АКБ не может находиться в готовности для запуска мотора. Это связано с особенностями проходящих внутри физико-химических явлений. Со временем происходит саморазряд под капотом автомобильного аккумулятора, поэтому без восстановления он будет выдавать всё меньшие показатели.

Явление саморазряда представляет собой в химическом плане растворение свинца на положительном электроде (с параллельным выделением водорода) при потере электрического заряда источника питания.

Серная кислота при саморазряде на отрицательно заряженном электроде взаимодействует с оксидом свинца. Процесс сопровождается выделением газообразного кислорода. Полностью избавиться от постепенной потери заряда в кислотно-свинцовых батареях не удастся, но в определённых обстоятельствах получается существенно продлить во времени скорость протекания реакции.

На расход энергии оказывают влияние такие факторы:

1. Период активной эксплуатации АКБ. Для источников питания, работающих более трёх лет, риск саморазряда существенно повышается.
2. Длительность хранения вне машины и подключения к бортовой сети повышает ток саморазряда.
3. Используемые примеси и механический/химический мусор, провоцирующий растворение свинцовых элементов на плюсовом контакте. Виновником может являться недистиллированная вода, которую вливали для поднятия уровня электролита в банках.
4. Энергия теряется активнее при повышении температуры более +5⁰ С.
5. Частыми причинами, приводящими к возникновению утечек, бывают увлажнение и загрязнения, появляющиеся на корпусе батареи.
6. Механическое и физическое разрушение свинцовых электродов.

Виды и причины саморазряда АКБ

На практике можно встретить два вида процесса саморазряда:

1. Поверхностный. Он вызывается тем, что на корпусе имеются потёки влаги или электролита, а также имеется механическое загрязнение. В итоге появляются проводящие ток мостики, соединяющие контакты батареи, а при саморазряде проявляется малый ток. Избавиться от него достаточно просто, устранив всё механической чисткой, а клеммы обрабатывают защитной антикоррозионной смазкой или гелем.
2. Внутренний. Данный вид саморазряда автомобильного аккумулятора спровоцирован химическими реакциями восстановления и окисления, проходящими самопроизвольно на обоих электродах.

Необходимо знать, что наиболее активно процессу разряда во время хранения более подвержен отрицательный электрод, где происходят выделение газообразного водорода и растворение свинца. Для положительного электрода процесс саморазряда осуществляется не так активно, так как идёт процесс реакции оксида свинца и серной кислоты с выделением газообразного кислорода.

При повышении плотности электролита (повышении степени заряда батареи) растёт интенсивность происхождения реакции. Следует знать, что интенсивность разряжения поднимается более чем на треть, когда плотность электролита достигает от 1,29 до 1,32 г/мл.

Как проверить саморазряд

Выявить проблемы аккумуляторной батареи в гаражных условиях, включая возможный саморазряд, удастся по косвенным признакам. Одним из важных помощников в такой ситуации является мультиметр. Этот прибор помогает замерять практически все важные характеристики АКБ, например, поможет узнать напряжение или ток в подключённой бортовой сети.

Для работы с аккумулятором мультиметр необходимо перевести в режим вольтметра и переключить на 20 единиц. Красный плюсовой провод соединяем с положительной клеммой на батарее, а чёрный (или синий в некоторых моделях) – с отрицательным контактом на источнике питания.

Рекомендуем замеры проводить после того, как машина постоит около часа без движения, чтобы получить максимально объективные показатели. Когда цифры на дисплее будут от 12,4 В и более, это свидетельство полного заряда. При значениях 11,7–12 В стоит готовиться к ухудшению эксплуатационных качеств АКБ, а если показатели близки к 11 В, то это – свидетельство серьёзных проблем с батареей.

Рекомендуем проконтролировать внутреннее сопротивление. Для тестирования используется лампа накаливания на 12 В (не светодиодная). Во время присоединения её контактов одновременно измеряем напряжение на клеммах. Откидываем её и проводим замер повторно. Если разница не превысит 0,05 В, то батарея исправна, в противном случае у АКБ есть проблемы.

Допустимый размер саморазряда

В то время, когда на АКБ не воздействуют негативные факторы, энергия должна расходоваться минимально. Такой саморазряд вашего аккумулятора для автомобиля – норма. Благоприятной является температура в интервале от +5 до +15⁰ С при минимальной влажности.

Значения падения напряжения для новой аккумуляторной батареи и для той, что длительно эксплуатировалась, будут существенно отличаться.

Когда саморазряд в сутки для «старой» батареи составляет 1–1,7%, то такое значение многие специалисты считают нормальным. Более точные значения зависят от брендов, срока эксплуатации, условий, в которых используется АКБ и пр. Иногда даже не самая старая батарея может быстрее терять заряд при интенсивном использовании.

Соответственно за пару недель потеря заряда на 10% для нового источника питания будет в допустимых пределах. Трёхлетка способна за сто дней без нагрузки расстаться с зарядом полностью.

Как уменьшить саморазряд

Есть несколько способов, помогающих АКБ снизить утечку заряда. Если их соблюдать, то аккумулятор сможет длительное время удерживать нужные показатели.

Важно содержать прибор в чистоте и своевременно для обслуживаемых моделей заливать дистиллированную воду. Стоит протирать сухой ветошью корпус от возможной влаги, пыли или налёта. Прежде чем отправлять АКБ на простой, рекомендуем максимально его зарядить, а в дальнейшем контролировать не реже, чем раз в месяц напряжение на клеммах, не допуская глубокого разряда.

Как проверить, сколько ампер в аккумуляторе автомобиля

Роль аккумуляторной батареи в современном автомобиле невозможно переоценить. С его помощью происходит запуск двигателя, также он питает многочисленные электроприборы на борту. Поддерживать АКБ в работоспособном состоянии крайне важно, и одной из методик является периодическая проверка его ёмкости. Зная, как замерить амперы на аккумуляторе, можно рассчитать момент, когда ему потребуется зарядка.

Что такое сила тока

Под воздействием заряженных частиц и электрического поля возникает электрический ток, который является одним из ключевых источников энергии. Говоря о движущихся в одном направлении заряженных частицах, имеют в виду понятие силы тока. Итак, с точки зрения физики это будет величиной движения электрических зарядов. Определённое количество заряда может проходить через определенное сечение проводника за единицу времени.

Единица силы тока считается одним из основных электрохимических показателей, а для её измерения используются амперы. Важными факторами, которые влияют на эту физическую величину, считаются материалы проводника, окружающие условия, температура. Ток бывает постоянным и переменным (примером последнего может служить освещение любых бытовых приборов в домашней квартире или офисе).

Если говорить о других основных показателях, то сила тока бывает прямо пропорциональна напряжению, создаваемому в сети и обратно пропорциональна сопротивлению в нём. Для определения силы тока чаще на практике пользуются специальным прибором – амперметром. Он вклинивается в цепь на требуемом участке и замеряет силу того заряда, который прошёл за интервал времени с учётом сечения провода.

Типы аккумуляторов

Перед тем как искать ответ на вопрос, сколько ампер в автомобильном аккумуляторе, необходимо больше познакомиться с их классификацией. Долгое время они изготавливались преимущественно на базе свинца и кислоты. Естественно, такое оборудование требует самого бережного отношения ввиду своей высокой химической опасности.

Основные типы аккумуляторов для авто на сегодня следующие:

1. Классические, в пластинах которых повышенное содержание элемента сурьмы. Процесс электролиза в них происходит ускоренными темпами, из-за этого электролит часто улетучивается и приходится добавлять дистиллированную воду.
2. Кальциевые. Вместо сурьмы для решёток электродов основным материалом выступает кальций. Для снижения внутреннего сопротивления иногда в малых объёмах добавляют серебро. Интенсивность выделения газов и воды уменьшилась, по сравнению с сурьмянистыми АКБ. Это продлило срок службы и практически отпала необходимость в обслуживании изделий. Такие батареи очень чувствительны к переразряду и напряжению в бортовой сети транспортного средства.
3. Гибридные. Представляют собой комбинацию описанных выше типов. Отрицательные пластины сделаны в них из кальция, а положительные — с малым добавлением сурьмы. Их главным преимуществом является устойчивость к разряду и переразряду.
4. Гелевые или AGM типа. Одни из самых инновационных аккумуляторов. Своё название получили из-за того, что рабочий электролит в них находится не в жидком, а в желеобразном состоянии. Благодаря этому сразу удалось решить и проблему вытекания, так что их корпус можно считать герметичным. Гель не обладает высокой текучестью и находится практически в зафиксированном положении. Для таких батарей можно особенно не интересоваться, сколько ампер в них содержится из-за низкой способности к саморазряду. Также они характеризуются высокой устойчивостью к вибрациям и толчкам.
5. Щелочные. Основной рабочей жидкостью в них является не кислота, а щелочь. Чаще всего бывают никель-железными или никель-кадмиевыми. В обоих вариантах электролит один и тот же — это раствор калия, а вот электроды делаются с добавлением разных металлов. Даже во время интенсивных химических процессов электролит из таких батарей не вытекает. Доливать его практически не требуется, да и такие АКБ хорошо переносят переразряды. В отличие от кислотных они не настолько опасны для здоровья, накапливают энергию и отлично работают в условиях низких температур.
6. Литий-ионные. Считаются самым перспективным вариантом для дополнительного источника получения электрического тока. Носителями тока выступают ионы лития, а вот технология изготовления и материал электродов постоянно меняются. К числу ключевых преимуществ относятся высокая удельная емкость и низкая способность к саморазряду. Существует и определённый набор недостатков: чувствительность к температурным перепадам, постепенное снижение ёмкости в первые годы эксплуатации. Для пуска двигателя их мощности пока недостаточно, поэтому они применяются как вспомогательные.

Количество ампер в заряженном аккумуляторе авто

Самый цивилизованный и профессиональный способ проверить амперы на аккумуляторе – использовать специальный прибор под названием мультиметр. Он позволяет замерять и силу тока, и напряжение. Несмотря на то, что напрямую он не измерит, сколько ампер выдаёт конкретный автомобильный аккумулятор, произвести такие расчёты вполне возможно.

Первым делом изделие необходимо зарядить по максимуму специальным зарядным приспособлением, работающим от электросети. Произведя замеры напряжения и плотности электролита, убеждаемся в том, что АКБ заряжен и должен отдавать свой заряд электропотребителям. Подключаем нагрузку установленной мощности и засекаем время начала эксперимента. Например, такую нагрузку может давать обычная лампа накаливания, мощность которой нам известна.

Дожидаемся, пока напряжение в АКБ снизится до половины полностью заряженного состояния. Убираем лампочку и прекращаем разряжать автомобильную батарею. Теперь можно измерить новое значение ёмкости, которое выражается в ампер/часах. При нагрузке в сети силу тока умножаем на число часов, в течение которых горела лампочка. Если в результате мы получим то значение, которое должен показывать автомобильный аккумулятор, близкое к номинальному, значит, он находится в исправном состоянии.

Несмотря на то, сколько ампер должен выдавать аккумулятор для автомобиля, он способен самопроизвольно разряжаться. Причём происходит это даже в те моменты, когда он не питает никаких электрических приборов. Саморазряд — это естественный процесс, на величину которого влияют окружающие погодные условия. Кроме естественной утечки, следует обращать внимание на места с повышенной влажностью или с недостаточной изоляцией. Дополнительная потеря тока может привести к полному разряду всей батареи и даже к воспламенению при совпадении ряда факторов.

Как следует заряжать автомобильный аккумулятор

В процессе передвижения автомобильный аккумулятор заряжается от генератора, который также вырабатывает ток. Однако полностью зарядить его таким образом не удаётся, потому что всегда идут определённые потери. Именно поэтому периодически возникает необходимость в принудительном дозаряде АКБ. Тем более, что в тёплую погоду запуск двигателя можно обеспечить даже 20% реальной ёмкости батареи. В холодное время года при загустевшем масле сделать это будет практически невозможно.

Как рекомендуют сами производители аккумуляторов, полностью разряженный АКБ необходимо заряжать от 10 до 15 часов. При этом величина подаваемого тока составляет не менее 10% от стандартной номинальной его ёмкости. А ещё лучше подавать на заряд небольшой ток, а само время увеличить. Так удастся «разогнать» устройство на большую ёмкость.

Учитывая, что батарея является источником постоянного тока, для работы с ней важно соблюдать принцип полярности соединений. Поэтому положительную клемму АКБ соединяют с такой же от зарядного устройства — они обозначаются знаком «+». Аналогично поступают с отрицательными клеммами. Если не придерживаться этого правила, то аккумулятор будет разряжаться.

Перед началом зарядки его снимают и переносят в тёплое сухое помещение. Желательно сразу очистить его от грязи и налёта, а клеммы можно отшлифовать наждачной шкуркой для обеспечения качественного поступления тока. Сложнее обстоит дело с обслуживаемыми АКБ — пробки стоит выкрутить и дать возможность свободного выхода скопившимся газам. При необходимости контролируют уровень электролита и доливают его в банки. Большинство современных зарядных устройств автоматического типа, и в них не предусмотрена ручная регулировка силы тока.

Инженеры ведущих исследовательских центров и лабораторий неуклонно ищут новые решения в области создания и эксплуатации автомобильных АКБ. Открываются новые источники питания, повышается ёмкость, снижается способность саморазряжаться. Одним из важных направлений в поисках является повышение экологической безопасности для окружающей среды. Таким требованиям отвечают батареи типа АГМ, однако, скорее всего, они выступают промежуточным этапом в перспективах создания надёжных автомобильных батарей.

Измерение внутреннего сопротивления батарей

Добавлено в избранное Любимый 6

Внутреннее сопротивление

При проектировании схемы с аккумулятором мы часто предполагаем, что аккумулятор является идеальным источником напряжения. Это означает, что независимо от того, какую нагрузку мы прилагаем к аккумулятору, напряжение на выводах источника всегда остается неизменным.

Если мы смоделируем эту батарею как идеальный источник напряжения, изменение значения R _L не повлияет на напряжение между выводами батареи

На самом деле несколько факторов могут ограничить способность батареи действовать как идеальный источник напряжения.Размер батареи, химические свойства, возраст и температура — все это влияет на величину тока, которую батарея может выдавать. В результате мы можем создать лучшую модель батареи с идеальным источником напряжения и резистором, включенным в серию .

Батареи можно смоделировать как идеальный источник напряжения с последовательным резистором (обозначенным R _I )

Мы можем измерить напряжение аккумулятора на его выводах без подключенной нагрузки. Это известно как напряжение холостого хода (В _OC ).

Измерение напряжения щелочного элемента AA без нагрузки

Обратите внимание, что, поскольку через внутренний резистор не течет ток, падение напряжения на нем равно 0 В. Следовательно, мы можем предположить, что V _OC равно напряжению идеального источника напряжения в батарее.

Если мы подключим нагрузку к аккумулятору, напряжение на выводах упадет.

Здесь мы измеряем падение напряжения на резисторе 4 Ом

Это падение напряжения вызвано внутренним сопротивлением батареи.Мы можем рассчитать внутреннее сопротивление, если снимем показания напряжения холостого хода и напряжения на клеммах батареи с подключенной нагрузкой.

Для начала создадим схему, показывающую нашу схему.

Вот наша схема. Мы хотим рассчитать R _I .

Мы можем подключить измеренное нами напряжение под нагрузкой (V _L ) и значение резистора (R _L ) в закон Ома, чтобы получить ток, протекающий по цепи (I).

Нам также нужно получить напряжение на внутреннем резисторе. Мы можем сделать это, используя закон напряжения Кирхгофа. Упрощенно для этой схемы, мы можем сказать, что падение напряжения на обоих резисторах должно составлять в сумме напряжение идеального источника напряжения.

Теперь, когда мы знаем падение напряжения на внутреннем резисторе и ток через него, мы можем снова использовать закон Ома, чтобы найти его сопротивление.

Отсюда видно, что внутреннее сопротивление (в данный момент) элемента AA составляет 0.273 Ом .

ПРИМЕЧАНИЕ : С помощью этого метода мы можем только сделать снимок внутреннего сопротивления. Внутреннее сопротивление может варьироваться в зависимости от возраста батареи и температуры. Через 10 минут значение сопротивления может быть другим! Обычная щелочная батарея AA может иметь внутреннее сопротивление от 0,1 Ом до 0,9 Ом.

---

← Предыдущая страница
Введение

Внутреннее сопротивление — когда оно незначительно, а когда нет

Батарейки потеют, если заставлять их работать слишком много

Аккумулятор преобразует химическую энергию в электрическую.Это преобразование вызвано химическими реакциями внутри батареи. Чем быстрее батарея вырабатывает энергию, тем быстрее должны происходить химические реакции.

Если вы заставляете аккумулятор работать интенсивно, то часть химической энергии преобразуется в электрическую, а часть — в тепловую. Тепловая энергия нагревает аккумулятор.

Чем сильнее вы заставляете аккумулятор работать, тем больше химической энергии преобразуется в тепловую и тем сильнее нагревается аккумулятор.

Анимация, показывающая различные способы короткого замыкания всей цепи, подключив одну клемму батареи напрямую к другой.

Как заставить аккумулятор работать

Если вы заставляете батарею работать с одним компонентом, который очень быстро требует энергии, например очень яркой лампочкой, или с множеством компонентов, включенных параллельно, тогда батарея должна работать очень тяжело, потому что она должна очень быстро подавать энергию.

Помните, что батареи являются (или стараются быть) поставщиками постоянного напряжения. Сила тока зависит от выполняемой ими работы. Когда они много работают, они дают большой ток. Но, как мы увидим, если они выдают очень большой ток, то напряжение упадет.

Меньше электроэнергии означает меньшее напряжение

Вы можете думать о напряжении как о энергии на заряд.

Если доступно меньше электроэнергии (поскольку часть химической энергии превращается в тепло в батарее), то напряжение на клеммах батареи упадет. Это означает, что напряжение в цепи также падает.

Практический результат этого состоит в том, что если вы сделаете аккумуляторную батарею большим током к

• заставляет его запускать то, что требует большого тока, например очень яркую (с низким сопротивлением) лампочку
• , позволяющий запускать множество операций одновременно (подключены параллельно)
• закорачивает аккумулятор (соединив проводом одну клемму с другой)

напряжение упадет.

Если электрическая энергия преобразуется в тепловую, это должен быть резистор

Батареи не имеют внутри резистора, который можно вынуть и посмотреть. Но у них действительно есть источники сопротивления, например продукты химических реакций и металлические части со всеми их соединениями.

Таким образом, батареи часто моделируют как идеальный источник питания (напряжение которого никогда не падает), включенный последовательно с воображаемым резистором.

Очевидно, батарейки используются для чего-то вроде лампочки.Сопротивление цепи, в которой они работают, называется сопротивлением нагрузки R _L .

Внутреннее сопротивление обычно обозначается символом r. Это не значит, что он всегда маленький. Сопротивление батарейки для миниатюрных часов может составлять 100 Ом или около того. Батарея фонаря имеет внутреннее сопротивление около 0,1 Ом, а автомобильный аккумулятор — около 0,001 Ом.

Наш воображаемый внутренний резистор подчиняется закону Ома, как и любой другой резистор. Единственное отличие в том, что он спрятан внутри аккумулятора.

Почему важно внутреннее сопротивление?

Автомобильный аккумулятор на 12 В имеет такое же напряжение, как и восемь аккумуляторов 1,5 В. AA. Могли бы вы использовать эти батареи, чтобы завести машину?

Ответ — решительное нет. На это можно взглянуть двумя способами.

1. Батарейки типа AA не могут обеспечивать энергию очень быстро, тогда как вашему стартеру требуется энергия очень быстро.
2. Внутреннее сопротивление ваших батареек AA слишком велико, поэтому напряжение падает с 12 В до почти 0 В, как только вы пытаетесь запустить двигатель.

Если вы знаете, что вам нужно очень быстро подавать энергию, вам нужно очень низкое внутреннее сопротивление. Как и толстый кусок провода, большая батарея имеет меньшее сопротивление. Поэтому аккумуляторные батареи высокой мощности должны быть большими, как автомобильные.

Если вам не нужна энергия очень быстро, другими словами, ваше устройство потребляет только крошечный ток, как цифровые часы, тогда внутреннее сопротивление менее важно, поэтому вы можете позволить себе уменьшить размер батареи. Это полезно, если вы хотите поместить его в часы!

Что такое «незначительное внутреннее сопротивление»?

Это выражение часто встречается в экзаменационных вопросах.

Это не значит, что сопротивление должно быть маленьким. как таковое . Это просто означает, что батарея не работает достаточно усердно, чтобы ее напряжение сильно упало.

Электродвижущая сила — это напряжение аккумулятора, когда на нем ничего не работает

Максимальное напряжение, которое вы можете получить от батареи, называется электродвижущей силой или ЭДС. Это называется так по историческим причинам, но в этом нет ничего особенного. Это просто напряжение. Обычно ему присваивается символ ε.

Если внутренним сопротивлением нельзя пренебречь и аккумулятор работает, например, от лампочки, то фактически измеренное напряжение на выводах аккумулятора (а также на лампе) будет ниже, чем ЭДС. Мы называем это нижнее напряжение напряжением нагрузки, V _L .

Определение внутреннего сопротивления и э.д.с. батареи

Вы можете измерить ЭДС. батареи, просто измерив напряжение на клеммах, когда она ни к чему не подключена.Это называется измерением напряжения в «разомкнутой цепи».

Вы не можете просто измерить внутреннее сопротивление напрямую, потому что вы не можете попасть внутрь батареи. Итак, вам нужно провести эксперимент, в котором вы изменяете ток, потребляемый от батареи (путем изменения сопротивления нагрузки) и измеряя p.d. через терминалы.

Закон Кирхгофа по напряжению гласит, что если сложить напряжения на всех компонентах в последовательной цепи, они должны точно равняться напряжению батареи.

e.м.ф. = напряжение на внутреннем сопротивлении + напряжение на нагрузке (например, лампочке)

В символах это уравнение

ε = V _{внутренний} + V _L

Мы знаем, что V = IR, или используя соответствующие термины для внутреннего сопротивления V _{внутреннее} = Ir, поэтому

ε = Ir + V _L

Мы можем изменить это уравнение, чтобы получить

В _L = -rI + ε

Если вы настроили схему с переменным резистором для нагрузки, вы можете изменить ток I, потребляемый от батареи, и измерить напряжение на клеммах V _L .

График V _L относительно I дает прямую линию с величиной градиента, равной внутреннему сопротивлению r. Э.д.с. это точка пересечения на оси напряжения, другими словами, напряжение при нулевом токе.

назад к Уроку 7: Сопротивление и закон Ома

Портативный анализатор внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи для автомобильного автомобиля Измеритель напряжения свинцово-кислотной аккумуляторной батареи с тестовыми зажимами |

Характеристики:
Тестер внутреннего сопротивления батареи может измерять внутреннее сопротивление и напряжение батареи одновременно.Четырехпроводные испытательные клещи Кельвина адаптированы для того, чтобы лучше избегать влияния контактного сопротивления и сопротивления проводов, что позволяет проводить более точные измерения.
Этот продукт использует интеллектуальное управление, жидкокристаллический дисплей и одновременную вставку математического алгоритма, который имеет преимущества высокой точности, высокой эффективности, низкой стоимости, легкого веса, энергосбережения и защиты окружающей среды. Встроенный литиевый аккумулятор 1000 мАч, зарядка 5 В. Можно использовать зарядное устройство для мобильного телефона Android, что очень удобно.
Этот продукт широко используется в производстве, техническом обслуживании, тестировании аккумуляторных батарей, в научно-исследовательских лабораториях и других случаях. Его также можно использовать для измерения сопротивления конденсаторов и резисторов переменному току с низким сопротивлением и высокой точностью.

Параметры Точность: сопротивление переменному току, постоянное напряжение, R: 0,5%, В: 0,5%
Диапазон измерения, диапазон источника сигнала:
R: 0,01 мQ ~ 200 м В: 0,001 В ~ 75 В пост. Тока
AC: 1 кГц в диапазоне 20 мА: 50 мА в диапазоне 200 м Q / 2Q
5 мА В диапазоне 20Q / 200Q: 0.5 мА
R: автоматический и ручной 5 диапазонов
В: автоматический и ручной, 3 диапазона
Скорость: 10 раз в секунду
Регулировка: поправка на сопротивление и напряжение отдельно
Заводские настройки: сохранить заводскую информацию, восстановить заводское состояние одним ключом
Подсветка: можно включить / выключить, войдя в меню настроек
Настройки энергосбережения: 30-минутная задержка, автоматически отключится, если не работают
Применение: Техническое обслуживание аккумуляторов для мобильных устройств, компьютеров, аккумуляторных автомобилей; проверка и тестирование аккумуляторных заводов.
Отображение результатов: ЖК-дисплей, прямое считывание
Источник питания: встроенный литиевый аккумулятор, подходит для использования зарядного устройства для мобильного телефона Android 5 В, 1 А
Размер: 166 мм (длина) 80 мм (ширина) 28 мм (высота)
Язык: английский и китайский, переключаемый
Примечание:
1.откалиброван перед отправкой, пожалуйста, не восстанавливайте завод произвольно
2. Если вам нужно программное обеспечение, свяжитесь с нами.

В комплект входит:
1 * Тестер внутреннего сопротивления батареи
1 * Тестовый зажим
1 * Руководство пользователя

Тестер автомобильных аккумуляторов RC3563 Ручной тестер внутреннего сопротивления аккумуляторов Анализатор для автомобильных свинцово-кислотных аккумуляторов с сухими элементами | Тестеры аккумуляторов |

RC3563 Ручной анализатор внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи для автомобильного свинцово-кислотного аккумулятора с сухим элементом

ФУНКЦИИ

Тестер внутреннего сопротивления батареи может одновременно измерять внутреннее сопротивление и напряжение батареи.Четырехпроводные испытательные клещи Кельвина адаптированы для того, чтобы лучше избегать влияния контактного сопротивления и сопротивления проводов, что позволяет проводить более точные измерения.

Этот продукт использует интеллектуальное управление, жидкокристаллический дисплей и одновременную вставку математического алгоритма Kalman flter, который имеет преимущества высокой точности, высокой эффективности, низкой стоимости, легкого веса, энергосбережения и защиты окружающей среды. Встроенный литиевый аккумулятор 1000 мАч, зарядка 5 В. Можно использовать зарядное устройство для мобильного телефона Android, что очень удобно.

Этот продукт широко используется в производстве, обслуживании, тестировании различных аккумуляторов, в научно-исследовательских лабораториях и других случаях. Его также можно использовать для измерения сопротивления конденсаторов и резисторов переменному току с низким сопротивлением и высокой точностью.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Параметры Точность: сопротивление переменному току, постоянное напряжение, R: 0,5%, В: 0,5%

Диапазон измерения, источник сигнала Диапазон:

R: 0,01 мQ ~ 200 мВ: 0.001V ~ t75VDCV

Переменный ток: 1 кГц при 20 м при диапазоне: 50 мА при 200 мQ / 2Q

5 мА в диапазоне 20Q / 200Q: 0,5 мА

R: автоматический и ручной. 5 диапазонов

V: автоматический и ручной, 3 диапазона

Скорость: 10 раз в секунду

Регулировка: поправка на сопротивление и напряжение отдельно

Заводские настройки: сохранение заводской информации, восстановление заводского состояния одним ключом

Подсветка: можно включить / выключить, войдя в меню настроек

Настройки энергосбережения: 30-минутная задержка, он автоматически отключится, если не будет работать

Применение: обслуживание аккумуляторов для мобильных устройств, компьютеров, аккумуляторных автомобилей; проверка и тестирование аккумуляторных заводов.

Отображение результатов: ЖК-дисплей, прямое считывание

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Источник питания: встроенный литиевый аккумулятор, подходит для использования зарядного устройства для мобильного телефона Android 5V1A

Размер: 166 мм (длина) ~ 80 мм (ширина) 28 мм (высота) 173.5 г

Язык: английский и китайский переключаемый

Заметка:

1. откалиброван перед отправкой, пожалуйста, не восстанавливайте завод произвольно

2. Если вам нужно программное обеспечение, свяжитесь с нами.

Пакет включает:

1 * Тестер внутреннего сопротивления батареи

1 * тестовый зажим

1 * руководство пользователя

Характеристики батареи

— Как определить и протестировать батарею

Технические характеристики, стандарты и реклама

Батареи могут рекламироваться как Long Life, High Capacity, High Energy, Deep Cycle, Heavy Duty, Fast Charge, Quick Charge, Ultra и другие, плохо определенные параметры, и существует несколько отраслевых или юридических стандартов, точно определяющих каждый из этих терминов. средства.Рекламные слова могут означать все, что хочет продавец. Помимо базовой конструкции батареи, производительность фактически зависит от того, как используются батареи, а также от условий окружающей среды, в которых они используются, но эти условия редко, если вообще когда-либо, указываются в рекламе для массового рынка. Для потребителя это может сбивать с толку или вводить в заблуждение. Однако сама аккумуляторная промышленность не использует такие расплывчатые термины для определения характеристик батареи, а спецификации обычно включают заявление, определяющее или ограничивающее условия эксплуатации или окружающей среды, в которых может быть достигнута заявленная производительность.

В следующем разделе описаны основные параметры, используемые для характеристики элементов или батарей, и показано, как эти параметры могут изменяться в зависимости от условий эксплуатации.

Кривые нагнетания

Энергетические элементы

были разработаны для широкого спектра применений с использованием множества различных технологий, что привело к широкому диапазону доступных эксплуатационных характеристик.На графиках ниже показаны некоторые из основных факторов, которые разработчик приложений должен учитывать при выборе батареи для соответствия требованиям к производительности конечного продукта.

Cell Chemistry

Номинальное напряжение гальванического элемента фиксируется электрохимическими характеристиками активных химических веществ, используемых в элементе, так называемым химическим составом элемента. Фактическое напряжение, появляющееся на выводах в любой конкретный момент времени, как и в любой ячейке, зависит от тока нагрузки и внутреннего импеданса ячейки, и это зависит от температуры, состояния заряда и возраста элемента.

На приведенном ниже графике показаны типичные кривые разряда-разряда для ячеек с различным химическим составом при разряде со скоростью 0,2 ° C. Обратите внимание, что химический состав каждой ячейки имеет свои характеристические номинальное напряжение и кривую разряда. Некоторые химические вещества, такие как литий-ионный, имеют довольно плоскую кривую разряда, в то время как другие, такие как свинцово-кислотная, имеют ярко выраженный наклон.

Мощность, отдаваемая элементами с наклонной кривой разряда, постепенно падает на протяжении всего цикла разряда.Это может вызвать проблемы для приложений с большой мощностью ближе к концу цикла. Для приложений с низким энергопотреблением, которым требуется стабильное напряжение питания, может потребоваться установка регулятора напряжения, если наклон слишком крутой. Обычно это не вариант для приложений с высокой мощностью, поскольку потери в регуляторе могут лишить аккумулятор еще большей мощности.

Плоская кривая разряда упрощает конструкцию приложения, в котором используется батарея, поскольку напряжение питания остается достаточно постоянным в течение всего цикла разряда.Наклонная кривая облегчает оценку состояния заряда батареи, поскольку напряжение элемента может использоваться как мера оставшегося заряда в элементе. Современные литий-ионные элементы имеют очень плоскую кривую разряда, поэтому для определения состояния заряда

необходимо использовать другие методы.

По оси X показаны характеристики ячеек, нормированные в процентах от емкости ячеек, так что форма графика может отображаться независимо от фактической емкости ячейки.Если бы ось X была основана на времени разряда, длина каждой кривой разряда была бы пропорциональна номинальной емкости элемента.

Температурные характеристики

Производительность элемента может резко меняться в зависимости от температуры. В нижнем пределе, в батареях с водными электролитами, сам электролит может замерзнуть, устанавливая нижний предел рабочей температуры. При низких температурах литиевые батареи страдают от литиевого покрытия анода, что приводит к необратимому снижению емкости.В крайнем случае активные химические вещества могут разрушиться, разрушив аккумулятор. Между этими пределами характеристики элемента обычно улучшаются с температурой. См. Также «Управление температурным режимом» и «Срок службы батареи» для получения дополнительных сведений.

На приведенном выше графике показано, как характеристики ионно-литиевых батарей ухудшаются при снижении рабочей температуры.

Вероятно, более важным является то, что как для высоких, так и для низких температур, чем дальше рабочая температура от комнатной, тем больше сокращается срок службы.См. Неисправности литиевых батарей.

Характеристики саморазряда

Скорость саморазряда — это мера того, как быстро элемент теряет свою энергию, находясь на полке, из-за нежелательных химических воздействий внутри элемента. Скорость зависит от химического состава клеток и температуры.

Клеточная химия

Ниже показан типичный срок хранения некоторых первичных ячеек:

• Цинк Углерод (Leclanché) от 2 до 3 лет
• Щелочная 5 лет
• Литий 10 лет и более

Типичные скорости саморазряда для обычных перезаряжаемых элементов следующие:

• Свинцово-кислотный от 4% до 6% в месяц
• Никель Кадмий от 15% до 20% в месяц
• Никель-металлогидрид 30% в месяц
• Литий от 2% до 3% в месяц

Влияние температуры

Скорость нежелательных химических реакций, которые вызывают внутреннюю утечку тока между положительным и отрицательным электродами элемента, как и все химические реакции, увеличивается с температурой, что увеличивает скорость саморазряда аккумулятора.См. Также Срок службы батареи. На приведенном ниже графике показана типичная скорость саморазряда литий-ионной батареи.

Внутреннее сопротивление

Внутренний импеданс ячейки определяет ее пропускную способность по току. Низкое внутреннее сопротивление допускает большие токи.

Схема эквивалента батареи

На схеме справа показана эквивалентная схема для энергетической ячейки.

• Rm — сопротивление металлического пути через ячейку, включая клеммы, электроды и межсоединения.
• Ra — сопротивление электрохимического тракта, включая электролит и сепаратор.
• Cb — емкость параллельных пластин, которые образуют электроды ячейки.
• Ri — нелинейное контактное сопротивление между пластиной или электродом и электролитом.

Типичное внутреннее сопротивление порядка миллиомов.

Влияние внутреннего импеданса

Когда через элемент протекает ток, на внутреннем сопротивлении элемента возникает ИК-падение напряжения, которое снижает напряжение на выводах элемента во время разряда и увеличивает напряжение, необходимое для заряда элемента, таким образом уменьшая его эффективную емкость, а также уменьшая его заряд. / эффективность разряда.Более высокие скорости разряда вызывают более высокие внутренние падения напряжения, что объясняет кривые разряда с более низким напряжением при высоких скоростях C. См. «Скорость разряда» ниже.

На внутренний импеданс влияют физические характеристики электролита: чем меньше размер гранул материала электролита, тем ниже полное сопротивление. Размер зерна контролируется производителем ячейки в процессе измельчения.

Спиральная конструкция электродов часто используется для увеличения площади поверхности и, таким образом, уменьшения внутреннего импеданса.Это снижает тепловыделение и обеспечивает более быструю зарядку и разрядку.

Внутреннее сопротивление гальванического элемента зависит от температуры и уменьшается с повышением температуры из-за увеличения подвижности электронов. График ниже является типичным примером.

Таким образом, элемент может быть очень неэффективным при низких температурах, но эффективность повышается при более высоких температурах из-за более низкого внутреннего импеданса, а также из-за увеличения скорости химических реакций.Однако более низкое внутреннее сопротивление, к сожалению, также приводит к увеличению скорости саморазряда. Кроме того, срок службы ухудшается при высоких температурах. Некоторые формы нагрева и охлаждения могут потребоваться для поддержания ячейки в ограниченном диапазоне температур для достижения оптимальных характеристик в приложениях с высокой мощностью.

Внутреннее сопротивление большинства химических элементов ячеек также имеет тенденцию к значительному увеличению к концу цикла разряда, поскольку активные химические вещества переводятся в свое разряженное состояние и, следовательно, эффективно расходуются.Это в основном отвечает за быстрое падение напряжения элемента в конце цикла разряда.

Кроме того, эффект джоулева нагрева I ² R, потери во внутреннем сопротивлении элемента вызывают повышение температуры элемента.

Падение напряжения и потери I ² R могут быть незначительными для элемента емкостью 1000 мАч, питающего мобильный телефон, но для 100-элементного автомобильного аккумулятора на 200 Ач они могут быть значительными.Типичное внутреннее сопротивление литиевой батареи мобильного телефона емкостью 1000 мА составляет от 100 до 200 мОм и около 1 мОм для литиевой батареи емкостью 200 Ач, используемой в автомобильной батарее. См. Пример.

При работе со скоростью C падение напряжения на элемент будет примерно 0,2 В в обоих случаях (немного меньше для мобильного телефона). Потери I ² R в мобильном телефоне будут составлять от 0,1 до 0,2 Вт. Однако в автомобильной батарее падение напряжения на всей батарее составит 20 В, а потеря мощности, рассеиваемой в виде тепла внутри батареи, составит 40 Вт на элемент или 4 кВт для всей батареи.Это в дополнение к теплу, выделяемому в результате электрохимических реакций в ячейках.

По мере старения элемента сопротивление электролита имеет тенденцию к увеличению. Старение также приводит к ухудшению качества поверхности электродов и увеличению контактного сопротивления, и в то же время эффективная площадь пластин уменьшается, что снижает их емкость. Все эти эффекты увеличивают внутренний импеданс клетки, что отрицательно влияет на ее работоспособность.Сравнение фактического импеданса ячейки с ее импедансом, когда она была новой, можно использовать для измерения или представления возраста ячейки или ее эффективной емкости. Такие измерения намного удобнее, чем фактическая разрядка элемента, и их можно проводить без разрушения тестируемого элемента. См. «Испытания импеданса и проводимости»

Внутреннее сопротивление также влияет на эффективную емкость ячейки.Чем выше внутреннее сопротивление, тем выше потери при зарядке и разрядке, особенно при более высоких токах. Это означает, что чем выше скорость разряда, тем ниже доступная емкость ячейки. И наоборот, если он разряжается в течение длительного периода, емкость в ампер-часах выше. Это важно, потому что некоторые производители указывают емкость своих аккумуляторов при очень низкой скорости разряда, что делает их намного лучше, чем они есть на самом деле.

Скорость разряда

Приведенные ниже кривые разряда литий-ионного элемента показывают, что эффективная емкость элемента уменьшается, если элемент разряжается с очень высокой скоростью (или, наоборот, увеличивается с низкой скоростью разряда).Это называется смещением емкости, и этот эффект характерен для большинства химических элементов ячейки.

Нагрузка аккумулятора

Время разряда батареи зависит от нагрузки, которую она должна обеспечивать.

Если разряд происходит в течение длительного периода в несколько часов, как в некоторых высокопроизводительных приложениях, таких как электромобили, эффективная емкость аккумулятора может быть вдвое больше указанной емкости при коэффициенте C.Это может быть наиболее важным при выборе дорогой батареи для использования с высокой мощностью. Емкость маломощных аккумуляторов бытовой электроники обычно указывается для разряда со скоростью C, тогда как SAE использует разряд в течение 20 часов (0,05 ° C) в качестве стандартного условия для измерения емкости автомобильных аккумуляторов в амперах. График ниже показывает, что эффективная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов с глубокой разрядкой почти удваивается, поскольку скорость разряда снижается с 1,0 ° C до 0.05C. При времени разряда менее одного часа (высокие значения C) эффективная емкость резко падает.

На эффективность зарядки также влияет скорость зарядки. Объяснение причин этого приведено в разделе «Время зарядки».

Из этого графика можно сделать два вывода:

• Следует проявлять осторожность при сравнении характеристик емкости аккумуляторов, чтобы обеспечить сопоставимые скорости разряда.
• В автомобильной промышленности, если высокие значения тока используются регулярно для резкого ускорения или для подъема на холм, дальность действия транспортного средства будет уменьшена.

Рабочий цикл

Рабочие циклы различаются для каждого приложения. Приложения EV и HEV накладывают определенные переменные нагрузки на аккумулятор. См. Пример нагрузочного тестирования. Стационарные батареи, используемые в распределенных сетевых накопителях энергии, могут иметь очень большие изменения SOC и много циклов в день.

Важно знать, сколько энергии используется за цикл, и рассчитывать на максимальную пропускную способность и передачу энергии, а не на среднее значение.

Примечания: Для информации

• Типичный небольшой электромобиль будет потреблять от 150 до 250 Втч энергии на милю при нормальной вождении. Таким образом, для диапазона 100 миль при 200 Вт-час на милю потребуется аккумулятор емкостью 20 кВт-ч.
В гибридном электромобиле
• используются батареи меньшего размера, но они могут потребоваться для работы при очень высокой скорости разряда до 40 ° C. Если в автомобиле используется рекуперативное торможение, аккумулятор также должен выдерживать очень высокую скорость зарядки, чтобы быть эффективным. См. В разделе о конденсаторах пример того, как это требование может быть выполнено.

Уравнение Пойкерта

Уравнение Пойкерта — это удобный способ описания поведения ячеек и количественной оценки смещения емкости в математических терминах.

Это эмпирическая формула, которая приблизительно определяет, как доступная емкость батареи изменяется в зависимости от скорости разряда. C = I ⁿ T, где «C» — теоретическая емкость аккумулятора, выраженная в ампер-часах, «I» — ток, «T» — время, а «n» — число Пейкерта, постоянная для данного аккумулятор. Уравнение показывает, что при более высоких токах в батарее меньше доступной энергии. Число Пейкерта напрямую связано с внутренним сопротивлением батареи.Более высокие токи означают больше потерь и меньшую доступную емкость.

Значение числа Пойкерта показывает, насколько хорошо батарея работает при длительном сильном токе. Значение, близкое к 1, указывает на то, что аккумулятор работает нормально; чем выше число, тем больше емкость теряется, когда батарея разряжается большими токами. Число Пейкерта батареи определяется эмпирически. Для свинцово-кислотных аккумуляторов это число обычно составляет от 1,3 до 1,4

График выше показывает, что эффективная емкость аккумулятора снижается при очень высокой скорости непрерывной разрядки.Однако при периодическом использовании батарея успевает восстановиться в периоды покоя, когда температура также возвращается к уровню окружающей среды. Из-за этой возможности восстановления емкость меньше уменьшается, а эффективность работы выше, если аккумулятор используется с перерывами, как показано пунктирной линией.

Это обратное поведение двигателя внутреннего сгорания, который наиболее эффективно работает при непрерывных устойчивых нагрузках.В этом отношении электроэнергия — лучшее решение для средств доставки, которые постоянно отключаются.

Участки Ragone

График Рагона полезен для характеристики компромисса между эффективной мощностью и управляемой мощностью. Обратите внимание, что графики Рагона обычно основаны на логарифмических шкалах.

На графике ниже показана превосходная гравиметрическая плотность энергии литий-ионных элементов.Также обратите внимание, что ионно-литиевые элементы с анодами из титаната лития (Altairnano) обеспечивают очень высокую плотность мощности, но пониженную плотность энергии.

Энергия и плотность мощности — участок Рагона

Источник Альтаирнано

На графике Ragone ниже сравниваются характеристики ряда электрохимических устройств.Он показывает, что ультраконденсаторы (суперконденсаторы) могут обеспечивать очень высокую мощность, но емкость хранилища очень ограничена. С другой стороны, топливные элементы могут хранить большое количество энергии, но имеют относительно низкую выходную мощность.

Ragone Участок электрохимических устройств

Наклонные линии на графиках Ragone показывают относительное время, необходимое для того, чтобы зарядить устройство или выйти из него.С одной стороны, мощность может быть накачана или извлечена из конденсаторов за микросекунды. Это делает их идеальными для сбора энергии рекуперативного торможения в электромобилях. С другой стороны, топливные элементы имеют очень плохие динамические характеристики, требуя часов для выработки и доставки энергии. Это ограничивает их применение в электромобилях, где они часто используются вместе с батареями или конденсаторами для решения этой проблемы. Литиевые батареи находятся где-то посередине и обеспечивают разумный компромисс между ними.

См. Также Сравнение альтернативных накопителей энергии.

Pulse Performance

Способность передавать сильноточные импульсы — это требование многих батарей. Допустимая токовая нагрузка ячейки зависит от эффективной площади поверхности электродов. (См. Компромисс между энергией и мощностью). Однако ограничение по току определяется скоростью, с которой происходят химические реакции внутри ячейки.Химическая реакция или «перенос заряда» происходит на поверхности электродов, и начальная скорость может быть довольно высокой, так как химические вещества, расположенные рядом с электродами, преобразуются. Однако, как только это произошло, скорость реакции ограничивается скоростью, с которой активные химические вещества на поверхности электрода могут пополняться путем диффузии через электролит в процессе, известном как «массоперенос». Тот же принцип применяется к процессу зарядки и более подробно описан в разделе «Время зарядки».Следовательно, импульсный ток может быть значительно выше, чем частота C, которая характеризует характеристики непрерывного тока.

Срок службы

Это один из ключевых параметров производительности ячейки, который показывает ожидаемый срок службы ячейки.

Срок службы определяется как количество циклов, которое может выполнить элемент, прежде чем его емкость упадет до 80% от его первоначальной указанной емкости.

Каждый цикл заряда-разряда и связанный с ним цикл трансформации активных химикатов, который он вызывает, сопровождается медленным ухудшением химикатов в элементе, что будет почти незаметно для пользователя. Это ухудшение может быть результатом неизбежных нежелательных химических воздействий в ячейке, роста кристаллов или дендритов, изменяющих морфологию частиц, составляющих электроды. Оба эти события могут иметь эффект уменьшения объема активных химических веществ в элементе и, следовательно, его емкости, или увеличения внутреннего импеданса элемента.

Обратите внимание на то, что элемент не умирает внезапно в конце указанного жизненного цикла, а продолжает свое медленное разрушение, так что он продолжает нормально функционировать, за исключением того, что его емкость будет значительно меньше, чем когда она была новой.

Цикл срока службы, как он определен, является полезным способом сравнения батарей в контролируемых условиях, однако он может не дать лучшего показателя срока службы батарей в реальных условиях эксплуатации.Элементы редко эксплуатируются в последовательных полных циклах заряда-разряда, они гораздо чаще подвергаются частичным разрядам различной глубины перед полной перезарядкой. Поскольку в частичных разрядах участвует меньшее количество энергии, аккумулятор может выдерживать гораздо большее количество неглубоких циклов. Такие циклы использования типичны для гибридных электромобилей с рекуперативным торможением. Посмотрите, как продолжительность цикла зависит от глубины разряда (DOD) в разделе Срок службы батареи.

Срок службы также зависит от температуры, как от температуры эксплуатации, так и от температуры хранения.См. Более подробную информацию в разделе «Неисправности литиевых батарей».

Общая пропускная способность по энергии

Более репрезентативный показатель срока службы батареи — это Lifetime Energy Throughput . Это общее количество энергии в ватт-часах, которое может быть вложено в аккумулятор и снято с него в течение всех циклов в течение срока его службы, прежде чем его емкость снизится до 80% от первоначальной емкости нового аккумулятора.Это зависит от химического состава клетки и условий эксплуатации. К сожалению, эта мера пока не используется производителями элементов питания и еще не принята в качестве отраслевого стандарта для аккумуляторов. Пока он не войдет в широкое использование, его нельзя будет использовать для сравнения производительности элементов от разных производителей таким образом, но, если он доступен, по крайней мере, он предоставляет более полезное руководство для инженеров по применению для оценки срока службы используемых батарей. в своих проектах.

См. Также Состояние работоспособности (SOH) и Расчетный срок службы батареи

Глубокий разряд

Срок службы цикла уменьшается с увеличением глубины разряда (DOD) (см. Срок службы батареи), и многие химические элементы элементов не допускают глубокую разрядку, и элементы могут быть необратимо повреждены при полной разрядке.Специальные конструкции ячеек и химические смеси необходимы, чтобы максимально увеличить потенциальную глубину разряда батарей глубокого разряда.

Зарядные характеристики

Кривые зарядки и рекомендуемые методы зарядки включены в отдельный раздел, посвященный зарядке

ЭДС и внутреннее сопротивление

ЭДС и внутреннее сопротивление

Введение

В последние десятилетия произошел огромный рост потребительской электроники.Хотя функции новых устройств сильно различаются, их энергия по-прежнему в основном поступает либо от батарей, либо от сети.

В простых схемах, рассмотренных до сих пор, мы изобразили источники питания, способные обеспечивать такой же ток, как и компоненты. требуется. На самом деле это не так.

Основы ЭМП

В

энергия

Система имеет энергию, когда она способна выполнять работу.Научной единицей энергии является джоуль. Энергия, обеспечиваемая любым

мощность

Мощность системы — это мера скорости, с которой энергия передается из одной формы в другую. Научная единица мощности — это ватт. источника питания, такого как батарея, на каждый

кулон

Кулон — это единица заряда. Один кулон примерно эквивалентен заряду 6.25 × 10 ¹⁸ электронов кулоновского заряда, покидающего батарею или

мощность

Мощность системы — это мера скорости, с которой энергия передается из одной формы в другую. Научная единица мощности — это ватт. источник питания называется

электродвижущая сила

Электродвижущая сила (часто сокращенно ЭДС) батареи — это мера ее способности обеспечивать энергией обвинения.электродвижущая сила или

EMF

EMF — это общепринятое сокращение электродвижущей силы — измерение способности батареи обеспечивать энергией сборы. Электродвижущая сила измеряется в джоулях на

кулон

Кулон — это единица заряда. Один кулон приблизительно эквивалентен заряду 6,25 × 10 ¹⁸ электронов.кулонов (JC ^-1 ) или вольт (В).

Нажмите на рисунок ниже, чтобы взаимодействовать с моделью.

Рисунок 1. Последовательная цепь A.

Включите схему, показанную на рис. 1, щелкнув выключатель. Затем подключите вольтметры к зуммеру и лампе, перетащив их в места в цепи.Обратите внимание на значения p.d.s для двух компонентов.

Вы должны были обнаружить один пример общего правила, которое гласит, что сумма ЭДС батареи всегда равна сумма p.d.s по компонентам. Это можно резюмировать в следующем уравнении:

Подтвердите, что сумма ЭДС аккумулятора всегда равна сумме п.о. по всем компонентам, изменив значения. напряжений аккумуляторной батареи на рис.1. Для этого щелкните по напряжениям батарей и измените их значения в диапазоне 0–10 В.

Внутреннее сопротивление

На рис.1 зуммер и лампа были прикреплены к клеммам батарей. Они могли так же легко быть связаны к выходным клеммам источника питания. Когда какой-либо набор компонентов подключен к клеммам аккумулятора или подобный источник питания, они все вместе называются внешней схемой . Это сделано для того, чтобы отличать такие компоненты от внутренней схемы в блоке питания.В

сопротивление

Противодействие протеканию тока, создаваемое цепью, называется сопротивлением. Сопротивление измеряется в единицах, называемых Ом. Сопротивление

внешняя цепь

Все компоненты, подключенные к клеммам батареи или источника питания, вместе известны как внешняя цепь. Внешняя цепь часто упоминается как сопротивление нагрузки .

На рис.1 сопротивление нагрузки составляет , только сопротивление в цепи. Однако это не так в схеме на рисунке 2 ниже.

Щелкните рисунок ниже, чтобы взаимодействовать с моделью.

Рисунок 2. Влияние внутреннего сопротивления.

Снова переместите вольтметры на место, чтобы измерить p.d. через два компонента.

Мы можем объяснить «потерянное напряжение» на рисунке 2 тем, что светодиод и лампа не являются единственными источниками сопротивления в схема. На самом деле батарея также имеет небольшое внутреннее сопротивление .

Любой аккумулятор или блок питания с

внутреннее сопротивление

Все батареи или блоки питания имеют внутреннее сопротивление. Это сопротивление снижает мощность p.d. как подаваемый ток увеличивается. внутреннее сопротивление можно представить, как показано на рисунке 3. Здесь внутреннее сопротивление 2 Ом показано как резистор, включенный последовательно с источником питания.

Рисунок 3. Изображение батареи с внутренним сопротивлением.

Внутреннее сопротивление присуще всем практичным источникам питания. Различные конструкции батареи будут иметь разные внутренние сопротивления, и производители часто принимают меры для минимизации внутреннего сопротивления.

Выход 12 В от автомобильного аккумулятора будет иметь такой же выход

напряжение

Напряжение на компоненте — это электрическая энергия, передаваемая 1 кулоном заряда, проходящего через компонент.напряжение как бытовой аккумулятор 12 В. Однако автомобильный аккумулятор должен иметь гораздо более низкое внутреннее сопротивление и необходимую конструкцию. для этого автомобильный аккумулятор становится больше и тяжелее.

Вольтметр на рисунке 4 ниже показывает «потерянные вольты», хотя на практике это величина, которую невозможно измерить. экспериментально.

Щелкните рисунок ниже, чтобы взаимодействовать с моделью.

Рисунок 4. Измерение «потерянных» вольт.

Установите переменный резистор в цепи на рис. 4 на 10 Ом. Закройте переключатель и обратите внимание на значения пиковых значений на внутреннем сопротивление и нагрузочный резистор.

ПД. Фактически доступный на клеммах аккумуляторной батареи называется клемма p.d. Если ЭДС батареи E ,

терминал р.д.

Терминал п.d. напряжение на клеммах аккумулятора или источника питания. Терминал п.д. варьируется в зависимости от от того, какой ток потребляется. терминал p.d. составляет В _tpd и p.d. на внутреннем сопротивлении В _{потеряно} , мы можем сказать:

Вышеприведенное уравнение остается в силе, независимо от того, какое значение имеет нагрузочный резистор или

ток

Скорость прохождения заряда через любую конкретную точку в цепи.Базовая единица измерения тока — это ток в амперах, потребляемый от источника питания. В этом можно убедиться, используя рис.4. Установите переменный резистор на значение 60 Ом.

Проверьте это еще раз для другого значения переменного резистора.

Эффекты внутреннего сопротивления

На рисунке 5 ниже показаны две идентичные схемы, позволяющие подключать разное количество ламп к батареям. Контур B имеет внутреннее сопротивление в батарее, тогда как схема A показывает гипотетический случай, когда нет внутреннего сопротивления.

Нажмите на рисунок ниже, чтобы взаимодействовать с моделью.

Рисунок 5. Влияние внутреннего сопротивления.

Заполните следующую таблицу для контура A.

Заполните следующие предложения, чтобы описать поведение цепи без внутреннего сопротивления.

• 
  Когда переключатель A1 замкнут, p.d. на лампе 990 В, а ток от аккумулятора 990 мА. Когда последующие переключатели замыкаются, ток, снимаемый с батареи, увеличивается с шагом 990 мА.
  

Теперь заполните следующую таблицу для контура B.

Заполните следующие предложения, чтобы описать поведение цепи с внутренним сопротивлением.

• 
  Когда переключатель B1 замкнут, p.d. на лампе больше чем 9 В, а ток, потребляемый от батареи, больше чем 90 мА. Когда последующие переключатели замыкаются, ток, снимаемый с батареи, увеличивается неравномерно, более чем на 90 мА. При таком же количестве включенных ламп ток, протекающий в цепи A, всегда больше, чем ток, протекающий в цепи B.
  

Рис.5 ясно демонстрирует, что, когда батарея имеет внутреннее сопротивление, увеличение тока, потребляемого от батареи, уменьшает напряжение, доступное для внешней цепи. Вот почему производители блоков питания и аккумуляторов часто стараются снизить внутреннее сопротивление их продукции.

Определение максимального тока

Когда источник питания или батарея имеют внутреннее сопротивление, увеличение тока, подаваемого во внешнюю цепь, снижает п.d. по этой цепи. По мере увеличения тока, снимаемого с источника питания, ток через внутреннее сопротивление увеличивается. и так еще п.д. будет через внутреннее сопротивление. Следовательно, меньше p.d. будет доступен для внешних цепь. Мы можем увидеть эту идею математически, используя приведенное выше уравнение:

, где E — это ЭДС, V _tpd — p.d. между клеммами аккумулятора, и В _{потеряно} — это «потерянное» напряжение.

Поскольку внутреннее сопротивление R и нагрузочный резистор R соединены последовательно, одинаковый ток, I , проходит через оба резистора.

Следовательно,

По мере увеличения I , Ir увеличивается, а поскольку E является постоянным, V tpd должно уменьшаться.

Таким образом, когда ток I , потребляемый от батареи, увеличивается, p.d. доступная на его выходе ( В, т / д, ) уменьшается.

Если ток становится достаточно большим, выходной сигнал p.d. упадет до нуля. Значение тока, при котором это происходит называется I _макс .

Щелкните рисунок ниже, чтобы взаимодействовать с моделью.

Рисунок 6. Определение максимального тока.

Батарея, показанная на Рис.6 выше, имеет внутреннее сопротивление (которое не показано на принципиальной схеме). Используйте переменный резистор для изменения тока, потребляемого батареей, и наблюдения за его изменением.

Когда сопротивление на батарее равно нулю, мы говорим, что батарея закорочена .Максимальный ток протекает при коротком замыкании батареи.

Определение ЭДС

Мы видели, что происходит, когда максимальный ток получается от источника питания. В качестве альтернативы, если ток не подается от источника питания выходное напряжение В _тпд и ЭДС E аккумулятора равны.

Мы можем снова продемонстрировать эту идею математически, повторно используя приведенное выше уравнение:

Если ток не потребляется от источника питания I = 0, поэтому Ir = 0

Следовательно, E = V tpd .

ЭДС питания равняется выходному п.о. когда нет тока.

Щелкните рисунок ниже, чтобы взаимодействовать с моделью.

Рисунок 7. Определение ЭДС аккумуляторной батареи.

Батарея, показанная на Рис.7 выше, имеет внутреннее сопротивление (которое не показано на принципиальной схеме).Используйте переменный резистор чтобы изменить ток, потребляемый от батареи, и посмотреть, как p.d. по лампочке разнится.

Нажмите на рисунок ниже, чтобы взаимодействовать с моделью.

Рис. 8. Отключение тока от батареи.

Замкните выключатель, чтобы увидеть, как показания вольтметра на рис.8 изменений.

Определение внутреннего сопротивления

На рис.9 переменный резистор подключен к батарее. Мы будем использовать эту схему для определения ЭДС, максимального тока, и внутреннее сопротивление батареи.

Нажмите на рисунок ниже, чтобы взаимодействовать с моделью.

Рисунок 9. Батарея и резистор.

Отрегулируйте переменный резистор, чтобы изменить ток, проходящий через схему на рисунке 9 выше.

Установите переменный резистор, показанный на рис. 9, в различные положения и введите значения для клеммы p.d. В _tpd , а текущий I в таблицу на Рис.10.

Рисунок 10. Терминал p.d. изменение в зависимости от тока.

Линия на графике на рис.10 представлена ​​уравнением E = V _tpd + Ir . Мы можем использовать это уравнение, чтобы объяснить форму линии.

По мере увеличения I увеличивается Ir .

Поскольку E постоянно, V tpd должно уменьшиться.

Когда ток увеличивается и становится равным I max , тогда выходной сигнал p.d. упадет до нуля.

Ток достигает I макс. , когда сопротивление на выходе батареи равно нулю.

Как мы видели ранее, это ток, протекающий при коротком замыкании.

На графике значение I _max дано точкой, в которой линия пересекает ось x. Продолжая линию на рис.10 до точки, где она пересекает ось x, мы можно найти значение для I _max .

Мы уже видели, что ЭДС является самым большим напряжением, доступным от батареи, и что это происходит, когда I = 0. На графике это показано точкой, где линия пересекает ось y графика.

Теперь, когда мы знаем значения ЭДС и тока короткого замыкания I _max , мы можем рассчитать внутреннее сопротивление батареи. Приведенные ниже шаги проводят анализ того, как это сделать.

Мы знаем, что

Мы также знаем, что когда ток равен I max , выход p.d. равно нулю, В tpd = 0

Мы можем изменить это, чтобы найти выражение для тока короткого замыкания.

Можно еще раз переставить, чтобы найти выражение для внутреннего сопротивления r .

В качестве альтернативы мы можем использовать данные другим способом, чтобы найти внутреннее сопротивление источника питания. Строка в График на рис.10 представлен уравнением:

Щелкните член V _tpd , чтобы изменить формулу. Теперь он имеет стандартную форму ‘ y = m x + c’, где V _tpd — это переменная, нанесенная на ось Y, а I — переменная, нанесенная на ось x.Перехват дает ЭДС питания, а отрицательный градиент указывает его внутреннее сопротивление.

Рисунок 11. Терминал p.d. изменение в зависимости от тока.

График выше показывает график терминала p.d. график зависимости от тока для источника питания.

Мощность в цепях

Экспериментальные данные, полученные на Рисунке 10, показывают разные токи, проходящие через резистор для разных значений. п.д. через это. Мы можем умножить эти значения, чтобы получить мощность, рассеиваемую в резисторе при разных токах. так же мы можем использовать

Закон Ома

Закон Ома гласит, что при постоянной температуре ток в проводнике прямо пропорционален d.п. поперек проводника. Константа пропорциональности называется сопротивлением образца. Закон Ома позволяет получить значения сопротивления, подключенного к батарее, простым делением p.d. показания текущими показаниями.

Рис. 12. Максимальная мощность.

График зависимости подаваемой мощности от сопротивления нагрузки показывает, что мощность, подаваемая во внешнюю цепь, не является постоянной. Доставляемая мощность возрастает до максимума, когда внутреннее и внешнее сопротивление равны.

Сводка

Все компоненты, подключенные к клеммам батареи или источника питания, вместе известны как внешняя цепь.Общее сопротивление этих компонентов известно как сопротивление нагрузки.

Все батареи или блоки питания имеют внутреннее сопротивление. Это сопротивление снижает выходной p.d. как ток увеличивается.

Выход п.о. В _tpd для любого тока I можно найти с помощью уравнения:

, где E — ЭДС источника питания, а r — внутреннее сопротивление источника питания.

Если известны ЭДС источника питания и ток короткого замыкания I _max , внутреннее сопротивление источника питания можно определить с помощью следующего уравнения:

Молодец!

Попробуйте еще раз!

.