Внутреннее сопротивление акб авто
Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора и для чего оно используется?
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.
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.
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.
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.
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 изображениях ниже можно посмотреть значения ЭДС автомобильного аккумулятора в разомкнутой цепи и напряжения при подключении нагрузки в виде двух автомобильных лампочек, соединённых параллельно.
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.
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
Внутреннее сопротивление аккумулятора — как измерить
Внутреннее сопротивление аккумулятора – один из параметров аккумулятора, которые необходимо регулярно контролировать. Это позволит продлить срок службы АКБ, обеспечит бесперебойный запуск двигателя независимо от климатических условий. На показатель влияет множество факторов. Узнать внутренне сопротивление можно самостоятельно, используя один из доступных способов.
Внутреннее сопротивление — это физический термин, объединяющий омическое сопротивление и сопротивление поляризации.
Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора
Внутреннее сопротивление – физический термин, объединяющий омическое сопротивление и сопротивление поляризации. Например, если нормальное напряжение нового аккумулятора 13 В, то если его подключить к устройству с сопротивлением 1 Ом, оно упадёт до 12,2 А. Такое положение дел противоречит закону Ома, согласно которому должно получаться 13 А. Связано это с тем, что не только поданная нагрузка, но и сам аккумулятор имеет сопротивление. Реакция, в результате которой генерируется электроэнергия, осуществляется с некоторым затормаживанием.
Падение силы тока происходит также в результате процессов, происходящих внутри аккумулятора. Также существуют другие факторы, негативно влияющие на силу тока, генерируемую АКБ.
Проводимость никогда не бывает постоянной, значение меняется в зависимости от текущего состояния аккумуляторной батареи, других факторов.
Нормальное внутреннее сопротивление
Как показывает расчет внутреннего сопротивления батареи, не существует эталонного значения. Для исправного аккумулятора легкового автомобиля, который находится в неизношенном состоянии, нормальный показатель должен быть в пределах 4-6 мОм.
От чего зависит параметр
Внутреннее сопротивление динамично, находится под влиянием таких параметров: ёмкость батареи, ток, нагрузка, текущий уровень заряда, температура электролита внутри банок. Чем больше ток нагрузки, тем меньше параметр. Аналогичная ситуация и с ёмкостью. Чем она выше, тем ниже внутреннее сопротивление АКБ.
Кривая внутреннего сопротивления АКБ.
Как определить внутреннее сопротивление
Чтобы проверить параметр, существуют специальные приборы. С их помощь можно определить:
Любой их приборов, способов измерения позволит определить качественное состояние автомобильного аккумулятора, при этом нельзя говорить о количественных параметрах, так как метод не позволяет установить, сколько ещё способен проработать аккумулятор.
Измерять показатели аккумулятора мультиметром рекомендуется регулярно. Таким образом, покупка новой батареи станет плановой, а не экстренной. По статистике, с каждым годом внутреннее сопротивление повышается на 5%. Если динамика составляет более 8%, значит АКБ неправильно эксплуатируется, водителю придётся искать причину, что создаёт повышенную нагрузку.
Показатель проводимости аккумулятора рассчитывают с учетом ЭДС, тока, нагрузки. Величина будет меняться в зависимости от следующих исходных:
Особенное влияние на импеданс оказывают параметры электролита: состав, плотность, температура в банках. Внутреннее сопротивление зависит от типа аккумулятора. У кислотно-свинцовых минимальный показатель сопротивления, сила тока не превышает 2,5 кА, что достаточно для нормально пуска двигателя.
Лучше всех – NiCd АКБ. Они способны сохранять высокое внутреннее сопротивление даже после 1000 циклов зарядки-разрядки.
У NiMH импеданс изначально выше, начинает ещё увеличиваться примерно после 350 зарядно-разрядных циклов.
Характеристики Li-ion аккумулятора находятся посередине между NiMH и NiCd источниками питания. В процессе эксплуатации сопротивление не увеличивается. При этом лет Li-ion-батареи полностью деградируют, если ими не пользоваться в течение 2-3 лет.
Для замера внутреннего сопротивления аккумулятора в домашних условиях используется несколько способов.
Подача переменного тока
Самый простой, но занимающий много времени, метод, требующий следующего оборудования:
Использование цифрового вольтметра вместо аналогового резко увеличивает точность измерений.
Метод является простым, при этом недостаточно точным, так как существуют факторы, не позволяющие гарантировать правильность оценки внутреннего сопротивления.
Значения при измерениях учитывает частоту, включают активные и реактивные параметры. Влияние на точность снимаемых показателей оказывает особенность химической реакции, протекающей в банках аккумуляторной батареи.
Метод постоянной нагрузки
Наиболее распространённый способ. Бытовые потребители применяют его чаще, чем метод подачи переменного тока. Подключив оборудование, в течение нескольких секунд происходит разрядка под нагрузкой. Показатели внутреннего напряжения вначале и в конце процедуры фиксируются с помощью вольтметра. Полученные данные оцениваются, согласно закону Ома.
Данный метод не подходит для старых батарей, не позволит реально оценить текущее техническое состояние.
Короткоимпульсный способ
Относительно новый метод, предлагающий водителю преимущества:
Как сделать замеры
Для точного измерения необходимо использовать графики разрядных кривых. Но данный способ не подходит обычному водителю, у которого нет специального оборудования. Как правило, в быту используется фара из лампы, например, галогенка на 60 Вт и тестер. Рекомендуется использовать цифровой вольтметр, только он позволит точно зафиксировать показатели. Ни в коем случае не стоит использовать светодиодную лампу. Низкое энергопотребление не позволит оценить скачок в бортовой сети. Лампа и мультиметр последовательно подключаются к батарее, показания записываются.
Разрядная кривая свинцового аккумулятора.
После отключения нагрузки проводятся повторные замеры, полученные данные сопоставляются. Если разница не превышает 0,02 В, источник питания находится в хорошем состоянии — импеданс не больше 0,01 Ом.
Особенности измерения для автомобильной АКБ
У водителей нет однозначного мнения, как лучше измерять внутреннее сопротивление аккумулятора. Некоторые предпочитают делать это на станции технического обслуживания. Другие не хотят тратить время на сервис, зная, что дома, в гараже процедура займёт несколько минут.
Эксперты советуют учитывать несколько нюансов:
Внутреннее сопротивление – важный параметр. Если замерять его регулярно, можно избежать проблем с запуском автомобиля, электроприборами, проводкой.
Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора?
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:
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:
Особенное влияние на импеданс оказывает электролитическая масса: химический состав, концентрация, температурные условия эксплуатации. Зависимость внутреннего сопротивления источников питания от состава электролита:
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:
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:
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:
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:
Параметр важный. Если измерять его регулярно, это позволит избежать многих проблем. Так считают большинство автолюбителей независимо от того, проводят они измерения сами или обращаются к мастерам.
Как проверить внутреннее сопротивление аккумулятора
Среди важных параметров аккумулятора большинство автовладельцев, не задумываясь, упомянут емкость батареи и ток холодной прокрутки. Лишь немногие вспомнят о внутреннем сопротивлении АКБ. Между тем, этот параметр важен и может многое сказать о состоянии аккумулятора.
Что это за параметр и для чего предназначен
Зная внутреннее сопротивление, можно определить наибольший ток, который может отдать аккумулятор. Чем меньше r, тем выше токоотдача (мощность) батареи. Также надо учитывать, что внутреннее сопротивление во многом определяется теми же параметрами, что и емкость (площадь реакции на пластинах, состояние электролита и т.п.), хотя жесткой зависимости между ними нет, поэтому по динамике увеличения сопротивления (если его мерить регулярно) можно определить изменение емкости и общего состояния АКБ.
Эти данные достаточно косвенные и приблизительные по сравнению с замерами, полученными по итогам контрольно-тренировочного цикла. Зато измерения происходят намного быстрее, и проводить их можно чаще, даже не снимая батарею с автомобиля.
Как можно проверить внутреннее сопротивление АКБ
Замерить сопротивление аккумулятора мультиметром в режиме омметра нельзя – уже говорилось, что представление в виде резистора достаточно условное. Поэтому измерить параметр можно только косвенными методами. Для этого надо собрать схему с нагрузкой, амперметром и вольтметром, указанную выше. Нагрузка должна быть мощной, обеспечивать ток хотя бы 100 ампер (лучше 200), иначе точность замера будет невысокой. Если нагружать аккумулятор 12-вольтовыми лампами накаливания, то потребуется гирлянда суммарной мощностью P=U*I=12*100=1200 ватт (а лучше 2400).
Лампу накаливания на большую мощность приобрести трудно, потому что линейку излучаемых мощностей от 100 ватт производители стараются закрывать светодиодными светильниками. Они не подойдут для измерения как раз из-за низкого потребляемого тока. А 60-ваттных ламп на 12 вольт потребуется 20 (лучше 40) штук. Приобретать такое количество осветительных приборов для одного замера нецелесообразно, поэтому есть смысл изготовить нагрузочный резистор из провода с высоким сопротивлением.
Если разрезать провод на 4 равные по длине части и соединить их параллельно, то общее сопротивление будет около 0,75 ом, Этого достаточно, чтобы инициировать ток около 17 ампер. Точность замеров будет недостаточна, поэтому можно сделать две нагрузки из двух спиралей и соединить их параллельно, уменьшив сопротивление вдвое и подняв ток до 34 ампер. Чтобы еще увеличить точность замера, можно еще увеличить нагрузку, соединяя в параллельную гирлянду большее количество отрезков спирали.
Не следует соединять высокоомный провод пайкой. Этот материал плохо паяется и при нагреве сочленение может распасться. Лучше выполнить зажимное (болтовое) соединение.
В итоге должна получиться схема, показанная на рисунке. Напряжение на клеммах надо измерить до сборки схемы, в режиме разомкнутой цепи. Для замера тока можно использовать мультиметр в режиме амперметра. Только надо учитывать инерционность прибора и выполнять опыт по измерению r придется до стабилизации показаний. Затягивать замер нельзя – нагрузка будет сильно нагреваться. Также надо учесть, что при нагреве сопротивление нагрузки увеличится.
Видео-вариант замеров сопротивления.
После проведения опыта будут известны величины:
Полученные цифры надо лишь подставить в формулу, выведенную из закона Ома для полной цепи: r = E/I-R. Если при напряжении ХХ 12,6 вольт под нагрузкой получены значения тока 30 А при сопротивлении нагрузки 0,4 Ом, то внутреннее сопротивление будет равно r=(12,6/30)-0,4=0,02 Ом=20 миллиОм.
Подобный замер производится при использовании нагрузочной вилки. Сначала определяется напряжение на холостом ходу, а потом напряжение под нагрузкой. Результат второго замера прямо зависит от внутреннего сопротивления. Оно не вычисляется (хотя продвинутые приборы вполне могут это сделать, данных достаточно), просто по таблице делается вывод о состоянии АКБ.
Какое сопротивление аккумулятора можно считать нормой
Нормой внутреннего сопротивления автомобильного аккумулятора можно считать такое его значение, которое не отклоняется от паспортного в пределах 5%..10%. Тот же самый подход верен и для других параметров АКБ – емкости, токоотдачи и т.д. На самом деле производители редко указывают значение r в сопроводительной документации и практически никогда – на шильдике. Нормальное значение можно узнать из статистики – измерить внутреннее сопротивление нескольких аккумуляторов в заведомо исправном состоянии и полностью заряженных. Если измерения проводить при одной и той же нагрузке, можно получить усредненное значение r, которое возможно принять за нормальное.
Другой путь – вычислить параметр через максимальную токоотдачу. Например, если производитель декларирует наибольший ток, отдаваемый свинцово-кислотной батареей, как 500 ампер, то можно подставить в формулу полной цепи значения:
I=E/(R+r), отсюда r = E/I-R = 12,6/500-0 = 0,025 Ом = 25 мОм. Это значение можно сравнить с измеренным, но следует понимать, что замеры должны быть проведены точно в таких же условиях, что в лаборатории производителя, поэтому точного совпадения ожидать не надо.
Внутреннее сопротивление аккумулятора – параметр более сложный для понимания и дающий меньше информации, чем та же емкость батареи. Но знание этой характеристики поможет быстрее оценить общее состояние АКБ и дать дополнительные качественные сведения. При этом надо четко понимать, что значение r нелинейно зависит от многих параметров, включая степень заряженности батареи, температуру, относительный уровень нагруженности аккумулятора и т.п. Но прогноз состояния батареи по итогам замеров внутреннего сопротивления все же достоверен.