Как измерить сопротивление аккумулятора 18650 мультиметром. Выбор и использование персональных навигаторов GPS
Напряжение автомобильного аккумулятора это разность потенциалов на полюсных выводах. Для большей точности рекомендуется измерять напряжение, когда переходные процессы, вызванные током заряда или разряда, закончились. Их длительность может составлять несколько часов, а изменение напряжения на может достичь 0,6-1,8 Вольта. Хотя принято считать, что стартерные автомобильные АКБ имеют в номинале напряжение 12 Вольт, в действительности напряжение новой заряженной аккумуляторной батареи находится в пределах 12,7-13,3 Вольта.
Емкость аккумуляторной батареи характеризуется количеством электричества, измеренное в ампер-часах, получаемое от аккумулятора при его разряде до установленного конечного напряжения, равного 10,5 Вольта и температуре 20 градусов. При нормальной эксплуатации разряжать аккумулятор автомобиля ниже конечного напряжения не рекомендуется. В противном случае резко снижается ресурс его работы.
Значение емкости АКБ позволяет рассчитать примерное время отдачи (или работы) ею среднего тока в нагрузку. Емкость зависит от силы разрядного тока, поэтому при испытаниях условия разряда нормируются. Ток разряда установлен 0,05 Cp для 20-ти часового режима разряда и 0,1 Cp для 10-ти часов. Для аккумуляторной батареи емкостью 60 Ач он, соответственно, равен 3 Ампер и 6 Ампер. При таких токах емкость новой соответствует номиналу. А для тока разряда 25 Ампер типовая емкость данной АКБ составляет 40 Ач. Такая емкость обеспечит время питания электрооборудования в течение 96 минут.
40 Ач х 60 минут / 25 Ампкр = 96 минут.
Величина тока в 25 А принята в тестах не случайно. Считается, что таково потребление тока электрооборудованием типового легкового автомобиля. При стартерных токах емкость автомобильного аккумулятора может упасть в 5 раз относительно номинальной. Так, для батареи 6СТ-55А при стартерном токе в 250 А и температуре минус 18 градусов емкость составляет всего 10 Ач вместо 55 Ач. И все же эта величина обеспечит суммарное время прокрутки стартера в 2,4 минуты.
10 Ач х 60 минут / 250 Ампер = 2,4 минуты.
Емкость автомобильного аккумулятора очень резко уменьшается при отрицательных температурах и уже при минус 20 градусах уменьшается до 40-50 %
Уменьшение тока холодной прокрутки и емкости АКБ 6СТ-55 при понижении температуры.
При большей емкости автомобильный аккумулятор дает и больший ток холодной прокрутки. Например емкостью 55 Ач обеспечивает ток в 420-480 Ампер по стандарту EN и 250-290 Aмпер по DIN, аккумулятор с емкостью 62 Ач обеспечивает ток 510 Aмпер по стандарту EN и 340 Ампер по DIN, а аккумулятор 77 Ач уже 600 Ампер по EN и 360 Ампер по DIN.
Сила тока холодного старта (Сold Cranking Amper — CCA) автомобильного аккумулятора, требования стандартов DIN 43539 T2, EN 60095-1, SAE, IEC 95-1 (МЭК 95-1).
Сила тока холодного старта автомобильного аккумулятора определяет его максимальную пусковую способность, то есть какой ток АКБ может отдать при температуре минус 18 градусов в конце заданного интервала времени, пока напряжение аккумуляторной батареи не упадет до требуемого минимального уровня. В стандартах DIN и EN предусмотрены две проверки процесса разряда автомобильного аккумулятора до величины напряжения 6 Вольт.
Первая проверка производится через 30 секунд от начала разряда, и в ней измеряется напряжение U30 аккумулятора, которое для стандарта DIN должно быть больше 9 Вольт, а для стандарта EN - больше 7,5 Вольт. Вторая проверка состоит в измерении длительности разряда Т6v до достижения АКБ напряжения 6 Вольт, которая должна быть не менее 150 секунд.
Существует четыре стандарта, DIN 43539 T2, EN 60095-1, SAE, IEC 95-1 (МЭК 95-1), определяющих продолжительность испытательного интервала времени и допустимое минимальное напряжение автомобильного аккумулятора, требования к которым указаны в таблице ниже
В стандартах SAE и IEC определено лишь граничное значение напряжения U30. Для удобства сравнения значения тока холодной прокрутки автомобильного аккумулятора можно пересчитать из одного стандарта в другой. Перерасчет токов происходит по следующим формулам.
Isae = 1,5Idin + 40 (A)
Iiec = Idin/0,85 (A)
Ien = Idin/0,6 (А)
Idin = 0,6Ien (A)
Значения в стандарте EN округляют.
— При токе менее 200 А с шагом 10 А.
— При токе от 200-300 А с шагом 20 А (220, 240, 260, 280 А).
— При токе 300-600 А с шагом 30 А (330, 360, 390 А и т. д.).
Например, аккумулятор VARTA емкостью 55 Ач имеет ток в стандарте DIN, равный 255 Aмпер. Используя приведенные формулы, получим для Isae = 422,5 Aмпер, Iiec = 300 Aмпер, Ien = 425 Aмпер, округляя — 420 А.
Обычно величина силы тока холодного старта ССА автомобильного аккумулятора превышает численно номинальную емкость в 6,5-7,5 раз. Число возможных пусков двигателя за весь срок службы автомобильного аккумулятора составляет от 4000 для и мало обслуживаемых батарей и до 12 000 у батарей специальной конструкции, например АКБ Optima, по данным изготовителя.
Считается, что за один год при эксплуатации умеренной интенсивности производится от 1 000 до 2 000 стартов двигателя. Таким образом, срок службы автомобильного аккумулятора может составить от 4 до 2 лет. Отметим в виду важности, что ток холодного старта CCA в соответствии со стандартами нормируются каждым изготовителем автомобильного аккумулятора только для температуры минус 18 градусов. Данные для более низких температур изготовитель не приводит.
Для полностью заряженной и новой батареи емкостью 50-60 Ач ток холодной прокрутки находится в пределах 300-500 Ампер. Если стартерный ток типовой АКБ 6СТ-55 при температуре плюс 25 градусов составляет 400 Ампер, то при температуре минус 30 градусов он снизится до 200 А. С каждой новой попыткой не успешного запуска его величина будет все меньше и меньше. Хотя технологии производства аккумуляторных батарей и улучшаются, но эти изменения почти не повлияли на степень снижения их стартерного тока при отрицательной температуре.
Резервная емкость (RC — остаточная емкость) автомобильного аккумулятора.
Резервная емкость или остаточная емкость автомобильного аккумулятора редко указывается в паспорте аккумулятора, но она важна для потребителя, поскольку показывает время, в течение которого аккумулятор будет обеспечивать работу автомобиля при выходе из строя автомобильного . При этом потребление тока всеми системами автомобиля нормировано в 25 Ампер.
Резервная емкость автомобильного аккумулятора определена, как период времени в минутах, в течение которого АКБ может сохранить разрядный ток в 25 Ампер, пока напряжение не упадет до 10,5 Вольт. Стандартами требование к величине резервной емкости не устанавливается. Для многих аккумуляторов с емкостью в 55 Ач резервная емкость достигает 100
минут, что является хорошим показателем.
Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора.
Типовые значения внутреннего сопротивления у нового автомобильного аккумулятора составляет 0,005 Ом при комнатной температуре. Оно состоит из сопротивления между электродами и электролитом и из сопротивления внутренних соединений. К концу срока службы внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора многократно возрастает, что приводит к тому, что АКБ не может прокрутить .
По материалам книги «Самоучитель по установке систем защиты автомобиля от угона».
Найман В. С., Тихеев В. Ю.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Если замкнуть плюс и минус аккумулятора, то получим ток короткого замыкания Ie = U / Re , как будто внутри есть сопротивление Re . Внутреннее сопротивление зависит от электрохимических процессов внутри элемента, в том числе и от тока.
При слишком большом токе аккумулятор испортится, и даже может взорваться. Поэтому не замыкайте плюс и минус. Достаточно мысленного эксперимента.
Величину Re можно оценить косвенно по изменению тока и напряжения на нагрузке Ra . При небольшом уменьшении сопротивления нагрузки Ra до Ra‑dR ток увеличивается от Ia до Ia+dI. Напряжение на выходе элемента Ua=Ra×Ia при этом уменьшается на величину dU = Re × dI . Внутреннее сопротивление определяется по формуле Re = dU / dI
Для оценки внутреннего сопротивления аккумулятора или батарейки я добавил в схему измерителя ёмкости резистор 12ом и тумблер (ниже на схеме показана кнопка), чтобы изменять ток на величину dI = 1.2 V / 12 Ohm = 0.1 А . Одновременно нужно измерять напряжение на аккумуляторе или на резисторе R .
Можно сделать простую схему только для измерения внутреннего сопротивления по образцу, показанному на рисунке внизу. Но всё же лучше сначала немного разрядить аккумулятор, и после этого измерить внутреннее сопротивление. В середине разрядная характеристика более пологая, и измерение будет более точным. Получится "среднее" значение внутреннего сопротивления, которое остаётся стабильным достаточно большое время.
Пример определения внутреннего сопротивления
Подключаем аккумулятор и вольтметр. Вольтметр показывает
1.227V
. Нажимаем кнопку: вольтметр показывает 1.200V
.
dU = 1.227V - 1.200V = 0.027V
Re = dU / dI = 0.027V / 0.1A = 0.27 Ohm
Это внутреннее сопротивление элемента при токе разряда 0.5А
Тестер показывает не dU, а просто U. Чтобы не ошибиться в
устном счёте, я делаю так.
(1) Нажимаю кнопку. Аккумулятор начинает разряжаться, и
напряжение U начинает уменьшаться.
(2) В момент, когда напряжение U достигнет круглой величины,
например 1.200V, я отжимаю кнопку, и сразу вижу величину U+dU,
например 1.227V
(3) Новые цифры 0.027V - и есть нужная разница dU.
По мере старения аккумуляторов их внутреннее сопротивление увеличивается. В какой-то момент вы обнаружите, что ёмкость даже свежезаряженного аккумулятора невозможно измерить, так как при нажатии кнопки Start реле не включается и часы не запускаются. Это получается потому, что напряжение на аккумуляторе сразу снижается до 1.2V и менее. Например, при внутреннем сопротивлении 0.6 ом и токе 0.5 А падение напряжения составит 0.6×0.5=0.3 вольта. Такой аккумулятор не может работать при токе разряда 0.5А, который требуется, например, для кольцевой светодиодной лампы. Этот аккумулятор можно использовать при меньшем токе - для питания часов или беспроводной мышки. Именно по большой величине внутреннего сопротивления современные зарядные устройства, вроде MH-C9000, определяют, что аккумулятор неисправен.
Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора
Для оценки внутреннего сопротивления АКБ можно использовать лампу от фары. Это должна быть лампа накаливания, например, галогеновая, но не светодиодная. Лампа 60вт потребляет ток 5А.
При токе 100А на внутреннем сопротивлении АКБ не должно теряться более 1 Вольта. Соответственно, при токе 5А не должно теряться более 0.05 Вольта (1В * 5А / 100А). То есть, внутреннее сопротивление не должно превышать 0.05В / 5А = 0.01 Ома.
Подключите параллельно аккумулятору вольтметр и лампу. Запомните величину напряжения. Отключите лампу. Обратите внимание, насколько увеличилось напряжение. Если, допустим, напряжение возросло на 0.2 Вольта (Re = 0.04 Ома), то аккумулятор испорчен, а если на 0.02 Вольта (Re = 0.004 Ома), то он исправен. При токе 100А потеря напряжения будет всего 0.02В * 100А / 5А = 0.4В
Любой электрический приемник обладает внутренним сопротивлением. Понятие включает омическое сопротивление и сопротивление поляризации, зависит от материалов изготовления внутренних конструкций, свойств электролита, состояния токопроводов. Внутреннее сопротивление аккумулятора – величина переменная, зависит от температуры, степени сульфатации, состояния клемм и контактов внутри корпуса АКБ. Норма определяется экстраполированием разрядной кривой. Абстрактная величина внутреннего сопротивления в расчетах не используется.
Разберем, как измерить внутреннее сопротивление стартовых кислотных аккумуляторов. Используем галогеновую автомобильную лампу мощностью 60 Вт, силой тока 5 А в качестве сопротивления с известными параметрами. При условии, что потери на внутреннее сопротивление не должны превышать 1 %, проведем замеры.
Параллельно аккумулятору нужно подключить вольтметр и лампу. Записать напряжение. Отключить лампу, записать напряжение. Сопротивление лампы в 5А должно создать потерю напряжения 0,05 В при токе в 100 А. (1В*5А/100А)
Если при замерах сопротивление увеличилось до 0,05 В, аккумулятор исправен. Величина больше 0,2 В показывает, в аккумуляторе велико внутреннее сопротивление, нужно искать причину.
Измерение внутреннего измерения свинцового аккумулятора мало изменяется от конструктивных элементов, отрицательных электродов и губчатого свинца. А вот активная замазка и положительный электрод оказывают сопротивление прохождению тока в 10 тысяч раз большее. С повышением степени сульфатирования, усиливается сопротивление, при постоянном напряжении падает сила тока. При получении зарядного тока кристаллы разрушаются, сопротивление уменьшается.
Важно, что прямое воздействие на внутреннее сопротивление оказывает температура электролита. При замерзании электролита он работает, как изолятор. Идеально электролитическая реакция идет при 15 0 С и плотности электролита 1,25 г/см3. Повышение температуры также негативно сказывается на проходимости заряда-разряда в аккумуляторе автомобиля. Каким должно быть внутреннее сопротивление в рассматриваемый момент зависит от температуры и степени заряда аккумулятора.
Отдельно нужно рассмотреть сопротивление сепаратора – прокладки между положительной и отрицательной пластиной. Она не является препятствием для движения диссациированной массы электролита, но создает сопротивление поляризации. На поверхности создается двойной электрический слой, являющийся препятствием к прохождению заряда.
Свойство стартерных аккумуляторов накапливать и отдавать большой ток, обусловлено низким внутренним сопротивлением этого вида аккумуляторов. Показатель также зависит от частоты питающего тока.
Норма внутреннего сопротивления нового аккумулятора составляет 0,005 Ом при температуре 15-20 0 С, но с момента эксплуатации величина неуклонно растет. Какое состояние устройства в текущий момент можно определить с помощью нагрузочной вилки.
Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора – таблица
От внутреннего сопротивления каждого свинцового аккумулятора и батареи зависят технические характеристики импульсная сила тока и время отдачи энергии. Определить параметр приблизительно можно, используя инструмент – нагрузочную вилку.
Однако есть и другие способы – косвенные. Кривые зависимости температуры электролита и сопротивления, график повышения сопротивления в зависимости от степени заряда аккумулятора. Этот показатель можно определить по плотности электролита или напряжению. Поэтому нет таблиц, проверить внутреннее сопротивление можно как по графикам, так по косвенным характеристикам. При этом следует учитывать, что частота тока оказывает на сопротивление большое влияние. В бытовом анализе используют таблицы для тока в 50Гц.
Чаще всего, как измеритель внутреннего сопротивления аккумуляторов, используют нагрузочную вилку. Можно применить программу измерения в универсальном заряднике Аймакс Б6.
Внутреннее сопротивление аккумулятора 18650
Аккумулятор форм фактор 18650 представляет цилиндр, в котором спиралью свернуты банки, состоящие из пар лент с разными полюсами, разделенные сепараторами. Внутренняя начинка может быть никель-кадмиевой, металлогидридной или литий-ионной. В зависимости от активной пары аккумуляторы имеют разную емкость и разность потенциалов на клеммах.
Какое должно быть внутреннее сопротивление в аккумуляторах 18650 литий-ионного типа? Меняется ли сопротивление с потерей емкости. Все это можно определить, составив схему для измерения.
Ra – активное сопротивление 18650
Cдв – емкость двойного электрического слоя
R0 – сопротивление переноса заряда на границе электролит-электрон
Zw – диффузионный импеданс Варбурга
При этом измерение производится током в 1000 Гц, согласно международным стандартам. Связано это с устройством аккумулятора, который является одновременно конденсатором и резистором. Стандартное внутреннее сопротивление новых литиевых аккумуляторов 18650 около 100мОм. Это норма. Со временем аккумулятор неизбежно теряет емкость, внутреннее сопротивление возрастает.
Видео
Предлагаем посмотреть видео материал о том, как практически измеряют внутреннее сопротивление специальным прибором.
