Как измерить емкость аккумулятора мультиметром: пошаговая инструкция. Измерение ёмкости аккумулятора Номинальная емкость акб

Аккумулятор - это устройство, предназначенное для хранения электрической энергии, причем энергия в этом устройстве хранится в химическом виде.

Принцип действия аккумулятора заключается в том, что два металла находятся в растворе кислоты, и при этом они вырабатывают электричество. Аккумуляторы характеризуется по таким основным характеристикам, как:

• емкость
• внутреннее сопротивление
• ток саморазряда
• срок службы

Емкость аккумулятора

Емкостью аккумулятора — это количество запасенной электроэнергии, которой обладает аккумулятор. Это одна из самых главных характеристик аккумулятора, ведь от емкости зависит время работы электроприборов, подключенных к аккумулятору.

Емкость аккумулятора измеряется в миллиампер-часах (мА*ч). При этом на этикетке или же непосредственно на аккумуляторе указывается номинальная емкость. Дело в том, что номинальная емкость не всегда равняется реальной. Реальная емкость аккумулятора может отличаться от номинальной в диапазоне от 80 до 110%. Связано это с тем, что на протяжении всего срока эксплуатации аккумулятора, его реальная емкость постепенно меняется, как правило, в сторону уменьшения и, кроме всего прочего, зависит от множества дополнительных факторов. Значительно влияют на реальную емкость условия эксплуатации и обслуживания, время эксплуатации и способ зарядки аккумулятора.

Различие номинальной и реальной емкости аккумулятора

Электрическая емкость аккумуляторной батареи состоит из номинальной и реальной.

Номинальная электрическая емкость - это то количество энергии, которым батарея теоретически должна обладать в заряженном состоянии.

Данный параметр аналогичен емкости, например, стакана. Так же как в стандартный граненый стакан можно налить 200 мл воды, так и в батарею можно «закачать» лишь вполне определенное количество энергии. Но определяется это количество энергии не в момент заряда, а при обратном процессе (при разряде батареи) постоянным током в течение измеряемого промежутка времени до момента достижения заданного порогового напряжения.

Измеряется емкость в ампер-часах (А/ч или мА/ч) и обозначается буквой С. Значение номинальной емкости батареи, как правило, зашифровано в ее обозначении.

Реальное значение емкости новой батареи на момент ввода ее в эксплуатацию колеблется от 80 до 110% номинального значения и зависит от фирмы-изготовителя, условий и срока хранения, а также от технологии ввода в эксплуатацию. Нижний предел (80%) обычно рассматривается как минимально допустимое значение для новой батареи.

Теоретически батарея, например, номинальной емкостью 1000 мА/ч может отдавать ток 1000 мА в течение 1 ч, 100 мА - в течение 10 ч, или 10 мА - в течение 100 ч.

Практически же при высоком токе разряда номинальная емкость не достигается, а при низком токе - превышается. В процессе эксплуатации емкость батареи уменьшается. Скорость уменьшения зависит от типа батареи, технологии обслуживания в процессе работы, используемых зарядных устройств, условий и длительности эксплуатации.

Внутреннее сопротивление батареи определяет ее способность отдавать в нагрузку большой ток. Эта зависимость подчиняется закону Ома. При низком значении внутреннего сопротивления батарея способна отдать в нагрузку больший пиковый ток (без существенного уменьшения напряжения на ее выводах), а значит, и большую пиковую мощность, в то время как высокое значение сопротивления приводит к резкому уменьшению напряжения на выводах батареи при резком увеличении тока нагрузки. Это приводит к тому, что внешне хороший аккумулятор не может полностью отдать запасенную в нем энергию в нагрузку.

Типичные сроки сохранности заряда различных типов батарей и аккумуляторов (при условии полного заряда)

• Никель-гидридные (Ni-MH) аккумуляторы - 2 недели (саморазряд 30% в месяц).
• Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы - 3 недели (саморазряд 20% в месяц).
• Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы - 6 недель (саморазряд 10% в месяц).
• Свинцовые кислотные аккумуляторы - 3 месяца (саморазряд 5% в месяц).
• Литиевые (Li-Metal) аккумуляторы - 1 год.

Внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление - также достаточно важный параметр аккумулятора. Единицей измерения внутреннего сопротивления является миллиом (мОм). Сопротивление, в свою очередь, зависит от емкости одного элемента (банки) аккумулятора, числа этих элементов, типа аккумулятора, срока службы и условий работы. Определяется внутреннее сопротивление с помощью приборов-анализаторов.

Во время работы аккумулятора внутреннее сопротивление постепенно увеличивается. Если аккумулятор имеет сопротивление в целых 500 Ом, то можно сделать вывод о том, что он имеет весьма солидный возраст или просто неправильно использовался.

Большое внутреннее сопротивление приводит к повышенному расходу электроэнергии и, как следствие, к меньшему времени работы приборов, так как по закону Ома большое сопротивление значительно увеличивает потребляемый ток и одновременное падение напряжения. А при сильном падении напряжения подключенный электроприбор принимает аккумулятор за разряженный или же просто за тот, который не в состоянии работать. В результате аккумулятор не может выдать всю запасенную энергию, что значительно сокращает время работы электроприборов.

Саморазряд аккумулятора — это самопроизвольная утечка электроэнергии из заряженного аккумулятора в течение некоторого времени. Этому явлению подвержены практически все виды аккумуляторов, независимо от их устройства и электрохимического типа.

Для количественного определения саморазряда служит величина энергии, которую теряет аккумулятор на протяжении определенного периода времени, и исчисляется он в процентах от величины полностью заряженного аккумулятора. Величина саморазряда - не постоянна, так, в первые сутки после зарядки она достигает максимальных значений, а затем постепенно уменьшается.

В связи с этим, принято измерять величину саморазряда в первые сутки, а затем через месяц после заряда. На саморазряд также имеет влияние температура окружающей среды, причем взаимосвязь между величиной саморазряда и температурой пропорциональна. Имеется в виду, что при повышении температуры увеличивается и величина саморазряда.

К примеру, у некоторых типов аккумуляторов при повышении температуры от 20 до 30 градусов величина саморазряда увеличивается в два раза. Если говорить о более конкретных его значениях, то для аккумуляторов Ni-Cd типа нормальной считается величина 10% в сутки, а аккумуляторы Ni-MH типа имеют несколько большую величину саморазряда, для Li-Ion и для Li-Pol эта величина настолько мала, что ее оценивают только через месяц после заряда. Что же касается месячной величины саморазряда, то для этих же типов аккумуляторов соответственно имеем такие параметры:

• Ni-Cd - 20%
• Ni-MH — 30%
• Li-Ion — 10%

Эти показатели являются среднестатистическими, и могут несколько отличатся у каждого конкретного аккумулятора.

Для определения величины срока службы аккумулятора используют количество циклов между зарядом и разрядом аккумулятора, которое он способен выдержать во время эксплуатации, не меняя при этом в значительных пределах своих главных параметров, таких как емкость, величина саморазряда, в!гутрсннее сопротивление.

Также учитывается время, которое истекло с момента изготовления аккумулятора. В том случае, если емкость уменьшается до 60% номинального значения, аккумулятор считается вышедшим из строя. На срок службы влияют самые различные факторы:

• тип аккумулятора
• способ заряда
• условия эксплуатации
• правильность обслуживания

В зависимости от используемой электрохимической системы все аккумуляторы делятся на следующие типы:

• SLA/Pb - классические свинцово-кислотные
• Ni-Cd - никель-кадмиевые
• Ni-MH - никель-маталлгидридные
• Li-Ion - литий-ионные
• Li-Pol - литий-полимерные, которые являются относительно новым словом в современной технике.

Взглянув на маркировку любого современного аккумулятора, будь то или свинцово-кислотный аккумулятор от источника бесперебойного питания, - мы всегда сможем найти там сведения не только о номинальном напряжении данного источника питания, но и о его электрической емкости.

Обычно это цифры вроде: 2200 mAh (читается как 2200 миллиампер-часов), 4Ah (4 ампер-часа) и т. д. Как видите, для измерения электрической емкости аккумулятора применяется внесистемная единица измерения — Ah (Ampere hour) - «ампер-час», а вовсе не «фарад» . И часы здесь фигурируют отнюдь не просто так, а по той причине, что обычный аккумулятор, в отличие от обычного конденсатора, способен питать нагрузку буквально часами.

Если попытаться объяснить совсем просто, то емкость аккумулятора — это численное выражение того, как долго данный аккумулятор сможет питать нагрузку с определенным током потребления.

Например, если аккумулятор с номинальным напряжением 12 вольт полностью заряжен, при том имеет емкость 4 Ah, то это значит, что нагрузку с током потребления в 0,4 ампера, с номинальным напряжением в 12 вольт, данный аккумулятор будет в состоянии питать на протяжении 10 часов, пока не наступит состояние, при котором дальнейший его разряд станет опасным для рабочих характеристик. А через нагрузку с током потребления в 1 ампер, этот же аккумулятор будет разряжаться 4 часа (теоретически разумеется).

Конечно, для каждого аккумулятора существует ограничение по максимально допустимому разрядному току, и чем выше будет разрядный ток — тем ниже окажется линейность разрядной характеристики, и тем быстрее аккумулятор будет садиться по сравнению с расчетным временем.

Минимально допустимое напряжение, до которого можно разряжать аккумулятор, также регламентируется и всегда указывается в документации на конкретный аккумулятор, как и максимальное безопасное напряжение, выше которого заряжать аккумулятор уже очень не желательно.

Так например типичное для литий-ионного аккумулятора на 3,7 вольт, предельно допустимое минимальное напряжение разряда составляет 2,75 вольт, а максимальное — 4,25 вольт. Если разрядить литиевый аккумулятор до менее чем 2,75 вольт, то аккумулятор начнет терять емкость, а если перезарядить его сверх меры — может взорваться.

Для свинцово-кислотного аккумулятора на 12 вольт, предельно безопасный минимум равен 9,6 вольт, а максимум, до которого можно заряжать, составляет 13 вольт и т. д.

Как видите, в сведениях о емкости (в ампер-часах) вольты не упоминаются вовсе. А между тем, если перевести часы в секунды, а затем величину емкости умножить на напряжение аккумулятора, то получим величину энергии заряда данного аккумулятора в джоулях:

Так или иначе, емкость исправного аккумулятора практически не зависит от напряжения на его клеммах в текущий момент. А вот когда мы произносим «заряд аккумулятора», то имеем ввиду уже не емкость, а как раз то напряжение, до которого аккумулятор сейчас заряжен. Если аккумулятор заряжен до номинального напряжения, то можно рассчитывать на ту емкость, которой аккумулятор в этот момент обладает. Если же аккумулятор разряжен, то его емкость уже не имеет значения.

При этом реальная емкость аккумулятора, как можно видеть по семейству разрядных характеристик, сильно зависит от величины тока разряда. 10-часовой разряд и 10-минутный разряд, например для свинцово-кислотного аккумулятора (см. рисунок выше), покажут разницу в емкости приблизительно вдвое!

Можно обнаружить даже более-менее точную математическую зависимость между разрядным током и временем разряда . Эту зависимость выявил немецкий ученый Пейкерт, и ввел так называемый «коэффициент Пейкерта» р, который, к примеру, для герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов находится в районе 1,25. Чем выше ток разряда — тем меньше время разряда. А константа в правой части уравнения — напрямую зависит он номинальной емкости аккумулятора.

При желании реальную емкость аккумулятора можно определить очень просто: зарядить полностью аккумулятор (до максимально разрешенного напряжения, которое указано в документации), а затем разрядить постоянным током (близким к 10-часовой разрядной характеристике из документации) до конечного напряжения разряда (которое также приведено в документации). Перемножить ток разряда и время разряда в часах — получится реальная емкость аккумулятора в ампер- или в миллиампер-часах.

Каждый владелец автомобиля рано или поздно сталкивается с такими понятиями, как процесс заряда и емкость аккумулятора. Постепенно новый аккумулятор стареет и теряет способность выполнять свои функции по ряду причин.

Определение и расчет емкости аккумулятора

К основным параметрам аккумуляторов относятся:

• Емкость аккумулятора (А/ч);
• Величина напряжения (В);
• Допустимая глубина разряда (%);
• Срок службы (лет);
• Диапазон рабочих температур (°C);
• Габариты (мм);
• Вес (кг);
• Ток заряда (А).

Основной характеристикой является емкость аккумулятора. Для начала нужно определить, что такое емкость аккумулятора. Данный параметр определяет количество электрической энергии, которое способна отдать полностью заряженная батарея. Измеряется он в ампер-часах, однако для телефонных и прочих малогабаритных устройств подобного типа предусмотрен другой формат – миллиампер-час.

При необходимости есть ряд способов, дающих ответ, как определить емкость и работоспособность аккумулятора, а именно:

1. Нагрузочная вилка, содержащая вольтметр и специально рассчитанную нагрузку, характеризует работоспособность аккумулятора;
2. Специальный тестер свинцово-кислотных аккумуляторов за короткое время отобразит всю интересующую информацию;
3. Контрольный разряд – на аккумулятор подключается параллельно вольтметр, а последовательно – нагрузка и амперметр. Нагрузки выбираются так, чтобы ток разряда составлял не более 5% от номинала, указанного в значении емкости. То есть, если на аккумуляторе написано 40Ач, то ток разряда должен быть 2А. Процесс разряда длится до того времени, пока напряжение на аккумуляторе не понизится до величины 10,8В.

• С – емкость аккумуляторной батареи;
• Ip – разрядный ток (А);
• tp – время разряда (ч).

Далее, прибегнув к калькулятору, остается только провести расчет емкости аккумулятора. Конечно, способ несколько устаревший и занимает довольно большой промежуток времени, но по окончании замера можно точно посчитать величину емкости и сделать вывод об общем состоянии аккумулятора. Если напряжение быстро падает раньше срока, то это означает, что емкость снизилась, и процессы разрушения в аккумуляторе набрали ход.

При соблюдении ряда мероприятий емкость аккумуляторной батареи будет сохранять свои максимальные показатели в течение долгого времени:

1. Обязательный контроль над процессом разряда аккумулятора. При глубоких или полных разрядах батареи в ней проходят необратимые процедуры по разрушению активных пластин;
2. Исключать возможность перезаряда аккумулятора, потому как данная операция также негативно сказывается на сроке службы и характеристиках батареи;
3. С регулярной периодичностью контролировать плотность электролита, учитывая время года, окружающую температуру, срок службы и используемую нагрузку. Современные автомобильные аккумуляторы снабжены специальным индикатором заряженности батареи в виде глазка. По цвету этого глазка определяется плотность электролита, если под рукой нет ареометра.

Основной задачей автомобильного аккумулятора, кроме запитывания потребителей энергией при неработающем двигателе, является запуск двигателя. Данная операция проводится с помощью стартера, который, в свою очередь, вращает маховик двигателя. Особенностью данного процесса является огромный пусковой ток стартера. Поскольку аккумуляторы, имеющие разные емкости, рассчитаны на разную нагрузку и имеют свой пусковой ток, то для каждого автомобиля необходимо подбирать батарею, имеющую конкретную мощность.

В зависимости от объема двигателя автомобиля, применяются аккумуляторы разной емкости, а именно:

1. Для легковых автомобилей с объемом двигателя от 1000см3 до 1600см3 предназначается аккумулятор емкостью 55А/ч;
2. Для легковых автомобилей с объемом двигателя от 1300см3 до 1900см3 предназначается аккумулятор емкостью 60А/ч;
3. Для кроссоверов и внедорожников с объемом двигателя от 1400см3 до 2300см3 предназначается аккумулятор емкостью 66А/ч;
4. Для грузовых автомобилей с малой грузоподъемности с объемом двигателя от 1600см3 до 3200см3 предназначается аккумулятор емкостью 77А/ч;
5. Для грузовых автомобилей средней грузоподъемности с объемом двигателя от 1900см3 до 4500см3 предназначается аккумулятор емкостью 90А/ч;
6. Для грузовых автомобилей с объемом двигателя от 3800см3 до 10900см3 предназначается аккумулятор емкостью 140А/ч;
7. Для экскаваторов и бульдозеров с объемом двигателя от 7200см3 до 12000см3 предназначается аккумулятор емкостью 190А/ч;
8. Для фур и автопоездов с объемом двигателя от 7500см3 до 17000см3 предназначается аккумулятор емкостью 200А/ч.

В случае если от бортовой сети питается дополнительное число потребителей, или автомобильный двигатель является дизельным, то аккумулятор рекомендуется использовать с некоторым запасом емкости. Однако без видимых на то причин нет необходимости превышать рекомендуемую емкость аккумулятора, поскольку генератор автомобиля не сможет заряжать АКБ полностью, и будет потеряна излишняя емкость.

Неисправности аккумуляторов

С течением времени и в случае неправильной эксплуатации емкость аккумулятора падает по ряду причин:

• При частых глубоких разрядах аккумулятора и при больших зарядных токах происходит сульфатация пластин аккумулятора. Сущность этого процесса заключается в отложении солей на пластинах батареи, которые, в свою очередь, препятствуют контакту активной части пластины с электролитом. Последствием этого является падение емкости батареи. В зависимости от уровня сульфатации, существует ряд мероприятий по восстановлению аккумулятора;

• В случае недостаточного количества электролита в банках аккумулятора, во время заряда происходит осыпание активной части пластин, что также влечет падение емкости;
• В редких случаях происходит замыкание плюсовых и минусовых пластин аккумулятора, что влечет не только падение емкости, но и снижение напряжения. Восстановление аккумулятора после этого невозможно.

Емкость аккумулятора является основным показателем при подборе батареи, начиная от пальчиковых и заканчивая специальными тяговыми аккумуляторами. Понимание процессов, проходящих внутри банки, позволяет продлить срок службы аккумулятора и защитить себя от непредвиденных сюрпризов.

Видео

Емкость аккумуляторов - это количество электрической энергии, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при определенном режиме разряда и температуре от начального до конечного напряжения. Единицей СИ для электрического заряда является кулон (1Кл), но на практике емкость обычно выражается в ампер-часах (Ач).

Емкость измеряют в ампер-часах и определяют по формуле:
C=Iptp,
где С - емкость, Ач;
p - сила разрядного тока, А;
tp - время разряда, Ч.

Номинальная емкость - емкость, которую должен отдать новый полностью заряженный аккумулятор в нормальных условиях разряда, указанных в стандарте на этот аккумулятор. При этом напряжение не должно упасть ниже определенной величины.

Так как емкость зависит от разрядного тока и конечного разрядного напряжения, в условном обозначении аккумуляторов указывается емкость, соответствующая определенному режиму разряда. Для стартерных аккумуляторов за номинальную принимается емкость при 20-часовом, стационарных при 10-часовом, тяговых при 5-часовом режимах разряда.

Пример оценки ёмкости батареи 20-ти часовым режимом разряда током 0.05С20 (током, равным 5% от номинальной ёмкости). Е сли ёмкость батареи 55Ач, то разряжая ее током 2.75А, она полностью разрядится за 20 часов. Аналогично для батарей ёмкостью 60Ач полный 20-ти часовой разряд произойдет при чуть большем токе разряда - 3А.

Емкость зарядная - количество электричества, принимаемое аккумуляторной батареей во время заряда. Зарядная емкость акб всегда больше разрядной из-за потерь энергии на побочные реакции и процессы.
Отдача по емкости - отношение количества электричества, полученного от аккумулятора при разряде, к количеству электричества, необходимого для заряда аккумулятора до первоначального состояния при определенных условиях.

Она зависит от полноты заряда. Часть же заряда теряется на газообразование, это уменьшает коэффициент отдачи.

Емкость остаточная - величина, соответствующая количеству электричества, которое может отдать частично разряженный аккумулятор при установленном режиме разряда до конечного .

Резервная ёмкость аккумуляторной батареи - время, в течение которого батарея сможет обеспечить работу потребителей в аварийном режиме. Величина резервной ёмкости, выраженная в минутах, последнее время все чаще проставляется изготовителями стартерных аккумуляторных батарей после значения тока холодного старта.

При постоянном токе заряда l зарядная емкость С= It, где t - время заряда.

Измерение емкости ведется до падения напряжения хотя бы одного элемента аккумуляторной батареи до величины, регламентированной для конкретного режима разряда.

В течение срока службы емкость акб изменяется. В начале срока службы она возрастает, так как происходит разработка активной массы пластин. В процессе эксплуатации емкость некоторое время держится стабильной, а затем начинает постепенно уменьшаться из-за устаревания активной массы пластин.

Емкость батареи зависит от количества активного материала и конструкции электродов, количества и концентрации электролита, величины тока разряда, температуры электролита, степени изношенности аккумулятора, наличия и других факторов.

При увеличении тока разряда емкость батареи уменьшается. АКБ при форсированных режимах разряда отдают емкость меньше, чем при разряде более длительными режимами (небольшой величиной тока). Поэтому на аккумуляторах могут быть обозначения при 3,5,6,10,20 и 100 часах разряда. При этом емкости одной и той же батареи будут совершенно разные. Наименьшая будет при 3-х часовом разряде, наибольшая при 100 часовом.

С повышением емкость растет, но при излишне высоких температурах уменьшается . Это происходит потому что, при повышении температуры электролит легче проникает в поры активной массы, так как уменьшается его вязкость и увеличивается внутреннее сопротивление. Поэтому в реакции разряда принимает участие больше активной массы, чем при заряде, производившемся при более низкой температуре.

Емкость аккумулятора определяет количество электроэнергии, которое он передает до момента полного разряда. Иными словами, это показатель продолжительности питания, присоединенного к устройству нагрузки.

С теоретической точки зрения большая емкость агрегата способствует более длительной функциональности подключенных к нему механизмов. Измеряется этот параметр в А/ч (ампер-часах), для менее мощных – в миллиамперах часах.

Для правильного и длительного энергообеспечения важно выбирать соответственный аккумулятор. Сначала необходимо рассчитать вместимость батареи. Помните «железное правило»: емкость, которую будет передавать прибор, сопоставима количеству электроэнергии (Вт*ч) в источнике питания за весь период разрядки.

Предварительные расчеты можно проводить по формулам:

Если показатель энергии, к примеру, равен 1200 Вт*ч; напряжение – 12 В, то емкость получить можно просто: 1200/12 = 100 А/ч.
В инструкции к аккумулятору может указываться номинальная емкость. На нее влияет много факторов: столбик термометра, максимально допустимая степень разряда (не выше 30-40% - это необслуживаемые; 20% - стартерные источники питания), тип прибора. Но здесь есть нюанс – во время быстрых потерь высокими токами изменение коэффициента допускается на более низкие значения напряжения.
В этом случае вычисление ведется так: 100 А/ч нужно будет умножить на все коэффициенты, что учитывают рабочие нюансы.

В аккумуляторах, соединенных последовательно, среднее значение выводится делением сумы всех вольтажей в системе на напряжение – 12, 24, 48, 120 В. Соединять агрегаты параллельно не стоит.

С понижением температуры – вместимость аккумуляторной батареи также падает; с повышением – срок эксплуатации агрегата понижается.

Типы аккумуляторов и их параметры

На длительность хранения накопителя значительно влияет температура в помещении, где она находится. При столбике термометра более 26°С срок службы сокращается. Долговременность действия агрегата зависит от того, в каком режиме он функционирует.

Циклический – используют в гелевых и в аккумуляторах с жидким электролитом внутри. Считается самым «жестким» способом, поскольку зависит от количества циклов заряд-разряд.

Данный тип хорош для применения в лодочных моторах, электромобилях, погрузочной технике и других. Соотношение тока и вольтажа будет приблизительно таким: ток при разряде в интенсивном темпе дает напряжение до 9,8 В; при малом токе накопитель может разрядиться за длительный термин времени при 11,5 В. Паспорт к прибору может послужить подсказкой для поиска причины проседания агрегата.

Буферный – питает электроэнергией АКБ бесперебойно. Накопителю разрядиться очень сложно. AGM свинцово-кислотного типа максимально подходят данному режиму, имеют наибольший ресурс – 600 циклов до полного разряда. Уровень качества АКБ как раз таки определяется его работой в экстремальных условиях.

При работе в данном режиме источник питания требует только присмотра за регулярностью поступления к нему энергии. При отсутствии поступления, чтобы аккумулятор не разрядить ниже нормы, лучше будет сократить энергопотребление, а наиболее выигрышный вариант - заранее рассчитать запас на такие случаи.

Запасная энергия производится только путем полного заряда и рассчитывается по формуле: Р (Вт*ч) = R (А/ч) * V (В). К примеру, АКБ средней вместимости разряжена на 30%, способна повторять 1000 циклов; при снижении на 70 % уровень снизится до 200. Для точности и перестраховки вводится коэффициент глубины разряда.