Определение степени заряженности автомобильного аккумулятора.
Рабочее состояние аккумуляторной батареи определяется по ее напряжению, которое, надо заметить, при разряде, заряде и на холостом ходу будет очень сильно различаться и, тем не менее, эта характеристика АКБ является основной для определения степени заряженности аккумулятора вашего автомобиля.
Первый способ
Можно воспользоваться двумя простыми методами определения заряженности АКБ. Первый способ наиболее простой. Он заключается в обычном измерении электрического напряжения на контактных клеммах аккумуляторной батареи, для чего необходим цифровой вольтметр, поскольку он может показать при замере точное значение уровня напряжения АКБ, включая десятые и даже сотые доли вольта.
Напряжение аккумуляторной батареи измеряют на ее клеммах обязательно при отсутствии как разрядного, так и зарядного токов в течение 4-5 часов. Это время необходимо для того, чтобы напряжение могло придти в нормальное стабильное состояние. Нормальное напряжение стартерных аккумуляторных батарей с жидким электролитом составляет от 12,5 до 12,9 вольт. Ниже приведены показатели напряжения для АКБ с жидким электролитом и степень его заряженности.
Ниже: степень заряженности, % -> Напряжение батареи (В.)
100 -> 12.71
95 -> 12.65
90 -> 12.57
85 -> 12.53
80 -> 12.47
78 -> 12.41
70 -> 12.37
65 -> 12.33
60 -> 12.29
55 -> 12.25
50 -> 12.21
40 -> 12.13
30 -> 12.05
20 -> 11.99
10 -> 11.95
Более точно измерить уровень заряженности аккумулятора можно только с помощью специальных зарядных устройств с микропроцессором и памятью. Эти современные устройства могут отслеживать как разряд, так и заряд аккумулятора на протяжении нескольких циклов. Такой метод является наиболее точным и с его помощью можно сэкономить деньги при замене или обслуживании аккумулятора.
Второй способ определения заряженности АКБ
Второй способ заключается в измерении плотности электролита и по этому параметру можно будет определять степень заряженности аккумулятора вашей автомашины, но этот метод подходит не ко всем аккумуляторам, а только к АКБ с жидким электролитом.
Нижее приведены показатели плотности электролита и соответствующий этому показателю уровень заряженности аккумулятора.
Ниже: уровень заряженности, % -> Плотность электролита
100 -> 1.266
95 -> 1.258
90 -> 1.250
85 -> 1.242
80 -> 1.234
78 -> 1.226
70 -> 1.219
65 -> 1.212
60 -> 1.205
55 -> 1.198
50 -> 1.191
40 -> 1.177
30 -> 1.163
20 -> 1.149
10 -> 1.135
Как узнать заряженность аккумулятора
Проще всего оценить уровень заряда аккумулятора по напряжению на его клеммах. Для этого подойдет любой вольтметр, однако результат скорее всего окажется неточным. На измерения повлияют состояние материалов ячейки и ее температура. Наибольшая погрешность возникнет сразу после разряда или зарядки. Зарядное устройство или нагрузка выведут аккумулятор из устойчивого состояния, напряжение исказится и перестанет точно соответствовать заряженности.
Обратно в состояние покоя аккумулятор возвращается долго. Чтобы напряжение точно отражало реальный уровень зарядки, аккумуляторная батарея должна находиться без нагрузки в течение не менее четырех часов. Производители свинцово-кислотных батарей рекомендуют выдерживать их перед проверкой в течении суток. Для работающего аккумулятора такой длительный период простоя не подходит
Свинцово кислотные аккумуляторы имеют различную конструкцию и химический состав пластин. Их также нужно учитывать при оценке заряженности аккумулятора с помощью вольтметра. Например, добавки кальция, делающие аккумулятор малообслуживаемым, повышают напряжение на 5-8 %. А напряжение AGM аккумуляторов как правило выше, чем батарей с жидким электролитом.
Дополнительно вводит в заблуждение поверхностный заряд из-за которого напряжение сразу после зарядки оказывается выше нормального. Поэтому чтобы снизить ошибку, перед измерением от аккумулятора отключают всю нагрузку и в течении нескольких минут разряжают его небольшим током. Наконец на напряжение влияет окружающая температура. В теплом помещении или жарком климате оно возрастает, в холодном становится ниже.
Каждый тип аккумуляторов имеет собственную уникальную кривую разряда. У свинцово-кислотных она имеет явно выраженный наклон, поэтому напряжения более менее точно соответствует состоянию АКБ. У Li-марганцевых, LiFePo4 и NMC аккумуляторных батарей напряжение остается постоянным до тех пор пока аккумулятор не разрядится до 80 процентов от номинальной емкости. Разрядная кривая этих аккумуляторов идет горизонтально в течении всего времени работы, а затем резко обрывается. Для источника энергии такая характеристика подходит лучше всего, но оценить состояние аккумулятора по напряжению в этом случае почти невозможно. Напряжение указывает только на полный заряд и разряд, но ни как не выделяет важную среднюю часть графика.
Несмотря на неточности, по напряжению заряженность аккумуляторов определяют чаще всего. А чтобы снизить погрешность, современные устройства используют периоды отключенной нагрузки, для самонастройки и «обучения».
Ареометр
У свинцово-кислотных аккумуляторов с жидким электролитом заряженность можно определить с помощью ареометра. Принцип действия этого устройства основан на том, что во время зарядки концентрация серной кислоты возрастает и плотность электролита увеличивается. При разряде серная кислота вступает во взаимодействие с пластинами аккумулятора, образует на их поверхности сульфат свинца и ее концентрация в электролите понижается. Плотность электролита в этом состоянии приближается к плотности воды.
Плотность электролита, заряженность и напряжение для стартерных аккумуляторных батарей.
| Приблизительное состояние заряда аккумулятора, % | Средняя плотность | Напряжение, В | |||
| 2 | 6 | 8 | 12 | ||
| 100 | 1,265 | 2,1 | 6,32 | 8,43 | 12,65 |
| 75 | 1,225 | 2,08 | 6,22 | 8,3 | 12,45 |
| 50 | 1,190 | 2,04 | 6,12 | 8,16 | 12,24 |
| 25 | 1,155 | 2,01 | 6,03 | 8,04 | 12,06 |
| 0 | 1,120 | 1,098 | 5,95 | 7,72 | 11,89 |
Стандартами плотность электролита для полностью заряженного стартового свинцово-кислотного аккумулятора определена в 1,265. Однако, чтобы повысить отдачу, производители аккумуляторных батарей иногда поднимают ее до 1,280 и выше. Заряженность такого аккумулятора, полученная по стандартной таблице, оказывается лучше, чем есть на самом деле. Кроме того, из-за повышенной плотности электролита возрастает коррозия и срок службы аккумулятора сокращается
На показания ареометра влияют не только состояние аккумулятора и концентрации кислоты, но и уровень электролита в аккумуляторной ячейке. Когда вода испаряется, электролит понижается, концентрации серной кислоты возрастает и ареометр показывает более высокое значение. У перезалитого аккумулятора плотность электролита наоборот оказывается ниже.
Если электролит в ячейках идет почти не перемешивающимися слоями, то про такой аккумулятор говорят, что он стратифицирован. Показания ареометра в этом случае также окажутся не точными из-за того, что на поверхность поднимется самый легкий слой, а тяжелые опустятся ближе ко дну.
Плотность электролита различна для разных типов аккумуляторных батарей. В аккумуляторах глубокого разряда максимальную удельную энергию получают при плотности 1,330. Авиационные аккумуляторы имеют плотность до 1,285, а тяговые аккумуляторы погрузчиков около 1,280. У стартовых аккумуляторов плотность ниже – 1,265. Самая низкая плотность электролита у аккумуляторов, предназначенных для буферного режима работы — около 1,225.
| Температура электролита, С | Плотность при полной зарядке |
| 40 | 1,266 |
| 30 | 1,273 |
| 20 | 1,280 |
| 10 | 1,287 |
| 0 | 1,294 |
Низкая концентрация серной кислоты уменьшает коррозию и продлевает срок службы аккумуляторных батарей, но снижает удельную энергию или емкость. Высокая искусственно повышает напряжение холостого хода, и приводит к неправильному определению состояния с помощью ареометра или вольтметра. Однако абсолютно правильных значений плотности не существует. Так одна и таже модель аккумуляторов глубокого разряда в полностью заряженном состоянии может иметь плотность 1,277 — 1,305, а в полностью разряженном 1,097 — 1,201.
Температура — это еще один фактор, влияющий на плотность электролита. Чем ниже температура, тем плотнее электролит. В таблице 3 представлена зависимость плотности электролита аккумулятора глубокого разряда от температуры
Ареометр покажет заряженность аккумулятора точнее, если измерять плотность не сразу после зарядки, разряда или добавления в аккумуляторную батарею воды, а спустя некоторое время.
Счетчик ампер-часов
Профессиональные портативные устройства, ноутбуки и медицинское оборудование определяют заряженность с помощью кулонометров, которые измеряют входной и выходной ток аккумулятора. Поскольку в качестве единицы измерения в них используется Ампер-секунда (As), то кулонометры также называют счетчиками ампер-часов. Кулонометры получили название в честь Чарльза-Августина де Кулона, открывшего в восемнадцатом веке закон взаимодействия двух неподвижных электрических зарядов.
Счетчики ампер часов определяют заряженность точнее, чем вольтметры и ареометры. Однако они не учитывают потери энергии — аккумулятор всегда сохраняет меньше ампер часов, чем получает во время зарядки. У литиевых аккумуляторов кулоновская эффективность выше, а уровень саморазряда ниже, поэтому с этим типом АКБ счетчики ампер часов работают особенно хорошо.
| Blue Sea 1830 | Sterling Power PMP1 | |
 |
||
| Максимальный измеряемое напряжение, В | 70 | 199 |
| Максимальный измеряемый ток, А | 500 | 199 |
| Шунт | 500А/50мВ | 200А/100мВ |
| Количество подключаемых аккумуляторных батарей | 3 | 4 |
| Измерение напряжения аккумуляторов, шт | 3 | 4 |
| Измерение тока аккумуляторов, шт | 1 | 4 |
| Измерение заряженности аккумуляторов, шт | 1 | 1 |
| Реле | Высокое и низкое напряжение, высокий ток, низкий заряд аккумулятора | — |
| Подключение | Отрицательный проводник | Положительный или отрицательный проводник |
Современные кулонометры учитывают саморазряд из-за старения аккумулятора и изменения окружающей температуры. Однако некоторым моделям требуется периодическая калибровка для того чтобы «цифровой аккумулятор» в их памяти совпадал с реальным «химическим аккумулятором».
Калибровку исключают с помощью алгоритма «обучения», подсчитывающего сколько энергии аккумулятор отдал за предыдущий цикл разряда. Другие устройства дополнительно контролируют время зарядки, поскольку считается, что потерявший емкость аккумулятор зарядится быстрее, чем хороший.
Импедансная спектроскопия
Импедансная спектроскопия – еще один способ определить заряженность аккумуляторной батареи. Это технология не нова, но до последнего времени ее развитие сдерживалось размерами устройств и их высокой стоимостью.
Сущность метода состоит в следующем. Тестер сканирует аккумулятор электрическим сигналом малой амплитуды частотой 20 — 2000 Гц. Полученный отклик измеряется и обрабатывается процессором, который составляет «портрет» аккумуляторной батареи. Зависимость электрохимического импеданса аккумулятора от частоты сигнала позволяет исследовать различные свойства аккумулятора и выдавать данные о его емкости, токе холодного пуска и состоянии заряда в течении 15 секунд
Импедансная спектроскопия подходит для работы с аккумуляторами под постоянной нагрузкой в несколько десятков ампер. Поляризационное напряжения и поверхностный заряд в этом случае не влияют на показания прибора, поскольку состояние заряда аккумулятора измеряется независимо от напряжения. Метод помогает отличить нормальный аккумулятор с низким уровнем заряда от аккумулятора с дефектом.
С помощью импедансной спектроскопии определяют заряженность новых аккумуляторов с хорошо известной постоянной емкостью. Измерения можно проводить под нагрузкой, но заряжать аккумулятор во время теста нельзя.
Задайте вопрос,
и получите консультацию по электрооборудованию для катера, яхты, автодома или кемпера
Определяем степень заряженности аккумулятора по напряжению
Степень заряда автомобильного аккумулятора замеряют при приобретении новой АКБ и при возникновении проблем во время эксплуатации. И если летом допустима определённая разряженность батареи, то с понижением температуры могут возникнуть трудности с энергообеспечением оборудования или даже запуском двигателя. Определение степени заряженности аккумулятора — простая процедура, которую можно осуществить самостоятельно.
Нормальный заряд аккумулятора
Приобретая новый источник питания, следует проверить степень заряженности аккумулятора, подразумевающую количество энергии, которое может выдавать аккумуляторная батарея на протяжении определённого времени. Именно поэтому замеряется заряд АКБ в Ампер-Часах. Для получения максимально грамотных показаний стоит проводить несколько замеров: без нагрузки или с ней.
Для новой АКБ уровень разности потенциалов должен быть больше 12 вольт. Если напряжение аккумулятора автомобиля упало до 10,8В, то использование такой батареи не рекомендуется — её следует зарядить. После полной зарядки АКБ показатель напряжения будет равен примерно 12,6 вольтам. Плотность электролита целиком заряженного аккумулятора составляет приблизительно 1,28 гр/см3.
Как изменяется напряжение при разряде аккумулятора
Прямая связь таких параметров, как напряжение и состояние химических элементов (электролита и пластин), а также уровня зарядки, отражается на работоспособности всей системы.
После полного заряда автомобильного аккумулятора электролит имеет высокую концентрацию кислоты, и напряжение батареи максимально. Во время эксплуатации плотность уменьшается, в связи с этим падает значение напряжения, следовательно и заряд АКБ. Стоит отметить, что разность потенциалов источника питания изменяется не только от заряда аккумулятора, но и от количества приборов, подключённых к сети.
Как соотносятся заряженность батареи и напряжение аккумулятора, можно увидеть на этом рисунке:
Тесно связаны напряжение и ёмкость АКБ. Оба параметра производитель указывает в модели источника питания. Они показывают, какую нагрузку энергии выдаёт аккумуляторная батарея на протяжении определённого времени разряда. Большие токи и быстрый разряд уменьшают ёмкость источника питания, меньшие — могут способствовать увеличению этого показателя.
Остаточную ёмкость аккумулятора принято проверять:
- по напряжению под мощностью при помощи нагрузочной вилки и постоянного тока;
- спектральным анализом;
- приборами, снимающими показания при переменном токе.
Все эти способы базируются на сведениях о сопротивлении АКБ, что позволяет только качественно оценить состояние источника питания. Зависимость ёмкости аккумулятора от напряжения не является причиной для установления работоспособности батареи. Связано это с возможным наличием плавающего заряда даст совершенно нормальный результат диагностики, что не будет соответствовать действительности. Поэтому мы рекомендуем проверять остаточную ёмкость АКБ от напряжения с помощью специалистов, которые проведут компьютерное исследование батареи.
Как правильно замерить напряжение аккумулятора
Максимально точные значения можно получить, осуществив комплекс диагностик. Для этого необходимо иметь при себе специальные устройства (мультиметр, вольтметр или нагрузочную вилку). Для осуществления измерений напряжения от аккумулятора необходимо соединить контакты устройства и клеммы батареи.
Во время диагностических процедур стоит понимать, что источник питания, подсоединённый к бортовой системе авто, потребляет энергию. Поэтому показания могут быть несколько ниже, но они не должны опускаться ниже значений 11—11,5 вольт. Проведение корректных измерений допустимо на полностью отключённой и заряженной АКБ, то есть электрическая цепь должна быть разомкнута. Однако это необязательное условие: если вы проверяете напряжение в замкнутой цепи, то учитывайте определённую погрешность.
- АКБ подсоединена к системе автомобиля, который не заведён. При этом условии бортовая сеть потребляет определённое количество энергии, поэтому показатель напряжений должен находиться в диапазоне 12,5—13,0 В.
- На заведённой машине с выключенными источниками потребления энергии показания прибора должны варьироваться в промежутке от 13,5 до 14 вольт. Более высокие показания говорят о том, что батарея разряжена, а генератор работает не в штатном режиме. Стоит учесть, что повышение данных в холодное время года не является точным свидетельством разряженности АКБ. Если в течение некоторого времени вольтаж вошёл в рамки, то система полностью работоспособна. Пониженные показатели (от 13 до 13,4 вольта) говорят о некоторой разряженности батареи. Необходима зарядка аккумулятора.
- На заведённой машине с включёнными источниками потребления электроэнергии значение напряжений должно быть больше 12,8—13,0 В.
Обращаем ваше внимание, работа с мультиметром или вольтметром допускает обратное соотношение полюсов измерительного прибора и клемм АКБ. Нагрузочная вилка должна использоваться строго в соответствии с полярностью.
Мы не рекомендуем проверять напряжение аккумулятора в машине с помощью бортовой системы, потому что она подключена не напрямую к батарее. Поэтому допускаются определённые погрешности измерений.
Проверка заряда аккумулятора по напряжению рекомендуется спустя некоторое время после полной зарядки аккумулятора автомобиля, а также в условиях рабочей температуры (около 20 градусов Цельсия).
Ниже представлена таблица «Степень заряда АКБ по напряжению».
Уровень заряда АКБ
Напряжение в разомкнутой цепи малосурьмянистых (Sb/Sb) и гибридных (Sb/Ca) аккумуляторов, вольт
Напряжение в разомкнутой цепи
в кальциевых (Ca/Ca) и AGM/Gel (Ca/Ca) аккумуляторах, вольт
Напряжение аккумуляторной батареи.
Напряжение аккумулятора — разность потенциалов, погруженных в электролит и действующих на положительном и отрицательном электродах. Напряжение аккумулятора не является постоянной величиной. Оно изменяется в зависимости от степени заряженности аккумулятора.
Номинальное же напряжение аккумулятора напротив является величиной постоянной.
Напряжение, создаваемое аккумулятором на зажимах, определяется уравнениями:
при разряде U = E-IPr;
при заряде U=E+Iзар r
где, Е– ЭДС аккумулятора;
Ip, Iзар – соответственно ток разрядки и зарядки аккумулятора;
r – внутреннее сопротивление аккумулятора.
Напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) – это напряжение источника тока без нагрузки, разность потенциалов его электродов. НРЦ полностью заряженного свинцового аккумулятора (элемента) в зависимости от концентрации серной кислоты равно 2,05-2,15В. При разряде же происходит разбавление электролита, и при полном разряде НРЦ элемента аккумуляторной батареи составляет 1,95-2,03В. Напряжение разомкнутой цепи аккумуляторной батареи можно померить мультиметром или нагрузочной вилкой, без нагрузки.
Вольт (В) — мера напряжения.
Напряжение аккумулятора начальное — напряжение аккумулятора в начале разряда, а при прерывистом разряде — в начале первого периода разряда.
Номинальные значения — установленные стандартами DIN 40729 и DIN 72311значения напряжения, емкости, плотности, температуры.
Напряжение аккумулятора номинальное — условная величина напряжения, указанная изготовителем, характеризующая данный аккумулятор. Номинальное напряжение аккумулятора является величиной постоянной. Для свинцовых тяговых АКБ это 2В на элемент, у щелочных тяговых батарей 1,2В на элемент.
Номинальное напряжение автомобильной батареи равно произведению номинального напряжения аккумулятора (элемента) на число последовательно включенных аккумуляторов в батарее.
В соответствии со стандартом номинальное напряжение свинцового элемента равно 2В, в ней обычно 6 элементов. Поэтому номинальное напряжение стартерной аккумуляторной батареи должно составлять 12В.
Напряжение на клеммах — напряжение на полюсных выводах аккумуляторной батареи.
Напряжение начала газовыделения — напряжение аккумулятора, при котором во время заряда начинается интенсивное выделение газов. Обильное газовыделение начинается при напряжении на клеммах более 14,4 В (или 2,4 В на выводах элемента аккумулятора). При этом выделяется избыточный водород, входящий в состав гремучего газа.
Рабочее напряжение — напряжение источника тока под нагрузкой.
Напряжение заряда — напряжение, под которым производится заряд батареи.
Напряжение перезаряда — напряжение, при превышении которого резко увеличивается газообразование.
Конечное разрядное напряжение — установленное нормативами значение напряжения, до которого допускается его снижение при разряде батареи током определенной величины. При достижении конечного напряжения процесс разряда считается законченным. Напряжение полностью разряженного свинцово-кислотного аккумулятора составляет 1,7-1,8 В (из расчета на 1 элемент). Ниже разряжать свинцовые аккумуляторные батареи нельзя.
Указанные предельные значения напряжений, до которых можно разряжать аккумуляторы, установлены опытным путем. Они выбраны с таким расчетом, чтобы не вся активная масса превращалась при разряде в сернокислый свинец, так как это вызвало бы чрезмерную сульфатацию пластин.
Кроме того, глубокие разряды сопровождаются существенным изменением объема активной массы, и могут привести к частичному отделению и выпадению активной массы, а также вызвать коробление пластин. После предельно допустимого значения (1,8 или 1,75В) напряжение резко идет на убыль и может быстро достигнуть таких малых величин, которые непригодны для практического использования батареи. Величина получаемой при этом добавочной емкости невелика
