Емкость аккумуляторной батареи

Компактные источники постоянного тока обеспечивают накопление электроэнергии за счет обратимых химических процессов. Емкость аккумулятора определяет время поддержки работоспособности подключенных приборов, но по мере естественной деградации компонентов батареи параметр снижается. Владелец может самостоятельно измерить значение емкости при помощи тестового прибора.

Что такое емкость батареи или аккумулятора

Под понятием емкости источника постоянного тока подразумевается количество электроэнергии (в Кулонах), которое способен отдать аккумулятор на протяжении 1 секунды при силе тока 1 А. Производители батарей для машин или резервных источников питания используют маркировку в ампер-часах (обозначается на корпусе аббревиатурой А*ч или A*h), для малогабаритных батареек применяется единица измерения миллиампер-час (мА*ч или mA*h).

Также используется единица измерения ватт-час (Вт*ч или Wt*h), которая описывает удельную энергоемкость источника питания. Усредненное значение измеряется по формуле E=q*U, где под литерой q подразумевается запасаемый заряд в А*ч, а буква U описывает усредненное напряжение на клеммах. Существует формула для определения параметра в джоулях (Дж), чтобы вычислить объем запасаемой энергии необходимо воспользоваться уравнением E=q*U*3600.

Для определения номинальной емкости свинцово-кислотных элементов используются 10 или 20-часовые циклы разряда. Батарея считается полностью разряженной при падении напряжения до 1,8 В на банку (10,8 В для стандартного 12-вольтового автомобильного аккумулятора). Например, батарея емкостью 55 А*ч при 10-часовом цикле отдает в цепь ток силой 5,5 А. Пусковой ток достигает 400-500 А (при работе стартера), но длительная разрядка в таком режиме приводит к необратимому разрушению электродов и выкрашиванию активной массы.

Для автомобильных источников тока существует понятие резервной емкости, определяющее продолжительность работы электрики и электроники машины при вышедшем из строя генераторе. Из-за роста силы тока в цепи нагрузки резервный объем составляет 40-50% от номинального значения. Для автомашин с малым количеством электроники допускается расчет времени автономной работы с использованием коэффициента 1,6. Например, батарея емкостью 50 А*ч сможет работать без подзарядки на протяжении 50*1,6=80 минут.

Простая проверка емкости АКБ тестером с последующим уточнением

Для проверки состояний батарей мобильного оборудования используется тестовый прибор с разъемом USB. Устройство позволяет посмотреть информацию на малогабаритном дисплее, цифры предназначены для уточнения состояния аккумулятора. Для измерения значений используется кнопка, расположенная на верхней части корпуса. Последовательные нажатия на клавишу позволяют изменять режимы работы. Если при подключении фиксируется нормальный уровень напряжения на выходе батареи, то дальнейшее тестирование прерывается.

Как определить емкость батареек с помощью мультиметра

Узнать реальную емкость батареи в домашних условиях можно при помощи тестового прибора и математических вычислений. Сам прибор не позволяет отобразить на дисплее требуемый параметр. В основе методики расчета лежат измерения силы тока в цепи нагрузки и времени, на протяжении которого электрохимический источник напряжения сохраняет работоспособность. Следует учитывать, что полученное значение будет отличаться от истинного из-за погрешностей при замерах тока и времени.

Существуют 2 методики измерения емкости мультиметром:

• с помощью стабилизатора;
• с использованием переменного сопротивления.

Использование линейного стабилизатора

Измерение осуществляется при помощи регулируемого стабилизатора, который работает совместно с нагрузочным сопротивлением. Устройство обеспечивает стабилизацию разрядного тока до момента падения напряжения на клеммах источника питания (например, для литий-ионных элементов допускается снижение напряжения до 2,7 В). После снижения напряжения стабилизатор автоматически разрывает цепь, время разрядки фиксируется секундомером. Часы находятся в параллельном соединении с нагрузкой и отключаются по сигналу от контроллера.

Дальнейшее определение объема осуществляется путем умножения силы тока в цепи на время, затраченное на разрядку (в часах). Возможности оборудования ограничиваются шкалой используемых часов. Например, 12-часовой циферблат позволит определить емкость батареи емкостью до 6 А*ч при силе тока в цепи 500 мА. Вместо внешнего резистора допускается использование лампы накаливания или электрического двигателя (без загрузки ротора).

Использование переменного резистора

Для проведения замеров потребуется регулируемый резистор с верхним порогом сопротивления, зависящим от емкости тестируемого элемента. Также понадобится тестовый прибор, коммутационные провода и секундомер, который позволит определить время разрядки батареи. Методика замера подразумевает постоянный визуальный контроль силы тока в цепи, параметр корректируется вручную при помощи изменения сопротивления.

Алгоритм выполнения замеров:

1. Подключить тестовый прибор к контактным площадкам заряженной батареи для измерения напряжения.
2. Соединить источник питания с резистором, в разрыве цепи установить мультиметр, переключенный в режим амперметра.
3. Произвести разрядку аккумулятора при помощи переменного нагрузочного сопротивления, поддерживая ток в цепи на уровне 0,45-0,5 А. В процессе разрядки номинальное значение сопротивления корректируется вручную, одновременно проводятся контрольные замеры напряжения.
4. Дождаться падения напряжения до 2,7 В, отключить счетчик времени, а затем произвести расчет параметров элемента питания.

Как сделать прибор собственными руками

Для создания самодельного тестового прибора понадобятся компоненты:

• стабилизатор с малым падением напряжения LM1117 или AMS1117 (используются в компьютерных материнских платах);
• стабилизатор LM317 (с интегрированной термической и токовой защитой);
• кварцевые часы (например, будильник китайского производства);
• блок токовой нагрузки;
• модуль отсечки питания.

Часы необходимо доработать, чтобы обеспечить работоспособность при напряжении в диапазоне от 1,5 до 25 В. Будильник подключается к выходам стабилизатора LM1117, параллельно подсоединяется сопротивление номиналом 2 кОм и конденсатор емкостью 10 мкФ. Модуль токовой нагрузки строится на базе транзистора КТ818, стабилизатора LM317 и сопротивлений. Полупроводниковые элементы при работе нагреваются, для охлаждения необходимо использовать алюминиевый теплообменник.

Блок отсечки состоит из полупроводниковых транзисторов и сопротивлений, существуют схемы с фиксированным и переменным напряжением. В конструкции предусматривается контрольный светодиод, позволяющий визуально определять режим работы устройства. Модуль обеспечивает регулировку напряжения за счет резисторов, в схему включен кнопочный переключатель для включения прибора.

Пользователь устанавливает часы в нулевое положение, подключает батарею, а затем включает цепь. Аккумулятор разряжается, после падения напряжения до уровня отсечки цепь размыкается. Затем владелец рассчитывает емкость путем умножения силы тока на время разряда. Авторы устройств показывают схемы оборудования в видео, что позволяет скопировать конструкцию.

От чего зависит текущая емкость АКБ

Максимальная емкость батареи наблюдается в момент начала эксплуатации изделия. По мере чередования циклов разрядки и зарядки происходит деградация активной массы и электролита, что приводит к постепенному снижению рабочих характеристик аккумулятора. Негативное воздействие на емкость оказывает длительная разрядка батареи повышенным током, а также эксплуатация изделия при низкой температуре окружающей среды. Емкость зависит от плотности электролита, при снижении значения параметра уменьшается время работы батареи до полной разрядки.

Текущая емкость свинцово-кислотных элементов зависит от уровня и состава электролита, который влияет на коэффициент использования активной массы. Коэффициент определяет количество активного вещества, непосредственно вступающего в электрохимическую реакцию. У новых аккумуляторов параметр не превышает 60%, по мере старения батареи происходит сульфатация пластин, снижающая коэффициент.