Измеритель емкости кислотной аккумуляторной батареи. Емкость аккумулятора: в чем она измеряется, как ее измерить своими руками. Определение ёмкости аккумулятора. Физический смысл

Каждый автовладелец задается вопросом, какой необходим прибор для измерения емкости аккумулятора. Измерение данной величины зачастую проводится при прохождении планового ТО, однако будет полезным научиться самому ее определять.

Прибор для измерения емкости аккумулятора

Емкость аккумулятора - это параметр, который определяет объем энергии, отдаваемый батареей при определенном напряжении за один час. Измеряется он в А/ч (Ампер в час), и зависит от которую определяют специальным устройством - ареометром. При покупке новой батареи все технические параметры производитель указывает на корпусе. Но эту величину можно определить и самому. Для этого существуют специальные приборы и методы.

Самый простой способ - это взять специальный тестер, например "Кулон". Это современный прибор для измерения емкости автомобильного аккумулятора, а также его напряжения. В этом случае вы затратите минимальное количество времени и получите достоверный результат. Для проверки необходимо подключить прибор к клеммам батареи и в течение нескольких секунд он определит не только емкость, а также напряжение аккумулятора и состояние пластин. Однако существуют и другие емкости АКБ.

Первый метод (классический)

К примеру, мультиметр можно использовать, как прибор для измерения емкости аккумулятора автомобиля, но с его помощью точных показаний вы не получите. Обязательным условием для данного метода (его называют методом контрольной разрядки) является полный заряд батареи. Для начала необходимо подключить к аккумулятору мощный потребитель (вполне подойдет обычная лампочка мощностью 60Вт).

Второй метод

Также можно воспользоваться методом, при котором аккумулятор разряжают через резистор, применяя специальную схему. Используя секундомер определяем время, затраченное на разряд. Так как энергия будет теряться при напряжении в пределах 1 Вольта, мы с легкостью определим воспользовавшись формулой I=UR, где I - сила тока, U - напряжение, R - сопротивление. При этом необходимо избежать полной разрядки батареи, используя, например, специальное реле.

Как сделать прибор самостоятельно

При отсутствии возможности приобретения готового устройства, всегда можно собрать прибор для измерения емкости аккумулятора своими руками.

Для определения степени заряда и емкости АКБ можно воспользоваться В продаже имеется много моделей уже готовых вилок, однако можно собрать ее собственноручно. Далее рассматривается один из вариантов.

В данной модели используется расширенная шкала, благодаря чему достигается высокая точность измерений. Имеется встроенное нагрузочное сопротивление. Шкала разделена на два диапазона (0-10 В и 10-15 В), что дает дополнительное снижение погрешности измерений. Устройство также имеет 3-х вольтовую шкалу и другой вывод измерительного приспособления, давая возможность проверки отдельных банок АКБ. Шкала на 15В достигается благодаря снижению на диоде и стабилитроне напряжения. Величина тока устройства возрастает, если значение напряжения превышает уровень открытия стабилитрона. При подаче напряжения ошибочной полярности защитную функцию выполняет диод.

На схеме: R1- передает стабилитрону требуемый ток; R2 и R3 - резисторы, подобранные для микроамперметра М3240; R4 - определяет ширину узкого диапазона шкалы; R5 - нагрузочное сопротивление, включается тумблером SB1.

Сила тока нагрузки определяется по закону Ома. В расчет принимается нагрузочное сопротивление.

Прибор для измерения емкости аккумулятора АА

Емкость аккумуляторов типа АА измеряется в мА/ч (миллиампер в час). Для измерения таких батарей можно применять специальные зарядные устройства, которые определяют ток, напряжение и емкость батареи. Примером такого устройства является прибор для измерения емкости аккумулятора AccuPower IQ3, который имеет блок питания с диапазоном напряжения от 100 до 240 Вольт. Для измерения потребуется вставить аккумуляторы в устройство, и на дисплее появятся все необходимые параметры.

Определение емкости с помощью зарядного устройства

Также емкость можно определить и с помощью обычного зарядного устройства. Определив величину силы тока заряда (она указывается в характеристиках прибора), необходимо полностью зарядить аккумулятор и засечь затраченное на это время. После, перемножив эти два значения, получаем приблизительную емкость.

Более точные показания можно получить, воспользовавшись еще одним методом, для которого вам потребуется полностью заряженный АКБ, секундомер, мультиметр и потребитель (можно использовать, например, фонарик). Подключаем потребитель к аккумулятору, и при помощи мультиметра определяем ток потребления (чем он меньше, тем более достоверны результаты). Засекаем время, в течение которого светил фонарик, и полученный результат умножаем на ток потребления.

Для того, что бы измерить ёмкость какого-нибудь аккумулятора, обычно поступают так: подключают к этому аккумулятору резистор определённого номинала, который разряжает этот аккумулятор, и записывая величины тока, протекающего через резистор и напряжение на нём, дожидаются полной разрядки аккумулятора. По полученным данным строится график разряда, из которого и выясняют ёмкость. Проблема только в том, что по мере снижения напряжения на аккумуляторе ток через резистор так же будет уменьшаться, так что данные придётся интегрировать во времени, поэтому точность такого способа измерения ёмкости аккумулятора оставляет желать лучшего.

Если же разряжать аккумулятор не через резистор, а через источник стабильного тока, то это позволит определить ёмкость аккумулятора с очень большой точностью. Но здесь есть одна проблема - напряжение на аккумуляторе (1,2..3,7 В) недостаточно для работы источника стабильного тока. Но эту проблему можно обойти, добавив в схему измерения дополнительный источник напряжения.

Рис. 1. Схема для измерения ёмкости аккумулятора
V1 - исследуемый аккумулятор; V2 - вспомогательный источник напряжения; PV1 - вольтметр;
LM7805 и R1 - источник стабильного тока; VD1 - защитный диод.

На рисунке 1 изображена принципиальная схема установки для измерения ёмкости аккумулятора. Здесь видно, что измеряемый аккумулятор V1 включён последовательно с источником тока (его образуют интегральный стабилизатор LM7805 и резистор R1) и вспомогательным источником питания V2. Поскольку V1 и V2 соединены последовательно, то сумма их напряжений оказывается достаточной для работы источника тока. Так как минимальное напряжение, необходимое для работы источника тока составляет 7 В (из них 5 В - это напряжение на выходе микросхемы LM7805, т.е. в данном случае это падение напряжения на резисторе R1, и 2 В - это минимально допустимое падение напряжения между входом и выходом LM7805), то для работы источника тока суммы напряжений V1 и V2 хватает с некоторым запасом.

Вместо стабилизатора LM7805 можно использовать другой интегральный стабилизатор, например, LM317 с выходным напряжением 1,25 В и минимальным падением напряжения 3 В. Так как минимальное рабочее напряжение источника тока будет равно 4,25 В, то напряжение второго источника напряжения V2 можно снизить до 5 В. В случае использования стабилизатор LM317 величина тока стабилизации будет определяться по формуле I = 1,25/R1

Тогда для разрядного тока 100 мА величина сопротивления R1 должна быть примерно 12,5 Ом.

Как производить измерение ёмкости аккумулятора

Вначале подбором резистора R1 нужно установить разрядный ток - обычно величину разрядного тока выбирают равной рабочему току разряда аккумулятора. Следует так же иметь в виду, что некоторые модели интегральных стабилизаторов напряжения 7805 могут потреблять небольшой управляющий ток порядка 2...8 мА, так что величину тока в схеме рекомендуется проверять амперметром. Далее полностью заряженный аккумулятор V1 устанавливают в схему, и замкнув выключатель SA1 начинают отсчёт времени до того момента, когда напряжение на аккумуляторе снизится до минимальной величины - для разных типов аккумуляторных батарей эта величина различна, например, для никель-кадмиевых (NiCd) - 1,0 В, для никель-металлогидридных (NiMH) - 1,1 В, для литий-ионных (Li-ion) - 2,5...3 В, для каждой конкретной модели аккумулятора эти данные нужно смотреть в соответствующей документации.

После достижения минимального напряжения на аккумуляторе выключатель SA1 размыкают. Следует помнить, что разряд аккумулятора ниже минимального напряжения может вывести его из строя. Перемножив величину разрядного тока (в Амперах) на время разряда (в часах) получаем ёмкость аккумулятора (А*ч):

C = I * t

Рассмотрим практическое применение этого способа измерения ёмкости аккумулятора на конкретном примере.

Измерение ёмкости аккумулятора NB-11L

Аккумулятор NB-11L (рис. 2.) был приобретён в интернет-магазине DealeXtreme за 3,7 доллара (SKU: 169532). На корпусе аккумулятора указана его ёмкость - 750 мА*ч. На сайте его ёмкость указана уже скромнее - 650 мА*ч. Какая же реальная ёмкость этого аккумулятора?

Рис. 2. Li-ion аккумулятор NB-11L ёмкостью якобы 750 мА*ч
Fits CAN.NB-11L 3.7V 750mAh
Use specified charger only

Что бы подключить проводники к контактам аккумулятора потребуются две скрепки, которые следует изогнуть так, как показано на рисунке 3, и подключить их к "+" и "-" выводам аккумулятора (рис. 4.). Необходимо избегать замыкания контактов, лучше их заизолировать.

Для измерения ёмкости аккумулятора NB-11L его разрядный ток был принят равным 100 мА. Для этого величина резистора R1 была выбрана чуть больше 50 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе R1 определяется по формуле P = V 2 /R1 , где V - напряжение на резисторе R1. В данном случае P=5 2 /50=0,5 Вт. Стабилизатор LM7805 следует установить на радиатор, если же под рукой нет подходящего радиатора, то микросхему можно частично погрузить в стакан с холодной водой, но так, что бы выводы остались сухими (в случае корпуса TO-220).

После установки полностью заряженного аккумулятора NB-11L в схему и замыкания выключателя SA1 начался отсчёт времени с периодическим контролем напряжения по вольтметру PV1. Данные заносились в таблицу, по которой был построен график разряда аккумулятора NB-11L (рис. 5).

Рис. 5. График напряжения на аккумуляторе NB-11L в процессе его разряда током 100 мА

Отсюда видно, что за 5 часов разряда током 0,1 А напряжение на аккумуляторе снизилось до 3 вольт и стало быстро падать дальше.

C = I * t = 0,1 * 5 = 0,5 А = 500 мА*ч.

Так что реальная же ёмкость аккумулятора NB-11L оказалась в 1,5 раза ниже указанной на нём.

Свинцово-кислотные аккумуляторы, на первый взгляд, очень просты по конструкции. Но оборотной стороной такой простоты является необходимость точно выдерживать определенные правила по эксплуатации аккумулятора. Только тогда он реализует заявленное производителем количество циклов заряд-разряд, а иногда и покажет лучший результат. Для этого потребуется дополнительное оборудование, о котором и пойдет речь в статье.

Сульфатация пластин аккумулятора

Основная опасность, которая существует для свинцово-кислотного аккумулятора — хранение устройства в разряженном состоянии. При этом происходит процесс так называемой сульфатации — осаждения на пластинах сульфата свинца (PbSO4), являющегося диэлектриком. Минимально допустимое напряжение на клеммах аккумулятора обычно приводится в его документации. Например, для большинства свинцово-кислотных аккумуляторов с номинальным напряжением 12,6 В минимальное напряжение, после которого начинается процесс интенсивной сульфатации пластин аккумулятора, составляет 10,8 В.

Измерение напряжения и внутреннего сопротивления аккумуляторных батарей

Простейшим видом контроля аккумулятора является измерение ЭДС на его клеммах. При ЭДС меньше минимально допустимого уровня аккумулятор подзаряжают до номинального напряжения на клеммах. Но такой метод пригоден только для заведомо исправных аккумуляторов. Если пластины уже покрыты толстым слоем сульфата свинца, то у аккумулятора будет высокое внутреннее сопротивление. При этом ЭДС на клеммах может быть на номинальном уровне, но аккумулятор будет быстро разряжаться или вообще не сможет обеспечить требуемый ток в нагрузке. Вольтметр этого обнаружить не сможет. Тем не менее, при своевременном обнаружении сульфатации на пластинах, аккумулятор еще можно спасти, о чем пойдет речь чуть ниже.

Для контроля аккумулятора с возможностью оперативного обнаружения неисправности требуется специальный прибор. Помимо напряжения на клеммах, он должен измерять внутреннее сопротивление (или проводимость) аккумулятора. Сравнив измеренные значения с приведенными в документации на аккумулятор, можно сделать вывод о пригодности батареи для дальнейшей эксплуатации. Примером такого прибора является PITE 3915 . Его важным преимуществами являются наличие большого цветного ЖК-дисплея и удобной клавиатуры.

Зачастую для ускорения работы требуются не только сами данные, но и оценка, выходят ли они за допустимые пределы. В этом случае удачным выбором будут измерительные приборы Fluke серии BT500 .

Пользователь может установить пороговые значения для 10 параметров, при прохождении каждого из которых прибор выдает предупреждение. Другой особенностью серии приборов Fluke BT500 является функция измерения пульсаций зарядного устройства. Возможно измерение циклов заряда-разряда сразу для нескольких аккумуляторов. При этом для каждого аккумулятора в памяти прибора заводится свой профиль, в котором накапливаются данные последовательно сделанных измерений. Помимо базовой модели Fluke BT510, в серию входят Fluke BT520 для измерения параметров аккумуляторов, установленных в шкафах и других труднодоступных местах, а также Fluke BT-521 с расширенными функциями. В комплект поставки Fluke BT520 и BT521 входят интерактивный зонд (BTL20 и BTL21 соответственно), а также сумка для переноски. Особенностью Fluke BT521 являются функции измерения температуры, а также беспроводной связи с мобильным устройством.

Зависимость силы тока, протекающего через аккумулятор, от разности потенциалов на его выводах, является нелинейной величиной. Поэтому внутреннее сопротивление аккумулятора, измеренное по постоянному току, носит скорее оценочный характер, так как зависит от многих факторов. Для многих практических применений такой точности достаточно — принимается решение исправен/неисправен аккумулятор. Но, если вы хотите понять, стоит ли возиться с восстановлением аккумулятора, требуется более точно измерить внутреннее сопротивление. Повысить точность измерения внутреннего сопротивления батареи можно, если производить это на переменном токе. Именно такой способ реализован в приборе PITE BT-301 . Другой важной особенностью прибора является наличие в нем дополнительной функции проверки никель-кадмиевых аккумуляторов.

Приборы для измерения ёмкости аккумулятора

Перечисленные выше приборы требуют для принятия решения определенным образом трактовать их показания. Для этого, во-первых, нужен персонал высокой квалификации, а, во-вторых, документация на аккумулятор, чтобы было с чем сравнить измеренные параметры. Но существуют и простые в использовании тестеры аккумуляторов, измеряющих напряжение и емкость аккумулятора. При этом достаточно приложить тестер к клеммам аккумулятора на несколько секунд. Далее емкость и напряжение сравниваются с указанными на корпусе аккумулятора.

Недостатком такого способа проверки аккумуляторов является то, что для него используется способ измерения емкости, характеризующийся невысокой точностью и работающий в ограниченных границах диапазона емкостей. Тем не менее, для практического применения возможностей такого тестера вполне достаточно.

Примером компактных и простых в использовании измерителей емкости аккумуляторов является серия приборов «Кулон» отечественного производства. Время измерения составляет 4 с. В процессе измерения на аккумулятор подается сигнал особой формы. По отклику определяется активная площадь пластин, на основании чего вычисляется емкость.

Следует отметить, что для критически важных применений измерение емкости аккумулятора следует проводить с помощью специально предназначенной для этого нагрузки, например PITE-3980 . Данный прибор способен передавать данные о разряде аккумулятора беспроводным способом.

«Умные» решения для проверки аккумуляторных батарей

В том случае, если аккумуляторы задействованы в критически важных системах, лучше всего постоянно осуществлять их мониторинг. Для этого на помощь приходят современные технологии:

Устройство, с помощью которого можно проверить емкость литий-ионных пальчиковых аккумуляторов. Довольно часто батареи от ноутбуков приходят в негодность из-за того, что один или несколько аккумуляторов теряют свою емкость. В итоге приходится покупать новую батарею, когда можно обойтись малой кровью и заменить эти негодные аккумуляторы.

Что понадобится для устройства:
Arduino Uno или любой другой совместимый.
16Х2 ЖК-дисплей, в котором используется драйвер Hitachi HD44780
Твердотельное реле OPTO 22
Резистор 10 МОм на 0.25 Вт
Держатель для аккумуляторов 18650
Резистор 4 Ом 6Вт
Одна кнопка и блок питания от 6 до 10В на 600 мА

Теория и эксплуатация

Напряжение,на полностью заряженной, Li-Ion батарее при отсутствии нагрузки равно 4.2В. При подключении нагрузки, напряжение быстро снижается до 3.9В, и далее медленно снижается по мере работы батареи. Ячейка считается разряженной при падении напряжения на ней ниже 3В.

В данном устройстве аккумулятор подсоединяется к одному из аналоговых выводов Arduino. Измеряется напряжение на аккумуляторе без нагрузки и контроллер ожидает нажатие кнопки “Пуск”. Если напряжение на аккумуляторе выше 3В. , при нажатии кнопки начнется тест. Для этого через твердотельное реле к аккумулятору, подключается резистор 4Ом, который будет исполнять роль нагрузки. Напряжение считывается контроллером каждые пол секунды. Используя закон Ома можно узнать ток, отдаваемый в нагрузку. I=U/R, U-считывается аналоговым входом контроллера, R=4 Ом. Так как измерения проводятся каждые пол секунды, в каждом часе получается 7200 измерений. Автор просто умножает 1/7200 часа на значение тока, и складывает получившиеся числа, пока аккумулятор не разрядится ниже 3В. В этот момент реле переключается и на дисплей выводится результат измерений в мА\ч

Распиновка ЖК-дисплея

ПИН Назначение
1 GND
2 +5V
3 GND
4 Digital PIN 2
5 Digital PIN 3
6,7,8,9,10 No connected
11 Digital PIN 5
12 Digital PIN 6
13 Digital PIN 7
14 Digital PIN 8
15 +5V
16 GND

Автор не использовал потенциометр для регулировки яркости дисплея, вместо этого он подсоединил вывод 3 к земле. Держатель аккумулятора подсоединяется минусом на землю, а плюсом к аналоговому входу 0. Между плюсом держателя и аналоговым входом включен резистор 10 МОм, выполняющий функцию подтягивающего. Твердотельное реле включается минусом к земле, а плюсом к цифровому выходу 1. Один из контактных выводов реле соединяется с плюсом держателя, между вторым выводом и землей ставится резистор 4 Ом, выполняющий роль нагрузки при разряде аккумулятора. Имейте в виду, что он будет довольно сильно греться. Кнопка и включатель подключаются согласно схеме на фото.

Так как в схеме задействуются PIN 0 и PIN 1, надо отключить их перед загрузкой программы в контроллер.
После того, как вы все соедините, зальете прошивку, прикрепленную ниже, можно попробовать протестировать аккумулятор.

Если вы не знаете, как проверить батарею мультиметром своими руками, то мы предлагаем вам ознакомиться с методами проведения тестирования.

Для начала рассмотрим способ контрольного разряда, его выполнение осуществляется в несколько шагов:

1. В первую очередь аккумулятор машины нужно будет до конца зарядить, а затем разрядить. В ходе выполнения важно поддерживать на одном уровне величину тока либо мощности.
2. После того, как вы сможете добиться нужного параметра напряжения, процедуру разряда необходимо будет остановить, при этом надо зафиксировать и время. В конечном счете результаты контрольной разрядки надо будет сравнить с основными техническими параметрами аккумуляторной батареи. Если ранее вы также тестировали устройство, то результаты надо сравнить.
3. Если батарея будет долго разряжаться при нагрузке, это будет говорить о том, что ее емкость высокая.

Данный метод тестирования подходит не всем, так как для его выполнения автовладелец должен не только правильно подойти к выполнению задачи, но и располагать свободным временем. Так что для тестирования можно применить простой тестер. При такой диагностике величина нагрузки должна быть такой, чтобы она смогла забрать 50% тока, который нужен для нормального функционирования батареи. Этот способ тестирования актуален тогда, когда АКБ полностью заряжена (видео опубликовано каналом Avto-Blogger.ru).

Проверка напряжения АКБ?

Поскольку показатель напряжения на выводах АКБ транспортного средства составляет либо 12, либо 24 вольта, владельцу машины не обязательно соблюдать все меры безопасности. Чтобы получить наиболее точные результаты тестирования, сначала следует осуществить замер величины переменного, а также постоянного тока. Сам процесс замера выполняется с применением выводов, которые находятся на торцевой стороне девайса. Тестер подключается к выводам АКБ, а затем тестер следует настроить в режим измерения постоянного тока. 12.4-12.6 вольт — это самый оптимальный параметр напряжения на клеммах автомобильной батареи.

По факту срок службы девайса можно увеличить благодаря верному использованию. При заглушенном двигателе не следует в течение длительного времени использовать энергопотребители — оптику, аудиосистему, печку и т.д. В противном случае быстрый разряд вашему аккумулятору обеспечен. Рекомендуется отключать все потребители энергии за несколько минут до того, как заглушить силовой агрегат, это позволит немного восстановить заряд.