Аккумуляторные истории. Химия и физика.
Озвучил тут на днях electronic40 идею заместить большие мощные стартеры на дизеле комбинацией маховика и небольшой электромотора. Дескать, раскручиваем маховик мотором, а дальше от маховика уже заводим двигатель. И стартер можно заменить, и аккумулятор постаить на 20-30а/ч вместо 90 а/ч.
Оставляя пока за кадром расчеты параметров подобного маховика, обратим свое внимание на аккумулятор (что собственно я и сделал). Мой тезис звучал, что в любом случае, для машины с мощными потребителями да в холодном климате емкости аккумулятора в 20-30а/ч будет мало. Ну, как-то так и пришел я к выводу упорядочить свои размышления об аккумуляторах. Сразу скажу, я не специались, так что возможно где-то и налажаю, но настоящие специалисты конечно поправят же меня в комментариях? 🙂
Поехали.
Итак, свинцовый аккумулятор. Источник ЭДС (электродвижущей силы). Каковую получает в результате химической реакции.
Хим.реакция:
«Таинство» преобразования энергии в аккумуляторе обеспечивает совокупность реагентов, среди которых есть окислитель и восстановитель, взаимодействующие через электролит. Восстановитель (губчатый свинец РЬ) имеет отрицательный заряд. Во время химической реакции он окисляется, и его электроны странствуют к окислителю, у которого положительный заряд. Окислитель (диоксид свинца РЬО2) восстанавливается, а результатом этого является электрический ток.
В качестве электролита используют жидкость, которая плохо проводит ток, но является хорошим проводником для ионов. Это водный раствор серной кислоты (H2S04). В химической реакции происходит процесс, всем известный со школьной скамьи — электролитическая диссоциация.
В процессе реакции, — положительно заряженные ионы (Н+) направляются к положительному электроду, а отрицательно заряженные ионы (SO42-) к отрицательному. Когда аккумулятор разряжается, то из восстановителя (губчатый свинец), через электролит к положительному электроду, — направляются ионы с положительным зарядом РЬ2+.
Четырехвалентные ионы свинца (РЬ4+) превращаются в двухвалентные (РЬ4+). Однако, это еще не все химические реакции. Когда ионы кислотных остатков с отрицательным зарядом (SO42-) соединяются с положительно заряженными ионами свинца (РЬ2+), то на обоих электродах образуется сульфат свинца (РЬSО4). А вот это уже плохо для аккумулятора. Сульфатация сокращает срок службы аккумулятора и постепенно накапливаясь, может привести к его разрушению. Побочным эффектом химических реакций в обычных свинцово-кислотных аккумуляторах, являются газы.
Но нас в данном случае больше интересует общая физика процесса.
Аккумулятор, по идее, источник напряжения (а не тока). Но т.к. он не идеальный источник напряжения, и его возможности ограничены скоростью химической реакции, напряжение на выходах аккумулятора падает при существенных токах. Соответственно, чем больший мы берем ток, тем сильнее падает напряжение.
Отсюда проистекает первый довод за то, что аккумулятор нельзя уменьшить до 20-30а/ч (ну или в общем случае, аккумулятор должен коррелировать с возможными токами разрядки автомобильных устройств) — при включении мощных потребителей напряжение будет просаживаться ниже уместного для их оригинальной конструкции — лампы будут мерцать, а электроника может не запуститься вообще (входное напряжение будет ниже допустимого внутренним преобразователем/стабилизатором). Грубо говоря, для аккумулятора 20-30а/ч нагрузка в виде подогрева свечей накала будет приводить к такому падению напряжения, что греться они будут существенно дольше.
Второй довод, напрямую связанный с первым — это то что разрядная кривая аккумулятора не линейна и напрямую зависит приложенного тока. Грубо говоря, все емкости аккумуляторов считают по разряду специально установленным током (например 0,1С, т.е. 1/10 от заявленной/расчетной емкости). И аккумулятор с заявленной емкостью 90а/ч при разряде током в 90А может показать емкость всего 40-50А.
Соответственно, там где аккумулятор емкостью 90А/ч при работе допустим фар на заглушенном двигателе (или магнитоле) с током 120Вт (=10А) проработает почти 9 часов до полного разряда, аккумулятор емкостью 20-30 а/ч при таком же разряде не проработает и двух часов.
На самом деле, для нас куда интереснее физика разрядно-зарядного процесса применительно к нашим климатическим условиям.
Существенно в понимании важности адекватной емкости аккумулятора то, что
1) Эффективная емкость аккумулятора при понижении температуры падает. Происходит это из-за изменения плотности электролита, и скорости химической реакции. В пределах от 0 до 35гр. плотность электролита изменяется не существенно, но вот ниже она падает, и так же печально падает и эффективная емкость аккумулятора. Приблизительно 0,1С на градус. Таким образом, емкость (при разряде, как мы указали выше током 0,1С) при -20 градусах будет меньше 60% от номинала. Но еще важнее, что разрядная кривая при больших токах еще кривее, пардон за каламбур. При таких вводных, например температура -20 и разрядный ток 1С+ (те же свечи накала) эффективная емкость аккумулятора 20-30а/ч составит всего 3-5А/ч, а это значит что даже одна процедура прогрева свечей накала почти опустошит наш аккумулятор.
2) Эффективность заряда при понижении температуры существенно падает.
Рассмотрим подробно физику этого процесса.
Так как мы выше написали, что аккумулятор сам по себе источник напряжения, то совмещение его с другим источником напряжения (генератора) вызвало бы бесконтрольный рост тока. По факту, ток, протекающий через аккумулятор в такой ситуации ограничен его внутренним сопротивлением и ЭДС.
Это важно, так как я встречал тут в дискуссиях с некоторыми тезис, что дескать на автомобилях искусственно ограничивают ток заряда аккумулятора до предписанного 0,1С, причем чуть ли не в генераторе, и поэтому установка более мощного генератора = смерть аккумулятора
Рассмотрим эту формулу.
Uзар (напряжение заряда, например от генератора) = Iзар*R(ак) + Е (эдс аккумулятора).
Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора — это сопротивление всех его составных частей, сумма сопротивления поляризации и омического сопротивления. Омическое сопротивление присутствует всегда, сопротивление поляризации изменяется при заряде эквивалентной емкости поляризации.
Что происходит с нашим Е. При подключении источника напряжения с большим напряжением чем наше напряжение ЭДС, начинается заряд. Изначально ток подкакивает на величину определенную только омическим сопротивлением.
Именно поэтому, кстати, когда мы заводим машину, напряжение на клеммах аккумулятора может не достигать величины напряжения на генераторе.
Итак, на первой стадии, напряжение на выводах каждой ячейки подскакивает, но незначительно (до 2.1-2.2в)
Если мы отключим генератор спустя несколько минут после подключения, мы увидим на клеммах напряжение 13.2, даже если аккумулятор был разряжен. Но это напряжение будет стремительно падать (исключаем влияние омических потерь)
Как только у нас электролит около электродов стабилизировался по концентрации собственно начинается процесс восстановления активной массы (вторая стадия), с сокращением сульфатации и ростом плотности электролита. Как только вся доступная масса будет восстановлена, напряжение на ячейке достигнет 2.3в. Если мы отключим генератор в этот момент, то увидим напряжение 13,8, которое будет падать (но менее стремительно) вплоть до 12.6
Третья стадия заключается в начале газообразования в электролите, и может достигать вплоть до 2,7в на элементе, если такое напряжение дает входной источник.
На четвертой стадии напряжение больше не растет, идет "кипение электролита"
На этом этапе происходит окончательное восстановление глубинных слоев активной массы и электрическое разложение сульфата свинца.
Вот, кстати откуда взялся полумиф, что на автомобиле никогда невозможно зарядить аккумулятор полностью. Напряжение генератора ограничено 14,2-14,6, а для этой стадии нужно 2,7*6=16,2вольта
Почему это полумиф — потому что исправный, несульфатированный аккумулятор по сути заряжен уже к завершению второй стадии. Третья стадия и четвертая стадия нужна, если аккумулятор уже засульфатировался, т.е. либо сильно разряжался и долго стоял в таком виде, либо просто уже "много отходил".
Возвращаемся к нашей формуле. Преобразуя ее, мы получим, что ток заряда, который через себя будет пропускать наш аккумулятор = (Uген — Еакк)/Rвн.
Вот наш естественный ограничитель тока при зарядке от автомобильного генератора. Соответственно, как только ЭДС приближается к напряжению генератора, ток заряда стремится к нулю, ибо 0/Х = 0.
Теперь давайте посмотрим процессы, которые происходят при зарядке на морозе.
Как известно, мороз существенно меняет внутреннее сопротивление аккумулятора. Оно растет. Соответственно, холодный аккумулятор, как говорится, "не принимает ток". Повысить ток можно только повышением напряжения источника (поэтому некоторые генераторы могут менять напряжение в зависимости от температуры).
Кроме того, как известно, чем больше аккумулятор, чем больше у него площадь пластин, тем меньше у него внутреннее сопротивление.
Соответственно, большой аккумулятор на морозе будет принимать больший ток, чем маленький.
Правда, тут есть нюанс, который мы раскроем чуть ниже, связанный с массой.
Итак, у нас есть разряженный аккумулятор с маленькой внутренней ЭДС (например 1.9в на ячейку).
По нашей формуле, 14,2-11,4 делим на Х — сопротивление. Возьмем допустим для нашего аккумулятора значение сопротивления 0,1Ом. В таком случае, ток заряда при подключении генератора составит 28А
Очень быстро, мы перейдем к первой стадии, и как вы помните, напряжение нашего аккумулятора вырастет до 2,2*6=13,2
(14,2-13,2)/0,1 = 10А. Так наш аккумулятор сам ограничивает ток, который он принимает.
Соответственно, аккумулятор меньшего размера за счет большего R ограничит ток сильнее, большего размера — слабее.
Ну и после окончания второй стадии, наше напряжение достигнет 2,3*6= 13,8, 13,9, и ток упадет до 3А, с дальнейшим постепенным сокращением. Все.
Но возвращаясь к предмету дискуссии, аккумулятор на 20-30а/ч будет принимать меньший ток, и значит в абсолютных величинах наберет заряда меньше, чем аккумулятор большей емкости, там где большой аккумулятор наберет (при избытке тока от генератора) 10-20-30А, маленький наберет 5-8А. А потребители как жрали свои 40А+, так и будут жрать дальше.
Возвращаясь же к зиме, и к отказу аккумулятора от питания (в карцер его!), мы получаем интересный эффект, что чтобы процесс заряда худо бедно пошел, надо чтобы наш аккумулятор разогрелся. Разогреться он может только по двум причинам — теплый двигатель рядом и внутренний разогрев от химических реакция и протекания тока. Вот кстати еще одна причина, почему бензинкам лучше живется зимой — они быстрее прогревают аккумулятор. И вот, пожалуй, единственное достоинство маленького аккумулятора — ему проще прогреться.
Пока аккумулятор не прогрет, тока он принимает с гулькин нос, и идет через него тока мало, и на реакцию уходит не весь, а часть на тепловыделение (т.к. химическая реакция не идеальная).
Кстати, если убрать двигатель с его теплом, то цифры для разогрева аккумулятора получаются просто космические.
Допустим у нас аккумулятор массой 19кг (90-100а/ч)
Электроемкость свинца, насколько я помню, 125дж на кг/градус.
Упрощенно считаем что свинца там 15кг, игнорируем электролит.И весь ток идет на разогрев.
Даже при таких допущениях получаем, что чтобы прогреть наш аккумулятор от -20 до 0гр нужно 20*125*15=37кВт(Карл!). Это, при напряжении 14.6в — 2534А, это 20 часов работы 120А генератора, и это мы не учли то что холод вокруг будет забирать большую часть этого тепла.
Я нигде не ошибся?
Кстати, если мы посмотрим вот эту работу www.denisov-vinskiy.ru/en…at-of-internal-combustio/ мы увидим что даже двигатель выделяет тепла не так уж много, и с учетом взаиморасположения аккумулятора и двигателя, время прогрева аккумулятора от -20 до 0 градусов может достигать часа или двух.
Собственно вот почему, рваные короткие поездки приводят к умершим, разряженным, замороженным аккумуляторам.
Но праздник продолжается. Все мы знаем, как приятно уместить свое толстое или худое седалище в теплое кресло, положить руки на теплый руль, согреть ноги теплым потоком воздуха с ТЭН, включить теплую, ламповую музыку и теплый яркий свет фар.
Для энергосистемы машины это оборачивается достижением предела тока, отдаваемого генератором. Дальше реле-регулятор ограничивает ток, и питание берется, в том числе с аккумулятора (вместо того, чтобы заряжать его, ага)
Да, господа это жопа, особенно учитывая, что при холостых оборотах двигателя генератор вырабатывает 40-50% от своего номинала. Косвенно, если мы видим что у нас напряжение ушло ниже 14В, это значит что у нас либо не исправно реле-регулятор напряжения (и опять же аккумулятор недополучает заряда, ведь мы помним на что влияет напряжение генератора), либо аккумулятор уже не заряжается. Если же напряжение ушло ниже 13В, то аккумулятор уже активно отдает свое добро на общее дело.
Тут, кстати, вспомним и вопрос окисления выводов батареи.
Посмотрим, как в нашем примере повлияет на ток заряда аккумулятора окисленные контакты, добавляющие 0,2Ом сопротивления.
14,6-13,2 (вторая стадия)/0,1+0,2 = Всего 5А, вместо 10А.
Зимой это сопротивление влияет меньше, на фоне роста внутреннего сопротивления самого аккумулятора, но тем не менее, гадит.
Итак, подитожим.
Маленький аккумулятор 20-30а/ч не в состоянии эффективно работать в условиях климатического пояса россии и крупных потребителях дизельной большой машины, даже если снять с него задачу прокрутки мощного стартера.
1)Он будет быстро разряжаться на типовых задачах прогрева свечей, работы отопителя, световых приборах.
2)Он будет быстрее деградировать из-за больших токов разряда длительное время и частого разряда ниже 50% емкости
3)Он будет хуже заряжаться зимой, и не в состоянии поддерживать энергосистему в моменты пиковых нагрузок.
4)Вероятность того что в сильный мороз он замерзнет и лопнет/поломает пластины из-за переразряда и низкой плотности электролита в разы выше чем у аккумулятора большей емкости.
Считаю свои тезисы, electronic40 , обоснованными и подтвержденными теорией и расчетами.
Попутно мы объяснили несколько мифов. Соберем их еще раз:
1) Нельзя ставить на машину аккумулятор большей емкости чем по ТТХ, генератор умрет!
Нет, генератор не умрет, просто увеличится время заряда в случае длительного разряда. То что вырастут стартовые зарядные токи может повлиять только в переходные моменты заводки автомобиля на сильно разряженном аккумуляторе и то, реле-регулятор ограничит отдаваемый генератором ток.
2) Нельзя ставить на машину аккумулятор меньшей емкости чем по ТТХ, аккумулятор умрет от перезаряда (большого тока заряда).
Нет, аккумулятор не умрет, его большее внутреннее сопротивление естественным образом ограничит ток заряда (от источника напряжения, такого как генератор). Но если аккумулятор сильно меньше, то он быстрее износится в силы вышеописанных причин, особенно в холода.
3) Аккумулятор на машине всегда заряжен не больше чем 70%
Нет, новый, не лежалый аккумулятор, который не подвергается существенному разряду будет заряжен даже автомобильным генератором полностью, т.к. на нем практически нет "застарелой" сульфатированной массы, которую "разбивают" третьей и четвертой стадией.
Еще один полумиф касается параллельного объединения аккумуляторов в одной энергосистеме.
С чем это связано — как мы писали выше, у них разное внутреннее сопротивление. В случае заведенной машины и заряда это роли не играет, каждый сам ограничит ток через себя до разумной величины своим собственным сопротивлением.
В случае заводки — тоже, каждый отдаст столько ампер, сколько выдержит проводка и позволит внутреннее сопротивление.
Вопрос возникает в момент хранения во дворе/гараже. Т.к. у них разное внутреннее сопротивление, то тот аккумулятор у которого внутреннее сопротивление больше, а напряжение ЭДС ниже, будет, если я ничего не путаю, выступать потребителем от второго аккумулятора, потребляя от него ток, пока напряжение ЭДС не уравняется. По идее, при равестве ЭДС двух источников напряжения, тока между ними не будет. Но если какой-то аккумулятор имеет повышенный ток саморазряда, он будет постоянно сосать ток со второго аккумулятора. Т.е., вообще, при коротких сроках простоя и приблизительно исправных аккумуляторах, я не вижу причины, по которой нужно избегать схемы объединения аккумуляторов параллельно. Однако, возможно разное внутреннее сопротивление будет порождать постоянный процесс "заряда/разряда" друг друга, и это вызовет дополнительные потери?
Надеюсь было интересно и понятно, подтверждаем это лайками.
Так же вы можете посмотреть другие записи:
И подписаться или даже репостить. Все материалы собственного изготовления, не копи-пасты
Или написать комментарии, которые дополняют или поправляют меня.
За рулем не бухаем, дома не сидим.
Присылаем мне лаек, овчарок, бульдогов и прочих )
Внутреннее сопротивление аккумулятора автомобиля. Разберем 60, 75, 90 Ач + таблица
Тема внутреннего сопротивления аккумулятора автомобиля – не такая популярная. Просто раньше его достаточно сложно было замерить (я имею в виду точно, кустарные методы не в счет). Сейчас же появляются приборы, которые могут показать этот параметр за считанные секунды. В этой статье (и конечно же видео, которое внизу) – поговорим над сопротивлением популярных моделей АКБ, таких как — 60, 75, 90 Ач. Также расскажу, какая существует норма для новых и изношенных батарей. НУ и для удобства будет таблица с показателями …
СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ
Я хочу сразу предупредить — мы будем говорить о свинцово-кислотных аккумуляторах, которые используются в автомобилях. Про остальные типы литий-ионные, никель-кадмиевые и т.д., говорить не будем, они попросту не применяются в авто
Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора?
Это сумма сопротивлений всех составных частей батареи (обычно это сопротивление поляризации и омическое). Под «омическим» нужно понимать – сумму сопротивлений составных деталей: — сепараторов, пластин, электродов, положительного и отрицательного токовывода, мостовых сварных соединений между «пакетами» пластин (и банками), а также электролита (понятно, что пластиковый корпус практически не влияет на эту величину). Измеряется в Омах. «Омический показатель» присутствует всегда (нет еще ни металлов, ни жидкостей полностью нейтральных).
Простыми словами — нормальная ЭДС (электродвижущая сила) аккумулятора может быть 13,5 В, но внутреннее сопротивление обычно приводит этот параметр к 12,7 В. Сейчас это у многих новых батарей является 100% зарядом, именно такие данные указывают многие производители (со временем эти параметры могут меняться, потому как происходит деградация АКБ).
Диагностика аккумулятора
Нужно понимать, что чем больше аккумулятору лет — тем больше показатель внутреннего сопротивления (либо бывает новый АКБ — но хранился неправильно). Влияние на все, например — на емкость, напряжение, а также силу тока.
Если у новой батареи с емкостью в 60Ач – эталонное внутреннее сопротивление всего 4-6 мОм. Напряжение без проблем поднимается до 12,7 В. Пусковой ток примерно 600 А, плотность электролита примерно – 1,27 – 1,29 г/см3
То уже 5-6 летний АКБ имеет показатель около 10 – 15 мОм (многое зависит от эксплуатации), емкость уже около 30-40Ач. Напряжение (после 3 часов после зарядки) – 12,3 – 12,5 В. Ток пуска, дай бог – 300 А, плотность электролита около 1,23 г/см3
То есть второй аккумулятор, почти полностью выработал свой ресурс. Показатель поднялся почти в 2,5 раза. И как часто это бывает из-за сульфатации пластин.
Поэтому зная показатели внутреннего сопротивления нового аккумулятора, а также Б/У (либо неправильно хранившегося), можно уже понять насколько есть износ АКБ
Поэтому простое правило при выборе новой батареи:
- По возможности возьмите тестер батареи в магазин
- Не все даже новые аккумуляторы «одинаково полезны»
- Замерьте внутреннее сопротивление
- Если оно в пределах 4 – 7 мОм (для разных емкостей оно бывает разным, про это чуть ниже). То можно брать
- Если оно 7 – 10 мОм. Значит, батарея стоит долго, либо ее неправильно хранили, внутри пошли процессы сульфатации. Брать не стоит, либо нужно просить скидку.
Норма для 60 Ач
В идеале берем новый аккумулятор, который недолго стоит на прилавке, хорошо заряжен.
Вообще точных показателей нет, есть только усредненные. Но чем емкость батареи меньше, тем сопротивление внутри у нее выше.
Это сказывается тем, что размер пластин меньше — площадь соприкосновения меньше, поэтому показатель растет.
Как пишут многие производители, эталонный показатель у нового АКБ емкостью в 60 Ач, является – 4-7 мОм. Усредненные данные будут в таблице внизу
ВАЖНО — замеры желательно проводить при температуре в + 20, + 25 градусов Цельсия, ведь на морозе электролит подмерзает, и этот показатель может вырасти
Показатель для 75Ач
Этот аккумулятор, хотя и больше почти на 25%, но показатель сопротивления здесь будет практически таким же. Опять же многое зависит от производителя
Если после тестирования у вас на приборе от 3 до 7 мОм значит можно брать. Это почти 100% аккумулятор, который выдаст честные 75Ач
Опять же у нас кислотные АКБ с жидким электролитом
Сопротивление для 90Ач
Как правило, такие батареи очень большие и тяжелые, к ним же можно отнести и 80Ач, показатели у них будут практически идентичными
Норма для 80 — 90Ач, от 3 до 6 мОм, иногда я даже встречал аккумуляторы, которые выдавали около 2 мОм (но это крайне редко)
Как я писал выше, чем больше аккумулятор, тем меньше у него показатель внутреннего сопротивления из-за более массивных и больших составных частей (пластин, перемычек и т.д.)
Почему нельзя замерять в морозы?
Как я писал выше, общее сопротивление складывается от каждой составной части аккумулятора. И электролит тут не исключение.
Основные показатели АКБ снимаются при плюсовых температурах + 20, + 25 градусов. Электролит у нас жидкий и прекрасно работает внутри. То есть он входит в реакцию с пластинами, будь это разряд или заряд
НО! В отрицательные температуры, работоспособность электролита падает, ибо он банально подмерзает. Его внутренне сопротивление растет, процессы заряда – разряда падают (а в – 35, заряд будут настолько минимальным, что практически останавливается).
Если – 35, замерить внутреннее сопротивление батареи, оно будет намного выше, чем в + 25 градусов. Так замерять неправильно!
Насколько растет сопротивление в год?
Это очень сложный вопрос. Еще раз, очень много зависит от того как вы эксплуатируете свою батарею, какие у вас пробеги, какие условия, в каком климате (зачастую АКБ, которые находятся в теплом климате работают дольше).
Но если взять среднюю «температуру по больнице», рост примерно на 10 – 15% в год. Если новая АКБ, для примера, имеет показатель — 5 мОм, то уже 5 летняя будет 6 – 8,75 мОм.
А вот уже через 6 – 7 лет, показатель перешагнет 10 – 13 мОм, и сделает аккумулятор практически не применимым в морозы. Данные постараюсь свести в таблицу внизу
Рост сопротивления происходит только из-за того, что пластины обрастают сульфатами свинца. Часть поверхности пластины просто запаковывается ими. Конечно можно сделать процесс десульфатации, но не всегда он помогает
В реальной жизни, если аккумулятор проходил около 5 – 6 лет, это нормально. Ведь не всегда мы следим за батареей, иногда бросаем автомобиль, если он не запустился в мороз (и заряжаем АКБ, спустя несколько часов, а может и дней).
Пару слов про AGM и EFB
Эти батареи сделаны по другим технологиям. Как пишут многие производители, что и свинец используется другой – более очищенный. Так и электролит находится в другом состоянии (особенно у AGM).
Все это позволяет снизить внутреннее сопротивление аккумулятора:
Так версия 60Ач, AGM – имеет показатель примерно 3 – 4 мОм,
Версия 60Ач, EFB – показатель примерно 4 – 5 мОм
Это лучше, чем у обычного АКБ (там 4 – 7 мОм). Причем AGM, может очень долго иметь такое сопротивление, все дело в том, что там электролит находится в специальных матах, которые соприкасаются напрямую с пластинами и процесс сульфатации там не такой явный.
Таблица сопротивлений аккумуляторов
| Емкость (Ач) | Норма (новый) АКБ (мОм) | Через 5 лет, средние данные, (мОм) |
| 60 | 4 — 7 | 6 – 13 |
| 75 | 3 — 7 | 4,5 – 13 |
| 80 | 3 — 6 | 4,5 – 12 |
| 90 | 3 — 6 | 4,5 – 12 |
Таблица сделана для обычных батарей с жидким электролитом внутри. Второй столбец – это примерные данные, которые могут иметь ваши батареи. Большой разбег, например от 6 до 13 мОм только из-за того, что изначальные данные различные. Один АКБ идеален, он имеет 4 мОм, вы хорошо за ним ухаживали, поэтому уровень деградации всего 10% в год. Значит через пять лет стоит ожидать сопротивления от сульфатации всего 6 мОм.
Другой изначально имеет – 7 мОм, вы плохо за ним ухаживали, оставляли его (надолго без заряда) после того как мотор не запустится в мороз. Процесс сульфатации у него намного выше, тут и 13 мОм не предел. Именно такой разбег я и заложил в оба столбца таблицы.
Сейчас подробное видео, смотрим
Теперь я думаю, вам стало понятно – почему внутреннее сопротивление аккумулятора, очень важный показатель, который практически на 100% может вам рассказать о состоянии как нового, так и подержанного АКБ. Главное, производить замеры правильно.
(11 голосов, средний: 4,82 из 5)
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.
Что представляет собой внутреннее сопротивление и от чего оно зависит?
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.
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.
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.
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.
Схема АКБ с подключённым резистором
На изображениях ниже можно посмотреть значения ЭДС автомобильного аккумулятора в разомкнутой цепи и напряжения при подключении нагрузки в виде двух автомобильных лампочек, соединённых параллельно.
Напряжение под нагрузкой
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.
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.
Внутреннее сопротивление автомобильной АКБ по показаниям SkyRC iMax B6 mini