Напряжение автомобильного аккумулятора это разность потенциалов на полюсных выводах. Для большей точности рекомендуется измерять напряжение, когда переходные процессы, вызванные током заряда или разряда, закончились. Их длительность может составлять несколько часов, а изменение напряжения на может достичь 0,6-1,8 Вольта. Хотя принято считать, что стартерные автомобильные АКБ имеют в номинале напряжение 12 Вольт, в действительности напряжение новой заряженной аккумуляторной батареи находится в пределах 12,7-13,3 Вольта.

Емкость аккумуляторной батареи характеризуется количеством электричества, измеренное в ампер-часах, получаемое от аккумулятора при его разряде до установленного конечного напряжения, равного 10,5 Вольта и температуре 20 градусов. При нормальной эксплуатации разряжать аккумулятор автомобиля ниже конечного напряжения не рекомендуется. В противном случае резко снижается ресурс его работы.

Значение емкости АКБ позволяет рассчитать примерное время отдачи (или работы) ею среднего тока в нагрузку. Емкость зависит от силы разрядного тока, поэтому при испытаниях условия разряда нормируются. Ток разряда установлен 0,05 Cp для 20-ти часового режима разряда и 0,1 Cp для 10-ти часов. Для аккумуляторной батареи емкостью 60 Ач он, соответственно, равен 3 Ампер и 6 Ампер. При таких токах емкость новой соответствует номиналу. А для тока разряда 25 Ампер типовая емкость данной АКБ составляет 40 Ач. Такая емкость обеспечит время питания электрооборудования в течение 96 минут.

40 Ач х 60 минут / 25 Ампкр = 96 минут.

Величина тока в 25 А принята в тестах не случайно. Считается, что таково потребление тока электрооборудованием типового легкового автомобиля. При стартерных токах емкость автомобильного аккумулятора может упасть в 5 раз относительно номинальной. Так, для батареи 6СТ-55А при стартерном токе в 250 А и температуре минус 18 градусов емкость составляет всего 10 Ач вместо 55 Ач. И все же эта величина обеспечит суммарное время прокрутки стартера в 2,4 минуты.

10 Ач х 60 минут / 250 Ампер = 2,4 минуты.

Емкость автомобильного аккумулятора очень резко уменьшается при отрицательных температурах и уже при минус 20 градусах уменьшается до 40-50 %

Уменьшение тока холодной прокрутки и емкости АКБ 6СТ-55 при понижении температуры.

При большей емкости автомобильный аккумулятор дает и больший ток холодной прокрутки. Например емкостью 55 Ач обеспечивает ток в 420-480 Ампер по стандарту EN и 250-290 Aмпер по DIN, аккумулятор с емкостью 62 Ач обеспечивает ток 510 Aмпер по стандарту EN и 340 Ампер по DIN, а аккумулятор 77 Ач уже 600 Ампер по EN и 360 Ампер по DIN.

Сила тока холодного старта (Сold Cranking Amper — CCA) автомобильного аккумулятора, требования стандартов DIN 43539 T2, EN 60095-1, SAE, IEC 95-1 (МЭК 95-1).

Сила тока холодного старта автомобильного аккумулятора определяет его максимальную пусковую способность, то есть какой ток АКБ может отдать при температуре минус 18 градусов в конце заданного интервала времени, пока напряжение аккумуляторной батареи не упадет до требуемого минимального уровня. В стандартах DIN и EN предусмотрены две проверки процесса разряда автомобильного аккумулятора до величины напряжения 6 Вольт.

Первая проверка производится через 30 секунд от начала разряда, и в ней измеряется напряжение U30 аккумулятора, которое для стандарта DIN должно быть больше 9 Вольт, а для стандарта EN - больше 7,5 Вольт. Вторая проверка состоит в измерении длительности разряда Т6v до достижения АКБ напряжения 6 Вольт, которая должна быть не менее 150 секунд.

Существует четыре стандарта, DIN 43539 T2, EN 60095-1, SAE, IEC 95-1 (МЭК 95-1), определяющих продолжительность испытательного интервала времени и допустимое минимальное напряжение автомобильного аккумулятора, требования к которым указаны в таблице ниже

В стандартах SAE и IEC определено лишь граничное значение напряжения U30. Для удобства сравнения значения тока холодной прокрутки автомобильного аккумулятора можно пересчитать из одного стандарта в другой. Перерасчет токов происходит по следующим формулам.

Isae = 1,5Idin + 40 (A)
Iiec = Idin/0,85 (A)
Ien = Idin/0,6 (А)
Idin = 0,6Ien (A)

Значения в стандарте EN округляют.

— При токе менее 200 А с шагом 10 А.
— При токе от 200-300 А с шагом 20 А (220, 240, 260, 280 А).
— При токе 300-600 А с шагом 30 А (330, 360, 390 А и т. д.).

Например, аккумулятор VARTA емкостью 55 Ач имеет ток в стандарте DIN, равный 255 Aмпер. Используя приведенные формулы, получим для Isae = 422,5 Aмпер, Iiec = 300 Aмпер, Ien = 425 Aмпер, округляя — 420 А.

Обычно величина силы тока холодного старта ССА автомобильного аккумулятора превышает численно номинальную емкость в 6,5-7,5 раз. Число возможных пусков двигателя за весь срок службы автомобильного аккумулятора составляет от 4000 для и мало обслуживаемых батарей и до 12 000 у батарей специальной конструкции, например АКБ Optima, по данным изготовителя.

Считается, что за один год при эксплуатации умеренной интенсивности производится от 1 000 до 2 000 стартов двигателя. Таким образом, срок службы автомобильного аккумулятора может составить от 4 до 2 лет. Отметим в виду важности, что ток холодного старта CCA в соответствии со стандартами нормируются каждым изготовителем автомобильного аккумулятора только для температуры минус 18 градусов. Данные для более низких температур изготовитель не приводит.

Для полностью заряженной и новой батареи емкостью 50-60 Ач ток холодной прокрутки находится в пределах 300-500 Ампер. Если стартерный ток типовой АКБ 6СТ-55 при температуре плюс 25 градусов составляет 400 Ампер, то при температуре минус 30 градусов он снизится до 200 А. С каждой новой попыткой не успешного запуска его величина будет все меньше и меньше. Хотя технологии производства аккумуляторных батарей и улучшаются, но эти изменения почти не повлияли на степень снижения их стартерного тока при отрицательной температуре.

Резервная емкость (RC — остаточная емкость) автомобильного аккумулятора.

Резервная емкость или остаточная емкость автомобильного аккумулятора редко указывается в паспорте аккумулятора, но она важна для потребителя, поскольку показывает время, в течение которого аккумулятор будет обеспечивать работу автомобиля при выходе из строя автомобильного . При этом потребление тока всеми системами автомобиля нормировано в 25 Ампер.

Резервная емкость автомобильного аккумулятора определена, как период времени в минутах, в течение которого АКБ может сохранить разрядный ток в 25 Ампер, пока напряжение не упадет до 10,5 Вольт. Стандартами требование к величине резервной емкости не устанавливается. Для многих аккумуляторов с емкостью в 55 Ач резервная емкость достигает 100
минут, что является хорошим показателем.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора.

Типовые значения внутреннего сопротивления у нового автомобильного аккумулятора составляет 0,005 Ом при комнатной температуре. Оно состоит из сопротивления между электродами и электролитом и из сопротивления внутренних соединений. К концу срока службы внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора многократно возрастает, что приводит к тому, что АКБ не может прокрутить .

По материалам книги «Самоучитель по установке систем защиты автомобиля от угона».
Найман В. С., Тихеев В. Ю.

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.

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.

В процессе разряда свинцово-кислотного аккумулятора на поверхности электродов выделяется сульфат свинца (PbSO4). Это плохой проводник, который существенно увеличивает сопротивление электродных пластин. Кроме того, сульфат свинца откладывается в порах обмазки пластин и существенно уменьшает диффузию серной кислоты из электролита в них. В результате к концу цикла разряда свинцово-кислотного аккумулятора его сопротивление возрастает в 2─3 раза. В процессе зарядки идёт растворение сульфата свинца, и сопротивление АКБ возвращается к первоначальной величине.

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.

При плотности электролита 1,225 гр/см3 и температуре +15 С он имеет минимальное значение сопротивления. При уменьшении или увеличении плотности сопротивление увеличивается, а значит, растёт и внутреннее сопротивление аккумулятора.

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.

Стоит также отметить, что внутреннее сопротивление АКБ при переменном или постоянном токе сильно зависит от его частоты. Есть ряд исследований, авторы которых наблюдали внутреннее сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора при частоте тока в несколько сотен герц.

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.

На изображении аккумуляторная батарея представлена в виде 2-полюсного источника питания. Он имеет электродвижущую силу (ЭДС), которая соответствует напряжению разомкнутой цепи, и внутренне сопротивление. На схеме они обозначены E и Rвн. Когда цепь замыкается, то ЭДС батареи частично падает на резисторе, а также на собственно внутреннем сопротивлении. То есть, происходящее в цепи можно описать следующей формулой.

E = (R + Rвн) * I.

На изображениях ниже можно посмотреть значения ЭДС автомобильного аккумулятора в разомкнутой цепи и напряжения при подключении нагрузки в виде двух автомобильных лампочек, соединённых параллельно.

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.

При этом в расчётах электрических цепей с аккумуляторами величина внутреннего сопротивления может использоваться. Естественно, что всегда величина внутреннего сопротивления берётся с учётом факторов, от которых она зависит (заряд или разряд, постоянный или переменный ток, частота тока и т. п.).

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.

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.

Внутреннее сопротивление аккумулятора – значимый параметр источника питания. Его постоянный контроль позволяет поддерживать аккумуляторную батарею в работоспособном состоянии. Ведь чрезмерный разброс провоцирует выход из строя АКБ, отдельных узлов автотранспорта.

Срок эксплуатации аккумуляторной батареи зависит от правильности проведения проверки. Данная процедура включает несколько этапов:

Осмотр. Во время осмотра проверяют, в каком состоянии корпус, присутствуют ли микротрещины, пыль, загрязнения. Устанавливается состояние выводов, наличие окислений на электродах, штырях. Обнаруженную ржавчину удаляют при помощи специальных составов.
Контроль процесса разряда. Для этих целей аккумуляторную батарею разряжают, заряжают и вновь разряжают. Силу тока, нагрузку поддерживают в требуемом пределе. Контролируя разряд, устанавливается истинное состояние электрических соединений, емкости АКБ. Разряд выполняют после демонтажа устройства.
Электролит. Во время эксплуатации часть электролита испаряется. Для установления уровня используют трубочки или специальные элементы. Их погружают в отверстия до того момента, пока они не соприкоснутся с пластинами. Для восполнения объема используют дистиллированную воду.
Плотность электролитического состава. Из-за сульфатации пластин часть емкости теряется. Выделяющаяся сера негативно сказывается на степени плотности электролита. Плотность постепенно снижается. Этот параметр учитывают, если тестируют кислотные аккумуляторные батареи.
Использование нагрузочной вилки. Замер напряжения свинцовых источников питания выполняется при помощи нагрузочных вилок. По специальной шкале отслеживают состояние акб.

Проверка аккумулятора выполняется при помощи тестеров. С их помощью устанавливают соответствие параметров заданным нормам и требованиям.

Перед тем как проверить сопротивление автомобильного аккумулятора, необходимо изучить, что представляет собой этот показатель.

Внутреннее сопротивление аккумулятора рассчитывается по стандартной формуле. При определении учитывается электродвижущая сила, сила тока и нагрузка. В результате, получается условная величина, которая постоянно меняется.

Оно зависит и от:

Габаритов и геометрии.
Конструкции корпуса, решеток и банок.
Состояния электролитического состава.
Наличия легирующих веществ.
Состояния выводов.

При расчете сопротивления учитывается значение импеданса, в которое входит реактивная составляющая. Реактивная составляющая присуща емкостям, катушкам. Импеданс учитывается при определении реактивного сопротивления.

На внутреннее сопротивление аккумулятора влияет состояние электролита, его концентрации и температурного режима. Понижение температуры влечет рост данного показателя.

Определяя внутреннее сопротивление аккумулятора, учитывается и поляризация, которая зависит от силы тока. Возникает поляризация по таким причинам:

Изменение потенциала на поверхности выводов.
Изменение концентрации электролитического состава.

Минимальные показатели прослеживаются у кислотно-свинцовых источников питания. Поэтому они отдают ток в 2–2,5 тысячи ампер. Такие аккумуляторные батареи устанавливают в автотранспортные средства, которые укомплектованы ДВС.

Особенности измерения внутреннего сопротивления источника питания

Измерение внутреннего сопротивления аккумулятора проводят регулярно. Такие действия позволяют выявлять состояние источника питания, планировать замену. Ежегодно этот показатель увеличивается на 5–7 процентов. При увеличении на 8 и более процентов проводят анализ эксплуатационных условий, нагрузки. Для того чтобы выявить дефекты и нарушения, необходимо точно знать, как измерить внутреннее сопротивление.

Подача переменного тока

Этот способ отличается простотой реализации. Для этого требуется резистор ограничительный, трансформатор, а также конденсатор и вольтметр. Тесты проводят в течение 1,5–2 часов. За это время устанавливается величина напряжения для каждого элемента, который входит в состав источника питания. Для повышения точности результатов используют регистрирующий вольтметр.

При измерении проводимости на переменном токе получают значение, которое включает реактивную и активную составляющие. Для выделения требуемого показателя требуется подготовка частотной зависимости. При реализации этой методики возникают сложности, связанные с электрохимическими процессами.

Поэтому определить проводимость таким способом можно, если требуется общая оценка состояния аккумуляторной батареи. В остальных случаях подбирается другая методика тестирования.

Метод постоянной нагрузки

Этот способ используется автомобилистами и мастерами. Суть его заключается в стремительном разряде источника питания при постоянном токе. При помощи вольтметра измеряют напряжение, как с нагрузкой, так и без нее. Для расчета используют закон Ома.

Такую методику используют для тестирования крупногабаритных автомобильных аккумуляторных батарей. Для измерений используют высокоточные приборы, которые показывают точное значение. Допускается применение тестеров, в состав которых входит пленочно-угольный резистор.

Перед реализацией этого способа учитывают, что конденсатор измерительный агрегат не принимает во внимание. Поэтому учитывается только активная составляющая источника питания. Для проверки старых АКБ такой вариант не подходит. Ведь установить истинное состояние проблематично.

Применение этого способа невыгодно в том случае, если требуется установление состояния АКБ. Померить нагрузку с его помощью можно.

Короткоимпульсный способ

Его используют не так давно. Он обладает такими преимуществами:

Перед измерениями аккумуляторная автомобильная батарея не демонтируется. Это избавляет от хлопот, так как изъятие устройства занимает немало времени.
Напряжение снижается и повышается на короткий срок. Поэтому работоспособность компонентов, которые входят в состав, не нарушается. Для отслеживания напряжения используют вольтметр.
Во время испытания источник питания, внутренние компоненты не разрушаются. При этом тестирования проводят регулярно.
При помощи этой методики легко определить емкость источника питания. Ведь появляется возможность сравнения сопротивлений новой и эксплуатируемой батарей.

Такая методика применяется для установления величины внутреннего сопротивления, расчета токовых параметров, коротких замыканий, других параметров. Это необходимо для установления состояния автомобильного аккумулятора.

Зависимость состояния аккумулятора от внутреннего сопротивления

Среди представленных измерителей и тестеров, которые применяют для оценки состояния аккумуляторной батареи, ее основных характеристик, легко подобрать устройство с требуемым функционалом. Среди используемых приборов выделяют:

Устройства для оценки состояния АКБ по напряжению. При этом устанавливается определенная нагрузка. Для этих целей используют нагрузочные вилки.
Устройства для установления связи между состоянием источника питания и проводимостью.
Измерители спектров. С помощью таких приборов устанавливается зависимость импеданса на постоянном, переменном токе.

Применение стандартных измерительных устройств позволяет установить величину проводимости. При помощи современных тестеров, которые работают с определенными сигналами, устанавливается степень работоспособности автомобильного аккумулятора, величину емкости, период разряда и заряда.

Период непрерывной эксплуатации аккумуляторной батареи в определенной степени зависит от величины внутреннего сопротивления. И это особо важно в том случае, если автотранспорт активно эксплуатируется как в черте города, так и в сельской местности. Поэтому периодическое тестирование источника питания, установление основных характеристик дает возможность понять, когда стоит производить замену.

Видео про внутреннее сопротивление аккумулятора

У них больше рабочая поверхность пластин и больше пространства для диффузии электролита внутри аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумуляторов большой меньше, чем внутреннее сопротивление аккумуляторов меньшей .

И змерения внутреннего сопротивления аккумуляторов на постоянном и переменном токе показывают, что внутреннее сопротивление аккумулятора сильно зависит от частоты. Ниже приводится график зависимости проводимости аккумуляторов от частоты, который взят из работы австралийских исследователей.

И з графика следует, что внутреннее сопротивление свинцового аккумулятора имеет минимум при частотах порядка сотен герц.

П ри высокой температуре скорость диффузии ионов электролита выше, чем при низкой. Эта зависимость имеет линейный характер. Она и определяет зависимость внутреннего сопротивления аккумулятора от температуры. При более высокой температуре, внутреннее сопротивление аккумулятора ниже, чем при низкой температуре.

В о время разряда аккумулятора, количество активной массы на пластинах аккумулятора уменьшается, что приводит к уменьшению активной поверхности пластин. Поэтому внутреннее сопротивление заряженного аккумулятора меньше, чем внутреннее сопротивление разряженного аккумулятора.

4. Можно ли использовать внутреннее сопротивление аккумулятора для ?

У же довольно давно известны приборы для проверки аккумуляторов, принцип действия которых базируется на связи между внутренним сопротивлением аккумулятора и . Некоторые приборы (нагрузочные вилки и подобные приборы) предлагают оценить состояние аккумулятора по напряжению аккумулятора под нагрузкой (что похоже на измерение внутреннего сопротивления аккумулятора на постоянном токе). Применение других (измерителей внутреннего сопротивления аккумулятора на переменном токе) основано на связи внутреннего сопротивления с состоянием аккумулятора. Третий тип приборов (измерители спектров) позволяет сравнивать спектры внутреннего сопротивления аккумуляторов на переменном токе различных частот и делать выводы о состоянии аккумулятора на их основе.

С амо по себе внутреннее сопротивление (или проводимость) аккумулятора позволяет только качественно оценить состояние аккумулятора. К тому же, производители подобных приборов не указывают, на какой частоте происходит измерение проводимости и каким током производится испытание. А, как мы уже знаем, внутреннее сопротивление аккумулятора зависит и от частоты и и от тока. Следовательно, измерение проводимости не дает количественной информации, которая позволила бы пользователю прибора определить, сколько времени проработает аккумулятор при следующем разряде на нагрузку. Этот недостаток связан с тем, между и внутренним сопротивлением аккумулятора нет однозначной зависимости.

С амые современные основаны на анализе осциллограммы отклика аккумулятора на сигнал специальной формы. Они быстро оценивают , что позволяет следить за износом и , рассчитать длительность разряда аккумулятора при данном его состоянии и составить прогноз оставшегося ресурса свинцового аккумулятора.

Выражаю искреннюю благодарность Кувалде (Kuvalda.spb.ru Ушкалов Евгений Юрьевич)
за поддержку и побудительство меня: тряхнуть стариной, вспомнить,
что я все-таки физик и химик, и взяться за старое:

Прежде всего, считаю долгом отметить, что (не смотря на мои старания) нижеприведенные соображения основаны на фундаментальных науках, а потому требуют все же некоторых усилий для осмысления. Не желающим прилагать эти усилия, а также тем, кто путает напряжение и емкость, читать не рекомендуется - берегите себя!

Для ясности изложения, и не желая перегружать текст слишком сложными понятиями термодинамики и химической кинетики, далеко выходящими за рамки общих курсов физики и химии технических вузов, я позволю себе некоторые упрощения (во всех случаях корректные), которые (ни в коем случае) не будут противоречить истине - заранее приношу свои извинения перфекционистам. Точные выкладки все желающие могут исполнить самостоятельно - вся необходимая литература имеется в любой научно-технической библиотеке

Путаница

Мои дискуссии на страницах уазовской конфы, ясно продемонстрировали, что не все участники автомобилизации страны ясно представляют себе что же такое аккумуляторная батарея. Чтобы быть понятым верно, постараюсь определить понятия с которыми буду иметь дело.

Батарея (АКБ)

Набор ячеек (банок), соединеных последовательно в количестве шести. В тексте на правах синонимов используются слова "аккумулятор" и АКБ.
Ячейка, она же "банка" -- элементарный элемент аккумулятора, состоящий как минимум (реально более 10) из одной пары активных пластин Pb - PbO2, залитых электролитом.

Напряжение

То, что измеряется на клеммах АКБ путем подключения тестера или напряжеметром, который находится на приборной панели. Исключительно внешняя характеристика. Зависит от множества факторов, как внешних по отношению к АКБ, так и внутренних.

В общем то, напряжение это единственная нормально измеряемая величина, ассоциированная с АКБ. Ничего другого нормально померить не удается. Ни емкость. Ни реальный ток. Ни внутреннее сопротивление, ни ЭДС

ЭДС

Сугубо внутренняя характеристика ячейки АКБ, к сожалению самым драматическим образом влияющая на внешние проявления АКБ.

Величина ЭДС определяется равновесным состоянием реакции основных реагентов. В нашем случае это Pb+PbO2+2H2SO4(-)+2H(+) = 2PbSO4+2H2O.

Определить ее формально достаточно сложно - для этого требуется применение сложных термодинамических расчетов термодинамического состояния системы, но в инженерной практике применяется инженерная формула, обеспечивающая инженерную точность для свинцовых аккумуляторов в диапазоне плотностей электолита 1.1-1.3 кг/л E=0.85+P где Р - плотность электолита.

Применяя ее для определения ЭДС при стандартном значении плотности электролита автомобильного аккумулятора 1.27 получаем значение 2.12В на банку или 12.7В на АКБ.
Для перфекционистов. Искать здесь размерность бессмысленно - как в большинстве формул для упрощенных инженерных рассчетов.

В практическом смысле эта формула нам еще пригодится.
С точностью, нас тут интересующей, никакие другие факторы на величину ЭДС не влияют. Зависимость ЭДС от температуры оценивается тысячными вольта на градус, чем очевидно можно пренебречь.
Все легирующие добавки и прочее серебро действительно улучшают эксплуатационные характеристики (повышают стабильность, увеличивают срок службы, снижают внутреннее сопротивление) но не влияют на ЭДС.

К сожалению, в современном аккумуляторе померить ее можно только косвенно и с известными допущениями. Например, допуская, что токи утечки равны нулю (то есть АКБ чистый и сухой снаружи, не имеет трещин и протечек внутри между банками, что в электролите нет солей металлов, а сопротивление измерительного прибора бесконечно).

Для измерений с интересующей нас точностью, достаточно просто отсоединить АКБ от всех потребителей (снять клемму) и воспользоваться цифровым мультиметром (тут надо иметь в виду, что класс точности большинства этих приборов не позволяет определить истинное значение, делая их пригодными лишь для относительных измерений).

Внутреннее сопротивление

Величина играющая ключевую роль в нашем восприятии действительности АКБ.
Именно благодаря ему, точнее его увеличению, происходят все неприятности, связанные с АКБ.

Упрощенно это можно представить как подключенный последовательно с аккумулятором резистор, некоторого сопротивления:

Величина, которую невозможно не пощупать, ни померить. Зависит она от конструктивных особенностей АКБ, емкости, степени его разряженности, наличию сульфатации пластин, внутренних обрывов, концентрации электролита и его количества и, конечно же, температуры. К сожалению, внутреннее сопротивление зависит не только от "механических" параметров, но и от тока, при котором работает АКБ.

Чем АКБ больше, тем внутреннее сопротивление меньше. У новой АКБ 70-100 Ач величина внутреннего сопротивления около 3-7 мОм (при нормальных условиях).

При понижении температуры скорость обмена химических реакций падает, а внутреннее сопротивление, соответственно, возрастает.

У нового аккумулятора внутреннее сопротивление самое маленькое. В основном оно определяется конструкцией токонесущих элементов и их сопротивлением. Но в процессе эксплуатации начинают накапливаться необратимые изменения - уменьшается активная поверхность пластин, появляется сульфатация, изменяются свойства электролита. И сопротивление начинает возрастать.

Ток утечки

Присутствует в аккумуляторе любого типа. Бывает внутренним и внешним .

Внутренний ток утечки невелик и для современной батареи 100Ач составляет около 1 мА (примерно эквивалентно потери 1% емкости в месяц) Его величина определяется чистотой электролита, особенно степенью загрязненности его солями металлов.

Надо заметить, что внешние токи утечки через бортовую сеть автомобиля, существенно выше внутренних исправного АКБ.

Процессы

Нежелающие "вдаваться" могут пропустить этот раздел и перебраться прямо к разделу

Разряд аккумулятора

При разряде аккумулятора генерируется ток за счет осаждения SO4 на пластинах, в связи с чем снижается концентрация электролита и постепенно повышается внутреннее сопротивление.

Характеристики разряда АКБ.
Верхняя кривая соответствует току десятичасового разряда
Нижняя - трехчасового

При полном разряде практически вся активная масса превращается в сернокислый свинец. Именно поэтому долгое пребывание в состоянии разрядки губительно для аккумулятора. Чтобы избежать сульфатации необходимо как можно быстрее провести зарядку батареи.

При этом, чем больше в АКБ электролита (относительно массы свинца) тем меньше снижается ЭДС ячейки. Для разряженного на 50% аккумулятора падение ЭДС составляет около 1%. Кроме того, "запас" электролита у разных производителей разный, поэтому и снижение ЭДС, равно как и плотности электролита будет отличаться.

Из-за незначительного снижения ЭДС практически невозможно определить степень разряженности батареи, просто измеряя напряжение на ней (для этого существуют нагрузочные вилки, задающие значительный ток). Особенно применяя штатный напряжеметр (прибор это не является вольтметром в точном понимании этого слова - скорее индикатором напряжения) автомобиля.

Максимальный ток, который способна обеспечить батарея в основном зависит от активной поверхности пластин, а ее емкость от активной массы свинца. При этом более толстые пластины могут быть даже менее эффективны, поскольку "внутренние слои свинца при этом трудно сделать "активными". Кроме того, требуется дополнительный электролит.
Чем более пористой ухитрился сделать производитель пластину, тем больший ток она способна обеспечить.

Поэтому все батареи, построенные по сходной технологии обеспечивают примерно одинаковые стартовые токи, но более тяжелые могут обеспечить большую емкость при сопоставимых размерах.

Зарядка Батареи

Процесс зарядки батареи состоит в электрохимическом разложении PbSO4 на электродах под воздействием постоянного тока внешнего источника.
Процесс заряда полностью разряженной батареи похож на процесс разряда как бы "перевернутый" вверх ногами.

Первоначально ток заряда ограничен лишь способностью источника генерировать необходимый ток и сопротивлением токонесущих элементов. Теоретически он ограничен только кинематикой процесса растворения (скоростью с которой продукты реакции выводятся из активной зоны). Затем, по мере "растворения" молекул серной кислоты, ток снижается.

Если бы можно было пренебречь побочными процессами, при полной зарядке батареи ток стал бы равен нулю. Аккумулятор перестает "принимать" заряд. К сожалению в реальной батарее всегда есть ток утечки и вода. Для компенсации тока утечки применяется постоянный подзаряд батареи.

Стандартно свинцовую АКБ рекомендуют заряжать используя источник напряжения.
Рекомендуемое напряжении заряда на одну ячейку (по данным VARTA) составляет приблизительно 2.23В или 13.4В на всю батарею. Более высокое напряжение заряда приводит к более быстрому накоплению заряда, но одновременно увеличивает количество разлагаемой воды.

Легенда:
"Перезаряженный" аккумулятор портится и теряет емкость.
Действительно Ni-Cd аккумуляторы портятся (теряют емкость) при длительном перезаряде, чего не происходит со свинцовыми. Свинцовые при заряде большими напряжениями только теряют воду (выкипает именно вода) - в широких пределах процесс полностью обратим простым добавлением воды. При длительным подзаряде "правильным" напряжением (2.23В) потерь воды не происходит.

К счастью для нас, свинцовый аккумулятор не портится в режиме непрерывного подзаряда. Напротив, этот режим всячески поощряется и рекомендуется. Поэтому на автомобиле (и во всех прочих случаях промышленного использования) свинцовые АКБ находятся в режиме постоянной подзарядки при напряжениях в пределе 2.23 - 2.4В на ячейку.

Из рисунка видно, что при увеличении избыточного напряжения на аккумуляторе в два раза, ток подзаряда возрастает в десять раз, что приводит к неоправданному расходу воды и преждевременному выходу АКБ из строя.

Для современного аккумулятора ток оптимальный ток подзаряда около 15 мА (что как раз и соответствует напряжению подзаряда в 2.23В на ячейку). При таком токе вода, разлагающаяся при электролизе, "успевает" рекомбинировать в растворе и не теряется - то есть процесс может продолжаться бесконечно долго (в инженерном смысле).

Практика

Напряжение на АКБ

Многие путают напряжение на батарее с ЭДС аккумулятора. Как уже отмечалось, эти величины взаимосвязаны, но не тождественны. Тут колоссальную роль играет внутреннее сопротивление.

Например при разряде стартерными токами, обозначенными порядка 400 А, внутреннее сопротивление в 4 мОм в соответствии с законом Ома превращается в падение напряжения в 1.6 В, сопротивление поляризации добавляет еще около 0.5В - и это в самом начале разряда. Приведенные данные соответствуют новым АКБ емкостью порядка 100 Ач. Для старых, устаревших батарей или батарей меньшей емкости потери будут больше. Для батареи в 50 Ач того же типа потер приблизительно вдвое больше.

При заряде от генератора (который прикидывается источником напряжения, на самом деле являясь источником тока, придушенным регулятором), напряжение должно соответствовать условиям быстрого подзаряда и определяется реле регулятором.

Поскольку средний пробег автомобиля недостаточен для полной зарядки аккумулятора, применяется компромиссное значение напряжения, несколько превышающее оптимальное значение подзаряда в 2.23В на банку или 13.38 на батарею, но несколько меньшее, чем напряжение быстрой подзарядки в 2.4В (14.4В на батарею). Оптимальным считается значение 13.8-14.2В. При этом потери воды остаются приемлемыми, а аккумулятор получает достаточно полный заряд при среднестатистическом пробеге.

Старение (разряд) АКБ приводит к тому, что напряжение, которое он способен обеспечить под нагрузкой падает за счет больших потерь на внутреннем сопротивлении, при том, что без нагрузки его значение остается практически тождественным новому (полностью заряженному). Поэтому определить состояние АКБ просто вольтметром практически не представляется возможным.

Разные типы батарей могут иметь разные плотности электролита. При этом ЭДС (и соответственно напряжение разомкнутого аккумулятора) может несколько отличаться для разных батарей. При этом разряженная батарея с большей плотностью электролита может выдавать большее значение напряжения, чем полностью заряженная батарея с меньшей плотностью электролита.

Легенда:
Напряжение на АКБ зависит от температуры.
Напряжение отсоединенного аккумулятора практически не зависит от температуры. Зависит внутреннее сопротивление и количество запасенной энергии. Стартер плохо крутит по причине большого падения напряжения на внутреннем сопротивлении, а ограничение времени работы стартера связано с пониженной емкостью аккумулятора из за сниженной активности химических реакций.

Соединение АКБ

Именно эта тема и вынудила меня взяться за этот масштабный труд. Выводы, представленные тут, основаны на аргументации, приведенной выше. Практические выводы аргументации не требуют.

Легенда 1
Автомобильные аккумуляторы соединять параллельно нельзя, поскольку при этом аккумулятор, обладающий большим напряжением будет постоянно дозаряжать аккумулятор с меньшим напряжением. Соответственно один будет постоянно перезаряжен, а другой разряжен.

В этой легенде присутствует несколько фактических и понятийных ошибок.

Ячейка АКБ образуется несколькими парами (или несколькими десятками пар) пластин, срединными параллельно для повышения эффективной поверхности элемента. Так что параллелизм заложен в основе технологии аккумулятора.

Напряжение на аккумуляторе при отсутствии нагрузке условно равно его ЭДС.
Как известно, величина ЭДС практически не зависит ни от каких внешних и внутренних параметров, кроме плотности электролита. Эта величина не зависит ни от емкости АКБ, ни от пористости электрода, ни от легирующих добавок, ни от материала токоведущих частей. Также слабо она зависит от степени разряженности батареи. Поэтому напряжение двух свинцовых автомобильных аккумуляторов, соответствующих нормам будет всегда близким . Технологическая разница, возникающая за счет неточности плотности электролита (1.27-1.29 по ГОСТ, допуски VARTA на порядок меньше) может быть легко определена (см. выше) и составляет 0.02В, то есть 20 мВ.

Если считать, что в момент прекращения заряда (выключения двигателя) оба аккумулятора полностью заряжены, максимально возможная разность потенциалов на их клеммах составит 20 мВ, независимо от их состояния, производителя и проч.

Даже если предположить, что используются АКБ разных классов (например автомобильная и промышленна с плотностью электролита 1.25), то и в этом случае разность потенциалов составить лишь около 40 мВ. Для полностью заряженной батареи это приведет к возникновению тока электролиза порядка 3-5 мА, что примерно соответствует току утечки не очень хорошего аккумулятора.

Разряд такими токами для батареи несущественен, а перезаряд не наступает.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда параллельно объединены два аккумулятора существенно разной емкости.

В начале зарядки, когда ток ограничен возможностями генератора, естественно предположить, что он поделится между батареями пропорционально активной площади пластин. То есть степень заряженности аккумуляторов при неполном заряде будет примерно одинаковой (коротком пробеге).. Система будет себя вести как большой аккумулятор, который не успел дозарядиться.

Легенда 2
В импортных автомобилях используют специальные реле для подключения батарей дополнительного оборудования (Auxiliary), чтобы не соединять их параллельно (Легенда 1)

Полная чушь, имея ввиду вышесказанное. Это реле служит для куда более прозаичной цели. При большой нагруженности электросистемы автомобиля дополнительным оборудованием (типа телевизор, музыка большой мощности, холодильник и проч), существует большая вероятность "посадить" аккумулятор. Для того, чтобы после того, как весело провел день на природе под музыку, все таки уехать, стартерную батарею отключают, избегая тем самым ее глубокого разряда.
Есть старый анекдот про наших ментов, которые всласть "настрелявшись" радаром суетились "прикурить":

Так вот этот эффект куда значительнее, чем "перезарядки".

Практические выводы

Параллельно соединять аккумуляторы возможно, но учитывая следующие рекомендации.

Не стоит использовать АКБ разных классов (например автомобильные и промышленные), а так же различных исполнений (например тропического и арктического) поскольку они используют электролит разной плотности.
При длительной стоянке стоит отключать АКБ не только от потребителей, но и друг от друга.

Online-сервисы