Как определить оставшийся срок службы (остаточный ресурс) аккумуляторной батареи (АКБ)?

Основные характеристики аккумулятора

Аккумуляторная батарея имеет общие характеристики главными среди них можно отметить:

• масса батареи;
• тип и размер;
• электрическая движущая сила батареи;
• полярность;
• срок использования батареи;
• время зарядки и разрядки.

При покупке обращать внимание на эти параметры, чтобы купить качественный и долговечный аккумулятор.

Что такое ёмкость аккумулятора. Характеристика вместимости АКБ является одной из главных среди всех перечисленных параметров. АКБ автомобилей имеют разную ёмкость и это стоит учитывать при покупке, чтобы не было проблем.

Единицы измерения ёмкости аккумулятора .Измерение батареи для автотранспорта и тяжёлой техники идёт в ампер-час, используется сокращение А-ч. Для мобильных устройств и других гаджетов параметр измерения будет уже другой. Миллиампер-час, в сокращении будет мАч или mAh.ч.

Формула ёмкости аккумулятора. Можно допустить, что вместимость аккумуляторной батареи составляет 71 А-ч. Это говорит о том, что АКБ автомобиля в период 19-21 часа может выдать ток 3,6 А. После завершения всего цикла напряжение должно превышать 10,8 В. Формула степенной зависимости записывается так: Ср = I k × t, где «Ср» будет вместимостью АКБ, «k» — коэффициентом Пейкерта, а «t» — временем. Для того, чтобы сделать расчёт реальной вместимости, необходимо использовать формулу Е = Еn × (In / I) × {p — 1}. Еn — это ёмкость номинала, In значение рaзрядного тока.

Что такое емкость аккумулятора

Емкость — это общий объем накопленной энергии.

АКБ – устройство, способное многоразово накапливать и расходовать электрическую энергию. Общий объем накопленной энергии – это емкость. Зависеть параметр может от разных факторов, но немалую роль играет площадь гальванической пары.

Каждая аккумуляторная батарея в своей конструкции имеет пластины (катод и анод), посредством которых создается электрический потенциал. Пластины именуют гальванической парой, а сам аккумулятор – гальванической батареей. Энергоемкость элемента питания напрямую зависит от площади пластин.

Технологии на месте не стоят, и сейчас есть небольшие по размерам аккумуляторы, с емкостью выше, чем несколько лет назад. Удельный вес электролита тоже падает. Этого удалось добиться, в том числе, изменив толщину пластин в парах. В структуру катода и анода добавляются компоненты, повышающие прочность и устойчивость. Именно поэтому в свинцово-кислотных батареях чаще встречается кальций, а не сурьма.

Пластины тоже делают по новой технологии. Раньше были плоские, сейчас – сепараторные. Это разделители, заполняемые пастами и смазками. Составы вспомогательных средств обновляются, а вместе с ними повышается энергоемкость и срок службы АКБ.

Гальванические пары по-разному накапливают энергию. Доступно больше 30 типов аккумуляторных батарей, где у каждой свои материалы. От значения потенциала пары зависит емкость. Так, наиболее выносливые литий-полимерные и литий-ионные элементы.

Для появления потенциала между анодом и катодом должна образоваться химическая реакция. А на ее интенсивность во многом влияет температура. И тут второй момент – емкость АКБ зависит также от значения температуры. 100% энергоемкость обеспечивается при +25°. Когда температура меняется на 1°, вместе с нею на 1% и емкость. При нагреве – повышается, на морозе – падает. Именно поэтому зимой, когда ставят автомобиль на стоянку, батарея извлекается и уносится в теплое место.

Единицы измерения

Если отталкиваться от физики, электроемкость определяется в Кулонах (1 Кл = 1 Ампер в секунду). А измеряется в Фарадах, т.к. при отдаче тока напряжение на контактах батареи падает. Большая часть аккумуляторов не терпят, когда их доводят до глубокого разряда. Есть порог, ниже которого опускать напряжение не стоит, что позволяет продлить срок службы устройства.

В жизни емкость источников питания указывается в ампер-часах, чтобы потребителям было проще подобрать необходимую батарею. Так принято для автомобильных устройств. Если емкость невысокая, измеряемая миллиамперами, то обозначаться она будет как миллиампер-часы (мАч).

Что обозначает параметр

Характерным параметром для любой батарейки является его объем. Этот параметр обозначает количество времени, во время которого батарея может давать энергию подключенному устройству. Емкость измеряется в амперах, а обозначает этот показатель как ампер-час. Для совсем компактных АКБ обозначение идет в миллиамперах.

Единица измерения емкости ничто иное как произведение тока, при котором разряжается АКБ, на временной промежуток потери накопленного заряда. Иными словами, батарея емкостью в 40 А/ч, способна отдавать 40 Ампер за час работы.

Связь параметра с энергией

Достаточно частое заблуждение в том, что объем АКБ считается показателем, который характеризует энергию накопленной батарейкой. Способность к накоплению заряда является зависимым напрямую от напряжения. Исходя из этого можно сделать вывод — чем большее напряжение батареи, тем больше она способна накопить количество энергозаряда. Электрическая энергия является перемножением тока при заряде, напряжении самой батареи и времени протекании тока. Выражается это все уравнением:

В приведенном примере используются такие обозначения, как:

• W – числовой показатель накопленной энергии, Джоуль;
• U – напряжение батареи, Ватт;
• I – значение постоянного тока, Ампер;
• Т — Время разряжения батареи, час.

А так как время разряда и постоянный ток дают объем аккумулятора, можно вывести другую формулу энергии:

Эта формула показывает, как связана энергия и объем АКБ. Если подключить последовательно несколько батареек с одинаковым значением объема, то числовое значение энергии представится как перемножение электроэнергии одного элемента помноженное на количество в связке.

Важно! Некоторые производители батарей не указывают емкость в амперах час, а показывают числовое значение запасаемой энергии в Ватт час.

Показатели, влияющие на емкость

Емкость аккумулятора не является одиночным показателем, который независим. На самом деле он прямо зависит от многих параметров АКБ. К ним можно отнести резервную, энергетическую емкость. Они прямо влияют на номинальное значение.

Как рассчитать емкость аккумуляторной батареи

Например, емкость 72 А-ч указывает на то, что автомобильный аккумулятор может в течение 20 часов выдавать ток 3.6 ампер. Далее, когда цикл разряда завершится,  напряжение на выводах АКБ должно быть не меньше 10.8 вольт.

Обратите внимание, что речь идет о постепенном разряде, АКБ не в состоянии выдавать ток 72 ампера в течение 60 минут.  Если увеличить ток разряда, время разряда также уменьшится (степенная зависимость).  Формула такой  зависимости: Cp = I k * t (Cp —емкость аккумулятора, k — коэффициент Пейкерта , который вывел формулу,  а обозначение t – время). Коэффициент Пейкерта — постоянная величина для автомобильных свинцово-кислотных АКБ, которая составляет 1.15─1.35.

При этом константа определена по величине номинальной емкости АКБ. Чтобы выполнить расчет реальной емкости АКБ при условии того, что значение  разрядного тока  не постоянное, используется формула E =En (In /I) {p-1} (En — номинальная емкость АКБ, Е – реальная емкость, In номинальное значение разрядного тока, при котором установлена номинальная емкость). Ток в цикле 10 или 20 часов (обычно, это 9% от En).

Номинальная и резервная емкость батареи

Номинальная емкость АКБ является важнейшей характеристикой и определяет общее количество электроэнергии, которое на 100% заряженный аккумулятор способен отдавать в течение определенного времени.

Чем выше оказывается данный показатель, тем дольше батарея будет питать электросеть автомобиля на одном заряде (АКБ 60 Ач способна отдавать ток 1 ампер на протяжении 60 часов, 2 ампера в течение 30 часов и т.д.).

Что касается резервной емкости – это значение, указывающее на время отдачи заряда 25А при оптимальной температуре 25°С до конечного минимального значения 10.5 В. Информация о резервной мощности есть не на всех батареях, однако на современных АКБ встречается все чаще.

Измеряют резервную мощность в минутах. Зачастую, при номинальной мощности 60 Ач резервная мощность составляет 90 или 100 минут. Данный показатель позволяет понять, сколько автомобиль «продержится» на заряде от АКБ в случае поломки генератора.

Какая емкость аккумулятора лучше

При необходимости заменить аккумулятор, емкость АКБ номинальная представляет собой важный параметр, на который следует обращать особое внимание. С учетом того, сколько аккумуляторов представлено в продаже, многие автолюбители допускают ошибки.
Например, если легковой автомобиль имеет двигатель объемом до 2.0 литра, для такого мотора достаточно аккумулятора емкостью 60-72 Ач. В любом случае, аккумулятор нужно подбирать с учетом рекомендаций производителя автомобиля, а рекомендованную емкость лучше не превышать больше чем на 5 Ач.

Методы измерения ёмкости АКБ

Чтобы измерить её существует несколько способов, метод длительного разряда и с помощью специального электронного тестера. Основным и популярным является первый, так как он более точнее.

Методом длительного разряда

Для того чтобы протестировать батарею, потребуется извлечь ее из устройства, так будет проще и безопаснее. Первое, что нужно сделать, это полностью разрядить аккумуляторную батарею. Далее дать нагрузку и ещё сильнее разрядить. Это нужно, чтобы получить цифру напряжения, которая позже понадобится.Следующий шаг будет полная зарядка устройства и вновь разрядка с помощью электронагрузки. Чтобы сделать это, нужна специальная программа, которая называется Tester software. Там необходимо выставить напряжение не менее 2,8 В. После всех выполненных действий, можно будет увидеть реальную ёмкость восстановителя энергии.

С помощью специального электронного тестера

Самый известный и точный расчёт. Существует множество хороших тестеров, но среди них и немало плохих устройств, которые могут быть очень не точным, поэтому покупать лучше проверенные или известные тестеры. Чтобы результаты были более правильными, необходимо производить замеры при разрядке, а не при зарядке.

Как определить оставшийся срок службы АКБ исходя из внутреннего сопротивления?

Деградации подвержены любые батареи. Причины могут быть разными (повышенные температуры, истечение электролита, сульфатация в результате многократных перезарядок, понижение нагрузки и сеточная коррозия – в зависимости от типа и модели АКБ), но в любом случае это отражается на внутреннем сопротивлении элементов батареи. У штатно работающих батарей со временем из-за естественного износа внутреннее сопротивление начинает расти. Когда отклонение от базового уровня превышает 25%, батарею пора заменить (у некоторых батарей пороговый уровень выше – отклонение порядка 50% – но лучше проверить это значение по спецификациям производителя батареи). Существенное отклонение об нормы в меньшую сторону свидетельствует о явной неисправности, такую батарею необходимо заменить независимо от срока ее использования.

Строго говоря, полный импеданс включает в себя внутреннее сопротивление, индуктивную и реактивную составляющую. Однако с технологической точки зрения для оценки АКБ достаточно измерять только активную составляющую – внутреннее сопротивление адекватно отражает рабочее состояние батареи. Это вполне надежный индикатор деградации, к тому же на его измерение требуется всего несколько секунд. Подобные тесты не требуют лабораторной точности, но важно проводить их регулярно и сопоставлять результаты, полученные в разное время. По этому критерию можно быстро определить, годна батарея к дальнейшему использованию или нет. Для подобных измерений существует не так много приборов. Одни из самых популярных – семейство тестеров аккумуляторных батарей Fluke BT500 (модели BT510, BT520 и BT521).

Чтобы измерить внутреннее сопротивление тут используется 2 щупа. Приборы подают малый переменный ток, имеющий частоту 1000 Гц. Сила тока настолько мала, а частота подобрана таким образом, что измерение можно проводить прямо в ходе нагрузки, на запитываемое оборудование это никак не повлияет. Можно проводить тесты и без нагрузки. Прибор проводит измерение напряжения, производит расчет сопротивления и выводит результат на экран.

Поскольку внутреннее сопротивление исчисляется в миллиомах, для измерения используется 4-проводное подключение Кельвина, в отечественной электротехнической литературе более известное под названием двойного измерительного моста Томсона. 4 точки подключения обеспечиваются за счет конструкции щупов: каждый из них имеет двухконтактный наконечник, центральный контакт подпружинен и при надавливании утапливается внутрь. В результате каждый щуп соприкасается с поверхностью двумя контактами, реализуя 4-проводную схему подключения и обеспечивая более точное измерение внутреннего сопротивления батареи.

В зависимости от модели прибора и доступных аксессуаров возможно одновременное определение температуры на отрицательной клемме аккумуляторной батареи – для этого используется выносной щуп BTL21 со встроенным ИК-датчиком (см. таблицу «Функции и аксессуары», комплектация зависит от модели прибора). Все измерение занимает 4 секунды. Результаты выводятся на ЖК-дисплей тестера, сохраняются в памяти для последующей загрузки на ПК через порт USB и подготовки отчета при помощи входящего в комплект программного обеспечения.

Тесты проводятся быстро не только за счет скорости измерения самого прибора, но и благодаря наличию удобных щупов, к которым предусмотрены удлинители различного размера. Результаты можно не просто сохранять (в том числе автоматически), но и подразделять на группы в соответствии с количеством блоков и батарей в них, чтобы информация была представлена в четко структурированном виде. Скриншот показывает экран прибора при последовательном измерении: три батареи из 32 уже протестированы, их результаты сохранены, по четвертой выполняются измерения (результаты на экране) и будут сохранены по нажатию кнопки Save, остальные ячейки пусты для последующих измерений.

Затраты времени на измерительные процедуры для всех 100% аккумуляторных батарей на объекте не выходят за рамки разумного, в результате сопоставление полученных в разное время данных позволит определить, в каких батареях деградация только началась, а в каких достигла уровня, когда их необходимо заменить, не дожидаясь фатального сбоя.

При массовых измерениях наконечники щупов изнашиваются, но все компоненты и измерительные провода могут быть своевременно заменены на аналогичные. Можно заменять только наконечники с подпружиненными контактами. При замене тестового щупа необходимо провести калибровку нуля прибора, для этого в комплекте предусмотрена калибровочная пластина (кассета сопротивлений). Операция выполняется самим пользователем (в отличие от поверки, которая выполняется в сертифицированной организации. Приборы Fluke BT500 внесены в Государственный реестр средств измерений, на них есть методика поверки и сертификаты установленного образца. Межповерочный интервал – 1 год). 

Можно изначально держать в запасе дополнительный комплект щупов, а также измерительные провода для режима мультиметра и (в зависимости от модели) токовые клещи. Эти аксессуары позволят дополнить измерения внутреннего сопротивления другими тестовыми функциями. Возможна оценка тока пульсации (присутствие переменной составляющей в постоянном напряжении более 5% может служить симптомом – высокое значение пульсации приводит к перегреву и потере энергии). Можно отслеживать падение напряжения при разряде (измерения проводятся многократно в ходе процесса разрядки).

Сравнительные возможности тестеров АКБ серии FlukeBT 500

Необходимо подчеркнуть – приборы Fluke BT500 не дают информацию об остаточной емкости батарей, в результатах не фигурируют ампер-часы. Принципиальная позиция производителя состоит в том, что точно определить емкость можно только при полном заряде/разряде АКБ, а при быстром измерении точно сделать это нельзя в принципе, поскольку конструкции батарей и проходящие в них физико-химические процессы неодинаковы. Внутреннее сопротивление напрямую от остаточной емкости не зависит. Однако оно служит надежным критерием, позволяющим отличить батареи, годные к дальнейшему использованию, от тех, которые необходимо заменить. При регулярном тестировании риск сбоя сводится к минимуму, а на объекте обеспечивается бесперебойное функционирование систем, в которых используются АКБ.

Как правильно выбрать емкость для автомобильного аккумулятора

Для того чтобы показатель емкости аккумулятора оптимально соответствовал характеристикам машины, следует прежде всего ориентироваться на цифру, указанную на корпусе АКБ. С одной стороны, можно приобрести такую же батарею и не заботиться дальше этим вопросом. Но, с другой стороны, есть большая разница в показателях: 55, 60, 65 А/ч и гораздо выше.

Разумеется, у любого водителя-новичка возникнет желание, чтобы устанавливаемый в машину источник питания работал гораздо дольше. И, если старая АКБ была, например, емкостью 55 А/ч, почему бы не установить новую большей емкости. Какая лучше для легкового автомобиля и насколько целесообразна будет такая замена? Ясно, что и цена у аккумуляторов с хорошим показателем емкости гораздо выше.

Если коротко вспомнить о том, как устроена автомобильная АКБ, внутри нее находятся свинцовые пластины разного качества, а также электролитическая составляющая в виде жидкости, геля или иной комбинации химических соединений. Чем больше количество материалов, которые применяются при изготовлении батарей, тем больше энергии они могут накопить внутри.

Так, если выбирать между вариантами емкостью в 40 или 75 А/ч — есть очень большая разница между продуктивностью работы этих двух батарей. Они различны как по размерам, так и на вес. Иными словами, С имеет прямопропорциональную зависимость от того, как выглядит батарея снаружи, сколько она весит и какое качество материалов используется при ее выпуске.

Если у вас небольшая машина, которую принято называть «малолитражкой», батарея большей емкости и размеров может просто не поместиться в подкапотное пространство. В случае, когда прежний вариант прекрасно справляется с запуском двигателя, устанавливать другую АКБ будет нецелесообразно.

Ниже приведем небольшой список, который поможет водителю правильно определить, какой емкости нужен аккумулятор.

При этом следует ориентироваться на показатели объема двигателя:

• если объем двигателя от 1 до 1,9 л, для вашей машины подойдет батарея емкостью от 55 до 60 А/ч;
• если у вас большой внедорожник любой модели с объемом двигателя от 1,4 до 2,3 л, можно приобрести аккумулятор 66 А/ч;
• грузовому автомобилю небольшой грузоподъемности подойдет АКБ с 77 А/ч при двигателе 1,6-3,2 л;
• средней грузоподъемности (двигатель 1,9-4,5 л) — 90 А/ч;
• большому грузовику с объемом двигателя от 3,8 до 10,9 л уже нужен аккумулятор 140 А/ч;
• для бульдозеров и экскаваторов потребуются батареи от 190 А/ч.

Таким образом, для легковых автомашин самый распространенный вариант аккумулятора от 50 до 65 А/ч, для внедорожников — уже больше.

Приобрести батарею большей емкости, чем была раньше, можно и нужно в случае, если бортовая сеть авто снабжена большим количеством опций, которые требуют большего количества энергии. Это может быть навигатор, система сигнализации, магнитола, обогреватель. Также и машинам, которые питаются дизельным топливом, может потребоваться более емкая АКБ, чтобы запустить двигатель. Ну и, конечно, никогда не помешает немного «запастись» емкостью в расчете на запуск мотора в холодное и морозное время года.

Однако перебарщивать с показателями С аккумулятора тоже не стоит, потому что бортовая система машины, в том числе и генератор, имеют ориентиры на четкие характеристики АКБ. Если батарея будет слишком «мощная», она не сможет подзаряжаться от генератора и быстро потеряет свои дополнительные резервы. Также стартер при чрезмерно емком источнике питания будет работать более интенсивно, что приведет к быстрому износу коллектора и его щеток.

Как правильно выбрать емкость для аккумулятора телефона

Емкость аккумулятора телефона расходуется прежде всего на сотовую связь и Интернет, а потом уже на дополнительные опции. Социальные сети, бесконечные новостные ленты — все это уже давно стало неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Поэтому важно правильно подобрать телефон, чтобы он отвечал вашим потребностям. Главное, чтобы качество самого гаджета оптимально сопоставлялось с потенциалом батареи.

К примеру, многие современные телефоны и планшеты при батареях со скромным показателем емкости могут работать весьма оперативно: у них высококачественные процессоры и софты. Безусловно, это относится только к недешевым вариантам смартфонов.

Что же касается народных и более доступных по цене «андроидов», их батареи могут работать от 12 часов до пары дней, в зависимости от интенсивности эксплуатации. Однако в случае с телефонами не стоит опасаться покупать батареи с более высокими емкостными характеристиками — особенно, если есть возможность заменить окончательно севший аккумулятор на новый.

При приобретении АКБ рекомендуется обращать внимание на следующие полезные ориентиры:

• при указании на корпусе батареи или на упаковке телефона «2000-2500 мА/ч» имейте в виду, что телефон будет работать без подзарядки сутки;
• 3000-4000 мА/ч — зарядку телефона необходимо проводить раз в два дня;
• 5000 мА/ч — уже более высокий показатель емкости, с ним можно заряжать телефон уже раз в неделю.

Если вы хотите только читать книги с помощью вашего смартфона и разговаривать, вам будет достаточно и небольшого уровня С. Что же касается фильмов, прослушивания музыки и постоянного присутствия в Сети — помните о том, что вам потребуется более мощная батарея — как минимум, в 4000 мА/ч.

Ориентируясь на приведенные выше показатели, можно самостоятельно определиться с тем, какой аккумулятор нужен для того или иного устройства. Главное — запомнить основные принципы и цифры. Тогда при покупке вместе с продавцом можно будет сделать правильный выбор, о котором никогда не придется жалеть.

Как вам статья?