Можно ли использовать паспортное значение внутреннего сопротивления АКБ в качестве базового
Введение
Как уже рассказали в первой части этой серии, измерения омических сопротивлений крайне полезны для отслеживания срока службы и выявления неисправностей в свинцово-кислотных аккумуляторах. Из первой части мы также знаем, что разные измерительные приборы могут давать разные показания для одного и того же аккумулятора, поэтому для интерпретации показаний необходимо иметь достаточно знаний о факторах, которые могут влиять на показания. При попытке определить начальную точку отсчёта «старения» АКБ (так же называют как базовым значением внутреннего сопротивления) иногда возникает вопрос, можно ли использовать значение внутреннего сопротивления (Ri) из технического описания.
Это логичный вопрос, поскольку Ri обычно выражается в миллиомах или микроомах, что является той же единицей измерения, что и импеданс. Однако краткий ответ — НЕТ, потому что батарея — это не простой резистор, а электрохимическое устройство, поэтому результат измерения зависит от используемой методики.
Для проведения измерения на батарее должно произойти изменение напряжения. Это изменение может быть вызвано испытательным оборудованием или самой системой питания. Измеренное значение заряда батареи зависит от скорости изменения и амплитуды применяемого стимула. Вот почему разные тестеры батарей могут выдавать разные показания для одной и той же батареи. Производителям аккумуляторов также сложно указать импеданс или внутреннее омическое значение для аккумулятора, поскольку им пришлось бы указывать ряд значений для различных тестеров, представленных на рынке.
Давайте рассмотрим подробнее измерение внутреннего сопротивления, которое определяет параметр Ri в технических характеристиках аккумулятора.
Измерение внутреннего сопротивления
Существует стандарт ГОСТ Р МЭК 60896-21-2013 «Батареи свинцово-кислотные стационарные. Часть 21. Типы с регулирующим клапаном. Методы испытаний», в п.6.3.5 приведена методика измерения внутреннего сопротивления при постоянном токе Ri аккумуляторов VRLA. Этот метод измерения требует, чтобы напряжение аккумулятора измерялось при двух разрядах в течение заданного периода с 5-минутным перерывом между ними. При первом разряде получается Va при Ia, а при втором Vb при Ib.
Формула для вычисления внутреннего сопротивления: Ri = (Ua -Ub) / (Ib-Ia)
Последовательность измерений:
- Выполнить первый разряд (Ia) длительностью 20 секунд током 4 x I10
- Оставить аккумулятор в покое на 5 минут
- Выполнить второй разряд (Ib) длительностью 5 секунд током 20 x I10
Например, для аккумулятора Ventura GP 12-40 (12В 40Ач) паспортное значение I10 = 3,89 А. Испытательные токи составляют 15,56 А (4 x I10) и 77,8 А (20 x I10).
Как видите, исходя из величины испытательных токов и общей продолжительности измерения, этот метод не предназначен для использования в полевых условиях. Но этот метод используется производителями аккумуляторов для определения значения Ri для технического описания, чтобы его можно было сравнить с другими аккумуляторами.
Измерение Импеданса
Не существует отраслевого метода для измерения импеданса аккумулятора - у каждого производителя оборудования есть свой «рецепт». Например, тестер аккумуляторов Hioki BT3554, использует для измерений импеданса в диапазоне до 30 мОм тестовый сигнал с током 160 мА и продолжительностью 1 секунда, а Midtronics CellUltra 6000 производит измерение на двух частотах тестового сигнала в течение 8 секунд.
Разные методы измерения должны давать разные результаты, поэтому давайте проведём эксперимент и посмотрим, насколько могут отличаться результаты измерений.
Эксперимент
Измерим сопротивление батареи тремя различным методами.
Для эксперимента возьмем полностью заряженный аккумулятор Свинцово-кислотный аккумулятор Ventura GP 12-40.
Измерения:
- Измерение импеданса полевым тестером аккумуляторов Hioki BT3554
- Измерение импеданса тестером аккумуляторных батарей Midtronics Celltron Ultra CTU-6000
- Измерение внутреннего сопротивления по методу ГОСТ Р МЭК 60896-21-2013 с использованием мультиметра Fluke 179 и амперметра Fluke 376, нагрузка с постоянным током.
Результаты измерений:
- Тестером Hioki BT3554 - 6,71 мОм
- Тестером Midtronics CTU-6000 - 8,84 мОм
- По методу ГОСТ Р МЭК 60896-21-2013 - 10,12 мОм,
при этом ток I10 для аккумулятора Ventura GP 12-40 составляет 3,89 А.
Ia = 4 x I10 = 4 x 3,89 A = 15,56 А;
Ib = 20 x I10 = 20 x 3,89 A = 77,8 А;
Первый разряд в течение 20 секунд током 15,56 А. Конечное напряжение аккумулятора Ua - 12,11 В.
После 5 минут покоя - второй разряд в течение 5 секунд током 77,8 А. Конечное напряжение аккумулятора Ub - 11,48 В.
Ri = (Ua-Ub) / (Ib-Ia) = (12,11-11,48) / (77,8-15,56) = 0,63В / 62,24А = 0,0101221 Ом = 10,12 мОм
Заключение
Из результатов измерений мы видим, что Ri и импеданс (внутреннее омическое сопротивление) — это не одно и то же. Мы можем сделать вывод, что эти параметры нельзя менять местами, потому что они разные. Поэтому использовать значение Ri из спецификации аккумулятора в качестве базового НЕЛЬЗЯ.
Для определения базового значения импеданса необходимо использовать значение для данной модели АКБ из базы производителя прибора или, если такой модели в базе нет – построить эталон, согласно методике производителя прибора.