Действительно, есть мнение, что внутреннее сопротивление аккумулятора является показателем его «здоровья». Сразу скажем, что мнение это правильное, но не стоит полагаться исключительно на него. В этой статье рассмотрим, что же такое внутреннее сопротивление аккумулятора и как его измерить.
Как измерить внутреннее сопротивление аккумулятора
Есть множество зарядных устройств для аккумуляторов, которые могут измерять внутреннее сопротивление. Мы рекомендуем вам обратить внимание на LiitoKala Lii 500, у нас есть его к нему.
Вот как выглядят показание внутреннего сопротивление на LiitoKala Lii 500:
Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора
У хорошего аккумулятора внутреннее сопротивление должно быть очень низким, в диапазоне от 20 до 80. Со временем сопротивление будет расти, и рано или поздно аккумулятор будет непригоден для зарядки.
Однако, стоит иметь в виду, что так как внутреннее сопротивление нормального аккумулятора скорее всего будет незначительным, то на испытание может ощутимо повлиять сопротивление контактов. Таким образом, один и тот же аккумулятор, проверенный в разных ячейках зарядного устройства, или вообще в разных зарядных устройствах, может иметь разные значения внутреннего сопротивления, погрешность составляет примерно 10-20%.
В любом случае, не стоит однозначно судить о состоянии аккумулятора по его внутреннему сопротивлению, ведь есть еще множество других параметров. И к тому же, если аккумулятор устраивает вас в работе, какая разница, какое у него внутреннее сопротивление?
Если вам что-то осталось непонятным – пишите в комментариях на этой странице или , мы всегда с радостью готовы вам помочь!
Мультиметр является многофункциональным устройством для измерения различных параметров электрического тока, поэтому с его помощью может быть произведена и проверка заряда аккумулятора. Для выполнения данной работы можно использовать различные виды мультиметров. Стоимость изделия не имеет значения, главное чтобы цифровой или аналоговый измерительный прибор был в исправном состоянии. О том как проверить аккумулятор мультиметром будет рассказано далее.
Какие параметры можно проверить?
С помощью мультиметра можно измерить напряжение с высокой точностью. По величине электрического напряжения можно определить заряжена ли аккумуляторная батарея или элемент необходимо зарядить постоянным током.
С помощью мультиметра, можно проверить напряжение не только кислотных аккумуляторов, но и элементы питания сотовых телефонов. Чтобы проверить мобильник на величину заряда батареи, прибор переводится в режим измерения постоянного тока до 20 В. В этом режиме цифровой прибор, позволяет измерить напряжение, с точностью до сотых долей вольта.
Аккумулятор шуруповёрта, также можно легко проверить мультиметром. Номинальное напряжение прибора, в данном случае, можно узнать из документации электроинструмента, и если напряжение меньше этого значения, то батарею необходимо зарядить.
Ёмкость аккумулятора также можно проверить мультиметром. Для этой цели можно воспользоваться несколькими способами.
Проверить с помощью мультиметра можно утечку тока. Если необходимо измерить данный параметр на автомобиле, то кроме утечки тока на корпус, проверяется и утечка в бортовой сети автомобиля.
Таким образом можно предотвратить быстрый разряд АКБ и повысить её эксплуатационный ресурс.
Как измерить напряжение
Если необходимо проверить только аккумуляторного напряжения, то мультиметр переводится в режим DC. Если нужно проверить источник электроэнергии, напряжение которого не превышает 20 вольт, то в данном секторе переключатель режимов устанавливается в положение 20 В.
Затем чёрный щуп мультиметра следует присоединить к минусовой клемме, а красный — к плюсу АКБ, на дисплее устройства, в этот момент, будет показано напряжение постоянного тока.
Обычно, исправный и полностью заряженный автомобильный аккумулятор имеет напряжение 12,7 В. Если при таком напряжении плотность электролита находится в норме, то источник электроэнергии может быть использован по назначению.
Аналогичным образом измеряется напряжение литий-ионных батарей сотовых телефонов, а также щелочных или гелевых батарей, которые применяются для запуска двигателей различной мототехники, дизельных генераторов и иных устройств, для начала работы которых, необходим определённый заряд электричества.
Как измерить ёмкость
Мультиметр можно использовать и как тестер для измерения ёмкости аккумулятора. Замер ёмкости аккумулятора можно произвести с помощью контрольного разряда батареи. Чтобы проверить ёмкость потребуется вначале полностью зарядить аккумулятор. Затем необходимо убедиться что батарея максимально заряжена, сделав замер напряжения и плотности электролита.
Далее необходимо подключить нагрузку известной мощности, например лампу накаливания мощностью 24 Вт, и отметить точное время начала данного эксперимента. Когда напряжение батареи упадёт до 50% процентов от ранее установленного показания полностью заряженного аккумулятора, лампочку следует отключить.
Измерение ёмкости, которое выражается в а/ч, осуществляется путём перемножения силы тока в цепи при подключённой нагрузке, на количество часов, в течение которых осуществлялся контрольный разряд батареи. Если получится значение, максимально приближенное к номинальному показателю а/ч, то батарея находится в отличном состоянии.
Проверить внутреннее сопротивление
Чтобы проверить АКБ на исправность с помощью мультиметра, требуется измерить внутреннее сопротивление аккумулятора. Проверить работоспособность источника питания можно с применением мультиметра и мощной лампочки на 12 В. Проверить батарею необходимо в такой последовательности:
Если разница измерения не превышает значения 0,05 В, то аккумулятор находится в исправном состоянии.
В том случае, когда значение падение напряжения больше, внутреннее сопротивления источника питания будет выше, что косвенно будет обозначать значительное ухудшение технического состояния аккумулятора.
Таким образом удаётся довольно точно проверить источник электроэнергии на исправность.
Как проверить ток утечки
Аккумулятор может самостоятельно разряжаться, даже в том случае, когда его клеммы не подключены к потребителям электроэнергии. Величина саморазряда указывается в документации к аккумулятору и является естественным процессом. Особенно заметно потеря электроэнергии может наблюдаться в кислотных АКБ.
Дополнительно к естественным утечкам электрического тока, в цепи могут быть участки, которые находятся во влажном состоянии или с истончённой изоляцией. В этом случае, даже в момент, когда все потребители электроэнергии находятся в выключенном состоянии, происходит дополнительная утечка тока, которая может привести к полному разряду батареи, а в некоторых случаях, и к возгоранию повреждённого места.
Особенно, такое явление может быть опасно в бортовой сети автомобиля, у которого отрицательным проводником является весь кузов и агрегаты, на которых может находиться достаточное количество огнеопасных веществ для образования открытого пламени даже от небольшой искры или электрической дуги.
Чтобы выявить, такое «несанкционированное» расходование электричества, необходимо выключить зажигание автомобиля, а также отключить устройства работающие в «дежурном режиме», например магнитолу и сигнализацию.
Измерить силу тока на аккумуляторе с помощью мультиметра, можно только в том случае, если измерительный прибор переведён в режим измерения силы тока, обозначенный значком «10 А». Для этого круговой переключатель переводится в соответствующий режим, а красный штекер в гнездо обозначенное знаком «10 ADС».
Красный щуп мультиметра соединяется с «+» аккумулятора, а чёрный, с отсоединённой клеммой. В этот момент должны полностью отсутствовать какие-либо показания прибора. Если мультиметр покажет любое значение, то ток утечки является значительным, и необходимо произвести детальную диагностику бортовой сети автомобиля.
Подобным образом производится замер утечки в других электронных системах. При проведении диагностики следует проявлять осторожность, и при подозрении на значительную утечку электрического тока, которая проявляется искрением при отсоединении или подключении клеммы, от замера тока утечки мультиметром следует отказаться.
Если пренебречь этим правилом, то можно «спалить» прибор, который не рассчитан на проверку больших значений силы тока.
Как проверить заряд аккумулятора мультиметром и не повредить хрупкую электронную «начинку» устройства?
Чтобы для тестера проверка аккумулятора не оказалась последней, необходимо правильно выбрать диагностический режим. Если требуется проверить ампераж, то категорически запрещается это делать без дополнительной нагрузки, которая не должна превышать мощности 120 Вт.
Выбирая режим измерения постоянного тока, следует проявлять осторожность, чтобы по ошибке, не включить мультиметр в режим измерения сопротивления, который находится, в большинстве моделей мультиметров, рядом с положением переключателя для измерения постоянного тока.
Источник – это устройство, которое преобразует механическую, химическую, термическую и некоторые другие формы энергии в электрическую. Другими словами, источник является активным сетевым элементом, предназначенным для генерации электроэнергии. Различные типы источников, доступных в электросети, представляют собой источники напряжения и источники тока. Эти две концепции в электронике различаются друг от друга.
Источник постоянного напряжения
Источник напряжения – устройство с двумя полюсами, напряжение его в любой момент времени является постоянным, и проходящий через него ток не оказывает влияния. Такой источник будет идеальным, имеющим нулевое внутреннее сопротивление. В практических условиях он не может быть получен.
На отрицательном полюсе источника напряжения скапливается избыток электронов, у положительного полюса – их дефицит. Состояния полюсов поддерживаются процессами внутри источника.
Батареи
Батареи хранят химическую энергию внутри и способны преобразовывать ее в электрическую. Батареи не могут быть перезаряжены, что является их недостатком.
Аккумуляторы
Аккумуляторы являются перезаряжаемыми батареями. При зарядке электрическая энергия сохраняется внутри в виде химической. Во время разгрузки химический процесс протекает в противоположном направлении, а электрическая энергия высвобождается.
Примеры:
- Свинцово-кислотный аккумуляторный элемент. Изготавливается из свинцовых электродов и электролитической жидкости в виде разведенной дистиллированной водой серной кислоты. Напряжение на ячейку – около 2 В. В автомобильных аккумуляторах шесть ячеек обычно соединены в последовательную цепь, на клеммах выхода результирующее напряжение – 12 В;
- Никель-кадмиевые аккумуляторы, напряжение ячейки – 1,2 В.
Важно! При небольших токах батареи и аккумуляторы можно рассматривать как хорошее приближение к идеальным источникам напряжения.
Источник переменного напряжения
Электроэнергия производится на электрических станциях с помощью генераторов и после регулирования напряжения передается к потребителю. Переменное напряжение домашней сети 220 В в блоках питания различных электронных устройств легко преобразуется в более низкий показатель при применении трансформаторов.
Источник тока
По аналогии, как идеальный источник напряжения создает постоянное напряжение на выходе, задача источника тока – выдать постоянное значение тока, автоматом контролируя требуемое напряжение. Примерами являются трансформаторы тока (вторичная обмотка), фотоэлементы, коллекторные токи транзисторов.
Расчет внутреннего сопротивления источника напряжения
Реальные источники напряжения обладают собственным электрическим сопротивлением, которое называется «внутреннее сопротивление». Присоединенная на выводы источника нагрузка обозначается под названием «внешнее сопротивление» – R.
Батарея аккумуляторов генерирует ЭДС:
ε = E/Q, где:
- Е – энергия (Дж);
- Q – заряд (Кл).
Суммарная ЭДС аккумуляторного элемента является напряжением его разомкнутой цепи при отсутствии нагрузки. Его можно проконтролировать с хорошей точностью цифровым мультиметром. Разность потенциалов, измеренная на выходных контактах батареи, когда она включена на нагрузочный резистор, составит меньшую величину, чем ее напряжение при незамкнутой цепи, по причине протекания тока через нагрузочное внешнее и через внутреннее сопротивление источника, это приводит к рассеиванию энергии в нем как теплового излучения.
Внутреннее сопротивление аккумулятора с химическим принципом действия находится между долей ома и несколькими омами и в основном связано с сопротивлением электролитических материалов, используемых при изготовлении батареи.
Если резистор сопротивлением R подсоединить к батарее, ток в цепи I = ε/(R + r).
Внутреннее сопротивление – не постоянная величина. На него влияет род батареи (щелочная, свинцово-кислотная и т. д.), оно изменяется в зависимости от нагрузочного значения, температуры и срока использования аккумулятора. К примеру, у разовых батареек внутреннее сопротивление возрастает во время использования, а напряжение в связи с этим падает до прихода в состояние, непригодное для дальнейшей эксплуатации.
Если ЭДС источника – заранее данная величина, внутреннее сопротивление источника определяется, измеряя ток, протекающий через нагрузочное сопротивление.
- Так как внутреннее и внешнее сопротивление в приближённой схеме включены последовательно, можно использовать законы Ома и Кирхгофа для применения формулы:
- Из этого выражения r = ε/I – R.
Пример. Аккумулятор с известной ЭДС ε = 1.5 В и соединен последовательно с лампочкой. Падение напряжения на лампочке составляет 1,2 В. Следовательно, внутреннее сопротивление элемента создает падение напряжения: 1,5 – 1,2 = 0,3 В. Сопротивление проводов в цепи считается пренебрежимо малым, сопротивление лампы не известно. Измеренный ток, проходящий через цепь: I = 0,3 А. Нужно определить внутреннее сопротивление аккумулятора.
- По закону Ома сопротивление лампочки R = U/I = 1,2/0,3 = 4 Ом;
- Теперь по формуле для расчета внутреннего сопротивления r = ε/I – R = 1,5/0,3 – 4 = 1 Ом.
В случае короткого замыкания внешнее сопротивление падает почти до нуля. Ток может ограничивать свое значение только маленьким сопротивлением источника. Сила тока, возникающая в такой ситуации, настолько велика, что источник напряжения может быть поврежден тепловым воздействием тока, существует опасность возгорания. Риск пожара предотвращается установкой предохранителей, например, в цепях автомобильных аккумуляторов.
Внутреннее сопротивление источника напряжения – важный фактор, когда решается вопрос, как передать наиболее эффективную мощность подсоединенному электроприбору.
Важно! Максимальная передача мощности происходит, когда внутреннее сопротивление источника равно сопротивлению нагрузки.
Однако при этом условии, помня формулу Р = I² x R, идентичное количество энергии отдается нагрузке и рассеивается в самом источнике, а его КПД составляет всего 50%.
Требования нагрузки должны быть тщательно рассмотрены для принятия решения о наилучшем использовании источника. Например, свинцово-кислотная автомобильная батарея должна обеспечивать высокие токи при сравнительно низком напряжении 12 В. Ее низкое внутреннее сопротивление позволяет ей это делать.
В некоторых случаях источники питания высокого напряжения должны иметь чрезвычайно большое внутреннее сопротивление, чтобы ограничить ток к. з.
Особенности внутреннего сопротивления источника тока
У идеального источника тока бесконечное сопротивление, а для подлинных источников можно представить приближенный вариант. Эквивалентная электросхема – это сопротивление, подключенное к источнику параллельно, и внешнее сопротивление.
Токовый выход от источника тока распределяется так: частично ток течет через наиболее высокое внутреннее сопротивление и через низкое сопротивление нагрузки.
Выходной ток будет находиться из суммы токов на внутреннем сопротивлении и нагрузочного Iо = Iн + Iвн.
Получается:
Iн = Iо – Iвн = Iо – Uн/r.
Эта зависимость показывает, что когда внутреннее сопротивление источника тока растет, тем больше снижается ток на нем, а резистор нагрузки получает большую часть тока. Интересно, что напряжение влиять не будет на токовую величину.
Выходное напряжение реального источника:
Uвых = I x (R x r)/(R +r) = I x R/(1 + R/r).
Сила тока:
Iвых = I/(1 + R/r).
Выходная мощность:
Рвых = I² x R/(1 + R/r)².
Важно! Анализируя схемы, исходят из следующих условий: при значительном превышении внутреннего сопротивления источника над внешним он является источником тока. Когда наоборот, внутреннее сопротивление значительно меньше внешнего, это источник напряжения.
Источники тока применяются при подаче электроэнергии на измерительные мосты, операционные усилители, это могут быть различные датчики.
Видео
Секреты длительной работы аккумулятора
Типичная проблема: аккумулятор определенной емкости не обеспечивает заявленное для него изготовителем время непрерывной работы, особенно после того, как он некоторое время побывал в эксплуатации. В чем причина? И можно ли этого избежать?
Ниже приведены некоторые выдержки из статьи г-на Isidor Buchmann "The Secret of Battery Runtime", в которой исследуются проблемы уменьшения емкости аккумулятора и восстановления его состояния; высокое внутреннее сопротивление аккумулятора и его влияние на продолжительность работы; повышенный саморазряд и способствующие ему факторы; высокое значение порога напряжения выключения в телефоне, которое препятствует полному использованию доступной энергии аккумулятора, а также мои комментарии (выделены курсивом ), основанные на личном опыте.
Недостаточная емкость аккумулятора
Количество энергии, которое аккумулятор способен удерживать, постепенно уменьшается в процессе эксплуатации и старения, а также из-за недостаточного обслуживания для аккумуляторов некоторых электрохимических систем. Аккумулятор, в конечном счете, должен быть заменен, когда его емкость падает до 60%-70% от номинальной величины. Значение емкости в 80% обычно принимается за нижнее допустимое значение для нового аккумулятора. (Индивидуальные российские пользователи - как правило, эксплуатируют аккумуляторы до тех пор, пока их емкость не упадет до 20 - 30 % от номинального значения).
На рисунке 1 весь объем аккумулятора, предназначенный для хранения энергии, условно представлен состоящим из трех областей: пустой области, которая при очередном заряде будет снова заполнена энергией, области энергии, имеющейся в аккумуляторе на данный момент, и области, которая уже непригодна для хранения энергии по тем или иным причинам. (В новом аккумуляторе последней области - не должно быть, она появляется постепенно и увеличивается в размерах по описываемым ниже причинам в процессе эксплуатации).
Рисунок 1. Три условных области аккумулятора. В процессе эксплуатации и старения, область, непригодная для хранения энергии, увеличивается в объеме. При отсутствии регулярной проверки, пользователи, если образно выразиться, начинают носить кирпичи вместо аккумуляторов.
В аккумуляторах на основе никеля непригодная для хранения энергии область может быть вызвана кристаллическими образованиями, известными как "эффект памяти". В Li-ion аккумуляторе потеря способности принятия заряда вызывается окислением элемента и естественной коррозией, которая происходит в процессе эксплуатации и старения. У свинцово- кислотного аккумулятора деградация состояния обычно является следствием сульфатации пластин элемента. А в свинцово-кислотных аккумуляторах с регулируемым клапаном (VRLA) причиной может быть попадание воды или потеря электролита.
Емкость никелевых аккумуляторов часто может быть восстановлена путем применения глубоких циклов разряда / заряда. Типичный цикл, известный как "тренировка" аккумулятора, состоит из одного или нескольких циклов разряда до одного вольта на элемент с последующими зарядами.
Существуют более эффективные методы оживления аккумуляторов, чем циклы тренировки. После того, как аккумулятор обычным током будет разряжен до одного вольта на элемент (это напряжение обычно рассматривается, как напряжение окончания разряда), его продолжают медленно разряжать значительно меньшим током до напряжения близкого к нулю (обычно до 0.4 вольта на элемент) . Этот метод, получивший название "восстановление" аккумуляторов, разрушает кристаллические образования, восстанавливая химическую структуру элемента аккумулятора на основе никеля. В результате забракованные аккумуляторы часто могут быть восстановлены до первоначального состояния. Однако следует отметить, что некоторые из восстановленных аккумуляторов могут иметь высокий саморазряд вследствие повреждения кристаллическими образованиями материала сепаратора. Эта обычно свойственно старым аккумуляторам.
Li-ion аккумуляторы не могут быть восстановлены циклической тренировкой или какими-либо другими способами. Снижение емкости у них необратимо, так как используемые в их элементах металлы, предназначены для работы только в течение определенного времени. Это сделано, в частности, по причинам экологической безопасности, т.к. некоторые компоненты, используемые для увеличения емкости Li-ion аккумуляторов, высоко токсичны. В процессе работы уровень токсичности уменьшается до приемлемо низкого уровня.
На данный момент пока недостаточно информации по сроку эксплуатации и старения новых литиево-полимерных аккумуляторов. Известные также как "пластиковые аккумуляторы", они конструктивно подобны Li-ion, но имеют гелевый электролит. В результате становится возможной упрощение конструкции элемента, поскольку любая утечка гелеобразного электролита - невозможна.
Производители работают над улучшением процессов изготовления литиево-полимерных аккумуляторов. И после того, как их производство примет массовый характер, ожидается, что Li-pol аккумулятор будет менее дорогим, чем Li-ion. Среди других достоинств этой новой технологии - меньшие размеры и вес.
Свинцово-кислотный аккумулятор подвергается сульфатации, если хранится в разряженном состоянии или при низком напряжении. Восстановление затруднено, если не невозможно, особенно, если аккумулятор был в таком состоянии в течение длительного времени. При хранении, аккумулятор должен подзаряжаться каждые шесть месяцев или всякий раз, когда напряжение его элементов понижается до 2.10 вольта.
Высокое внутреннее сопротивление аккумулятора
Внутреннее сопротивление (импеданс) аккумулятора, является его хранителем и в большой степени определяет состояние аккумулятора и время его непрерывной работы. Высокий импеданс уменьшает поток энергии от аккумулятора к оборудованию. На рисунках 3 и 4 приведены образные иллюстрации аккумуляторов с низким и высоким импедансом. Когда большой ток требуется от аккумулятора с высоким импедансом, напряжение на оборудовании резко падает и включается индикация низкого напряжения на аккумуляторе. Хотя аккумулятор и может иметь достаточную емкость, но оборудование отключается, и остаточная энергия аккумулятора остается не поставленной.
Рисунок 3. Нормальный аккумулятор с низким внутренним сопротивлением (импедансом) обеспечивает неограниченный ток в нагрузку и способен отдать всю запасенную в нем энергию в течение короткого промежутка времени.
Рисунок 4. Аккумулятор с высоким внутренним сопротивлением (импедансом) не способен отдавать запасенную в нем энергию в течение короткого промежутка времени и оборудование в этом случае отключается.
NiCd аккумулятор имеет самый низкий импеданс из всех типов аккумуляторов, даже по истечении 1000 циклов разряда / заряда. Для сравнения, NiMH изначально имеет более высокий импеданс, который увеличивается после 300- 400 циклов. Li-ion имеет чуть лучшие характеристики импеданса, чем NiMH, но все же не столь хорош, как NiCd. Эксплуатация Li-ion аккумулятора не приводит к увеличению его импеданса, чего нельзя сказать о процессе старения. Типичная продолжительность жизни Li-ion аккумуляторов - два года, независимо работают они или нет.
Поддержание аккумулятора в состоянии с низким импедансом очень важно, особенно для цифровых сотовых телефонов и устройств, имеющих высокий импульсный ток потребления. Импеданс аккумуляторов на основе никеля может резко увеличиваться, если они не подвергаются соответствующему обслуживанию.
Например, импеданс более чем вдвое превышающий нормальный уровень у NiCd аккумуляторов, после применения цикла восстановления на анализаторе аккумуляторов Cadex C7000, стал нормальным. Считается, что восстановление очищает пластины элемента от нежелательных кристаллических образований, и восстанавливает требуемый поток тока. Импеданс Li-ion аккумуляторов не может быть уменьшен циклическим разрядом / зарядом, потому что окисление элемента, являющееся причиной высокого импеданса, является необратимым. Свинцово-кислотные аккумуляторы иногда могут быть улучшены циклическим разрядом / зарядом или верхним зарядом и/или уравнивающим зарядом, что уменьшает препятствующий току слой сульфатации.
Рисунок 5. Время непрерывной работы аккумуляторов с низким, средним и высоким импедансом одинаковой емкости при импульсной нагрузке. Пунктирной линией на рисунке показано значение напряжения, при котором оборудование (например, сотовый телефон) отключается из-за недостаточного напряжения аккумулятора, а впадины на кривой - уровень напряжения аккумулятора в момент резкого увеличения тока нагрузки (например, телефон в режиме передачи)
На рисунке 5 приведены графики зависимости напряжения и соответствующего времени непрерывной работы аккумуляторов с низким, средним и высоким импедансом одинаковой емкости при импульсной нагрузке. Подобно мягкому шару, легко деформирующемуся при сжатии, напряжение аккумулятора с высоким импедансом синхронно изменяется с колебаниями тока, подобно флагу развевающемуся на ветру. Импульсы тока подталкивают напряжение к линии окончания работы, что вызывает преждевременное отключение оборудования. При измерении напряжения аккумулятора вольтметром после того, как оборудование отключилось, и нагрузка снята, напряжение на аккумуляторе обычно восстанавливается до нормального значения. Это особенно справедливо для аккумуляторов на основе никеля и надо отметить, что степень заряженности для аккумуляторов этой электрохимической системы не может быть оценена только измерением его напряжения.
Аккумулятор с высоким импедансом может прекрасно работать с оборудованием, потребляющим небольшим постоянный ток, например с лампой вспышкой или портативным CD проигрывателем. При такой нагрузке, большинство запасенной аккумулятором энергии может быть отдано, и его высокий импеданс практически не сказывается на работе (вспомните закон Ома для источника тока с внутренним сопротивлением). Известно несколько методов измерения импеданса аккумулятора: метод переменного тока, постоянного тока, импульсный метод. Каждый из них обеспечивает слегка различные результаты.
Высокий саморазряд
Все аккумуляторы самопроизвольно разряжаются и стремятся вернуться к своему низшему энергетическому состоянию. Самый высокий саморазряд наблюдается у аккумуляторов на основе никеля. Наибольшая потеря энергии происходит в первые 24 часа после заряда. Практически, аккумулятор на основе никеля теряет 10-15% своей емкости в первые 24 часа после заряда и далее 10-15% каждый месяц. Саморазряд Li-ion аккумулятора значительно меньше. Одни из лучших аккумуляторов с точки зрения саморазряда - свинцово-кислотные; они теряют только около 5 % в месяц. Однако надо заметить, что свинцово-кислотные аккумуляторы имеют также самую низкую плотность энергии среди аккумуляторов различных электрохимических систем и потому непригодны для носимых мобильных устройств. Вместо этого, свинцово-кислотные аккумуляторы используются для оборудования типа пожарного освещения и источников бесперебойного питания, а также движущихся кресел (инвалидных, например) и тележек для игры в гольф.
Рисунок 6. Аккумулятор с высоким саморазрядом.
При более высоких температурах, саморазряд аккумуляторов любой электрохимической системы увеличивается. Как правило, он удваивается на каждые 10 градусов повышения температуры. Большие потери энергии происходят, например, вследствие саморазряда, если аккумулятор оставлен в нагретом под лучами солнца автомобиле. Проблема возникает в том случае, если энергия аккумулятора теряется через саморазряд быстрее, чем при использовании по назначению. Это обычно наблюдается у старых аккумуляторов.
Саморазряд аккумулятора увеличивается при старении и с количеством циклов заряда / разряда, прошедших с момента начала эксплуатации. Например, NiMH аккумулятор хорош при работе в течение 300-400 циклов, в то время как его NiCd собрат - при 1000 циклах и более прежде, чем высокий саморазряд сделает их непригодными к эксплуатации. Саморазряд Li-ion и свинцово-кислотных аккумуляторов не увеличивается в той пропорции как у аккумуляторов на основе никеля после того, как они отработали свойственное им максимальное количество циклов заряда / разряда.
Как только аккумулятор начинает показывать высокий саморазряд, никакими средствами нельзя полностью устранить этот эффект. Среди причин, которые ускоряют саморазряд - повреждение сепараторов, вызванные избыточными кристаллическими образованьями, повреждение аккумулятора при зарядке, большое число отработанных циклов, которое способствует разбуханию элемента. Нет простого быстрого метода для измерения саморазряда аккумулятора. Чтобы оценить саморазряд аккумулятора необходимо измерить его начальную емкость после полного заряда, а затем сделать ее измерение повторно по истечении 12 часов.
Высокое значение порога напряжения отключения.
Любое хорошо разработанное портативное устройство должно работать в широком диапазоне значений напряжения. В то время как электронные схемы могут работать при все более низких напряжениях питания, некоторые портативные устройства не способны к полному использованию диапазона напряжения своего аккумулятора. В этом случае, такие устройства отключаются прежде, чем достигнуто напряжение окончания разряда. В результате некоторая часть энергии аккумулятора остается неиспользованной. На рисунке 7 проиллюстрирован такой аккумулятор.
Рисунок 7. Некоторые портативные устройства не используют всю доступную энергию своего аккумулятора и оставляют часть ее неиспользованной после автоматического отключения при уменьшении напряжения на аккумуляторе до значения порога выключения.
Проблема высокого значения порога напряжения отключения более широко распространена, чем это обычно считается. Например, некоторые типы сотовых телефонов отключаются при напряжении 3.3 вольта на Li- ion аккумуляторе, в то время как он предназначен для работы при разряде до 3 вольт и ниже. При разряде до 3.3 вольта только около 70 % из 100 % ожидаемой емкости используется. Другой пример: сотовый телефон известного изготовителя, использующего NiMH и NiCd аккумуляторы, отключается при 5.7 вольта, в то время как он предназначен для работы при разряде до 5 вольт. При последующем разряде этих аккумуляторов до напряжения, соответствующего их порогу окончания разряда, на анализаторе аккумуляторов уже после того, как оборудование отключилось, измеренные значения невостребованной емкости могут достигать 60 %. Это явление особенно распространено на аккумуляторах с высоким импедансом или работающих при повышенной температуре.
Хотя и высокое значение напряжение отключения главным образом вызвано оборудованием, однако, в некоторых случаях, причиной может быть аккумулятор с пониженным напряжением, который имеет электрически короткозамкнутые элементы. Эффект памяти также вызывает уменьшение напряжения, однако, это явление свойственно только аккумуляторам на основе никеля, которые должным образом не обслуживались. Повышение температуры также понижают уровень напряжения аккумуляторов всех электрохимических систем. Уменьшение напряжения, вызванное высокой температурой временно, и нормализуется, как только аккумулятор остывает.
Заключение.
Время непрерывной работы от аккумулятора, указанное изготовителями оборудования, нелинейно зависит от его емкости. Это особенно справедливо, если принять во внимание процессы старения и влияние окружающей среды. Изготовители обычно проверяют свои изделия при идеальных условиях, используя совершенное оборудование, новый аккумулятор и умеренные температуры окружающей среды. Пользователь естественно задается вопросом, почему его аккумулятор - исключение из правил, и такие оптимистические спецификации времени непрерывной работы никогда не могут быть достигнуты.
Хотя и технология производства аккумуляторов улучшилась в течение последнего десятилетия, продвижения в этой области не были столь драматичными как в микроэлектронике. Достижение максимальной емкости, уменьшения массы и размеров аккумуляторов привело к побочным эффектам, таким как более высокий импеданс и увеличенный саморазряд, не говоря уже о более коротком сроке службы и более высоких эксплуатационных расходах.
В целом же, современное оборудование предлагает более длительное время непрерывной работы, чем его предшественники. И это связано не только с совершенствованием аккумуляторов, но и с улучшением электронных схемы, которые стали менее энергоемкими. Заглядывая в будущее, следует отметить, что нет немедленных решений, которые бы разрешили недостатки сегодняшних аккумуляторов. Пока наши аккумуляторы основаны на электрохимических процессах, мы будем ограничены устройствами хранения энергии, которые являются дорогими, темпераментными, непредсказуемыми, медленно заряжаемыми, большими по размерам, тяжелыми, и с коротким сроком жизни.
