При использовании аккумуляторных батарей на любых объектах, особенно в системах бесперебойного питания, за их состоянием нужно следить и регулярно проводить проверки. В этом материале мы рассмотрим основные параметры АКБ, а также рассмотрим, какими приборами и как можно провести их контроль и проверку!
Основная задача при проверке состояния любой аккумуляторной батареи – выяснить, обладает ли она достаточной емкостью, может ли обеспечить заявленные производителем характеристики в течение необходимого времени. Однако непосредственно средствами измерения определяются только несколько основных параметров – напряжение, сила тока. В обслуживаемых аккумуляторах можно также замерить плотность электролита. Измерения можно проводить неоднократно, фиксируя изменение значений с течением времени. Все остальные параметры и характеристики не измеряются напрямую, а выводятся по разработанной изготовителем методике, причем она зависит и от типа АКБ, и от рекомендаций производителя, и от вида подключенной нагрузки. При этом необходимо учитывать, что многие зависимости, характеризующие работу АКБ, носят нелинейный характер. Могут сказываться и другие факторы, например, влияние температуры.
При выполнении краткосрочных измерений при использовании даже самых совершенных методик тестирование носит не точный количественный, а качественный характер. Единственный достоверный способ измерения емкости АКБ – его полная разрядка в течение многих часов с тщательной фиксацией параметров в ходе всего процесса. Но использовать столь продолжительную процедуру на практике можно далеко не всегда, особенно если батарей много. Тем не менее, и краткосрочных оценочных измерений достаточно для того, чтобы отличить работоспособный аккумулятор от изношенного, утратившего емкость, и вовремя произвести замену АКБ.
Измерения при помощи нагрузочной вилки
Строение простейшей нагрузочной вилки показано на схеме:
Устройство оснащено вольтметром, параллельно которому установлен большой по мощности нагрузочный резистор, и имеет два щупа. В старых моделях вольтметры аналоговые; новые модели, как правило, оснащены ЖК-дисплеем и цифровым вольтметром. Существуют нагрузочные вилки с усложненной схемой, использующие несколько нагрузочных спиралей (сменных сопротивлений), рассчитанные на разные диапазоны измерения напряжений, предназначенные для тестирования кислотных либо щелочных аккумуляторов. Есть даже вилки, которыми тестируют отдельные банки аккумуляторов. В состав продвинутых устройств помимо вольтметра может входить амперметр.
Получаемые при измерениях данные также необходимо сопоставлять с параметрами, заявленными производителями для данного типа батарей и данного сопротивления.
Ток утечки
Если с вышеуказанными замерами не так сложно разобраться и запомнить действия, то далее надо переходить к вопросу о том, как проверить емкость автомобильного аккумулятора на утечку тока. Это показатель, от которого напрямую зависит объем самой емкости батареи, а значит, и срок ее «жизни».
Уровень саморазряда, допустимый для аккумулятора в состоянии покоя, прописан в его технической документации. Однако стоит знать, что у щелочных типов батарей этот уровень выше всего!
Любая утечка подразумевает наличие разрыва или некачественную герметизацию в цепи питания батареи. И если при замерах определился уровень утечки гораздо выше технически допустимого уровня, то аккумулятор будет разряжаться еще быстрей. Но не только разряд батареи может стать проблемой, поскольку плохая изоляция отдельных участков цепи питания может привести к короткому замыканию или возгоранию!
Для тестирования уровня утечки тока аккумулятора мультиметр переводится в соответствующий режим, а показатель напряжения устанавливается на 10 Ампер. Подключают мультиметр таким образом: красный провод подводится к плюсовой клемме, а черный же – отсоединяется вовсе.
Показатель утечки определяется так: если на мониторе прибора ничего не отображается, значит, проверка емкости автомобильного аккумулятора прошла успешно, утечки нет! Если же есть какие-то показания, то необходимо срочно проверить всю бортовую систему.
Измерения при помощи специальных устройств, тестеров анализаторов АКБ
Приборы Кулон
Принципиальным развитием идеи нагрузочной вилки можно считать семейство цифровых приборов-тестеров Кулон (Кулон-12/6f, Кулон-12m, Кулон-12n и другие) для проверки состояния свинцовых кислотных аккумуляторов, а также другие подобные устройства. Они позволяют проводить быстрые замеры напряжения, приближенно определять емкость АКБ без контрольного разряда и сохранять в памяти несколько сотен, а иногда и тысяч измерений.
Приборы Кулон питаются от аккумулятора, на котором проводятся измерения. Входящие в комплект провода с разъемами «крокодил» имеют части, изолированные друг от друга, что обеспечивает четырехзажимное подключение к аккумулятору и устраняет влияние на показания прибора сопротивления в точках подключения зажимов. По заявлению разработчика, прибор анализирует отклик аккумулятора на тестовый сигнал специальной формы, при этом измеряемый параметр примерно пропорционален площади активной поверхности пластин аккумулятора и, таким образом, характеризует его емкость. Фактически, точность показаний зависит от достоверности методики, разработанной производителем.
Емкость аккумулятора – электрический заряд, отдаваемый полностью заряженным аккумулятором – измеряется в ампер-часах и представляет собой произведение тока разряда на время. Для точного определения емкости необходимо произвести разряд батареи (процесс длительный, многочасовой), постоянно фиксируя величину заряда, отдаваемого батареей. При этом относительная емкость АКБ в зависимости от времени изменяется нелинейно. Например, для аккумуляторной батареи типа LCL-12V33AP относительная емкость меняется со временем следующим образом:
| Время разряда, часы | Относительная емкость, % |
| 0,1 | 37 |
| 1,3 | 48 |
| 0,7 | 53 |
| 1,9 | 76 |
| 4,2 | 84 |
| 9,2 | 92 |
| 20 | 100 |
Прибор Кулон при помощи быстрого измерения ориентировочно определяет емкость полностью заряженного аккумулятора. Он не предназначен для оценки степени заряженности АКБ, все измерения необходимо проводить на полностью заряженной батарее. Устройство кратковременно подает тестовый сигнал, регистрирует отклик от батареи и через несколько секунд выдает ориентировочную емкость АКБ в ампер-часах. Одновременно на экран выводится измеренное напряжение. Полученные значения можно сохранять в памяти прибора.
Производитель подчеркивает, что устройство не является прецизионным измерителем, но позволяет оценочно определять емкость свинцовой кислотной батареи, особенно если пользователь самостоятельно откалибровал прибор при помощи аккумулятора такого же типа, что и тестируемый, но с известной емкостью. Процедура калибровки подробно изложена в инструкции к прибору.
Тестеры PITE
Следующая разновидность устройств для тестирования АКБ – тестеры PITE: модель Kongter BT-3915 для измерения внутреннего сопротивления батарей.
Управление осуществляется при помощи цветного сенсорного экрана, но основные управляющие кнопки вынесены на клавиатуру в нижней части корпуса. Прибором можно тестировать батареи емкостью от 5 до 6000 А·ч, с элементами аккумулятора 1.2 В, 2 В, 6 В и 12 В. Диапазон измерения напряжения – от 0.000 В до 16 В, сопротивления – от 0.00 до 100 мОм. Прибор позволяет задать тип проверяемых батарей, выполнить измерение напряжения и сопротивления (модель 3915) или напряжения и проводимости (модель 3918), и на их основании судить о том, соответствует емкость батареи заявленной производителем или нет. При этом параметр Capacity (емкость батареи) выводится в процентах.
Интерфейс прибора позволяет проводить как одиночные измерения, так и последовательные (до 254 измерений в каждой последовательности, совокупное количество результатов более 3000), что удобно при проверке большого количества однотипных АКБ (в последнем случае результаты сохраняются автоматически, помимо данных в них фиксируется также порядковый номер измерения). В зависимости от настроек прибор может использовать для выдачи результата (статуса Good, Pass, Warning или Failed) собственные критерии либо значения, заданные пользователем. Результаты тестирования через порт USB могут быть перенесены на компьютер для просмотра и последующей подготовки отчетов.
Анализаторы Fluke
Более глубокое развитие той же идеи – приборы Fluke Battery Analyzer серии 500 (BT 510, BT 520, BT 521), которые позволяют измерять и сохранять в памяти напряжение, внутреннее сопротивление стационарной батареи, температуру минусовой клеммы, напряжение при разрядке. При наличии дополнительных аксессуаров можно измерять и сохранять в памяти и другие параметры. Тесты можно проводить как в режиме отдельных измерений, так и в последовательном режиме; используя настраиваемые профили. Есть возможность задать пороговые значения для различных параметров. Встроенный порт USB позволяет передавать собранные записи (до 999 записей каждого типа) на компьютер для подготовки отчетов с помощью программного обеспечения Analyze Software, входящего в комплект поставки.
Щупы прибора имеют специальную конструкцию: внутренний подпружиненный контакт предназначен для измерения тока, внешний – для измерения напряжения. Если на щуп надавить, внутренний наконечник смещается внутрь таким образом, что оба контакта каждого щупа касаются поверхности одновременно. В результате одни и те же щупы позволяют организовать как 2-проводное, так и 4-проводное подключение к полюсам батареи (последнее необходимо для измерения Кельвина).
- Прибор позволяет измерять следующие параметры:
- Внутреннее сопротивление батареи (измерение занимает менее 3 с).
- Напряжение батареи (производится одновременно с измерением внутреннего сопротивления)
- Температура минусовой клеммы (рядом с черным наконечником на щупе BTL21 Interactive Test Probe предусмотрен ИК-датчик)
- Напряжение при разрядке (определяется несколько раз в ходе разрядки или во время теста на нагрузку)
Также возможно измерение пульсирующего напряжения, измерение переменного и постоянного тока (при наличии токовых клещей и адаптера), выполнение функций мультиметра. С анализаторами Fluke можно использовать интерактивный тестовый щуп BTL21 Interactive Test Probe со встроенным датчиком температуры. С приборами совместимо большое разнообразие дополнительных аксессуаров (токовые клещи, удлинители разного размера, съемный фонарик и т. п.).
Хотя прибор обладает богатым функционалом, ключевым этапом в определении состояния АКБ остается сопоставление измеренных показателей с расчетными или заданными изготовителем для данного конкретного типа батарей. Устройства Fluke Battery Analyzer серии 500 удобны для массовой инспекции состояния батарей. Последовательный режим и система профилей позволяют выполнять необходимые измерения одно за другим, результаты запоминаются прибором и хранятся в упорядоченной форме, последовательно пронумерованные и разбитые на группы. Но прибор не имеет функции прямого или косвенного измерения емкости АКБ в ампер-часах – хотя бы потому, что для батарей разного типа на сегодняшний день вряд ли возможно разработать единую точную методику такого определения.
Все перечисленные выше устройства, хоть и отличаются друг от друга по размеру, относятся к классу портативных. В отдельную группу можно выделить стационарные комплексы для проверки АКБ, которые могут проводить быстрые испытания с определением внутреннего сопротивления, контролировать все параметры, включая активную и реактивную составляющие сопротивления, управлять процессом разряда/заряда и т. п. Подобные комплексы адресованы скорее исследовательским лабораториям, промышленным производителям АКБ и разработчикам нового оборудования, чем конечным пользователям.
Как восстановить емкость аккумулятора?
Для обеспечения работоспособности всех узлов автотранспорта недостаточно знать, как определить емкость. Автомобилисты должны изучать способы восстановления заряда.
Подготовка
Перед восстановлением заряда и емкости аккумулятора источник питания осматривают. С корпуса удаляют подтеки электролитического состава. Токопроводящие клеммы очищаются от пыли, грязи и окислов.
Загрязненный электролитический состав сливается. Обязательной является и промывка резервуаров, банок, которые входят в состав.
Свинцовые пластины проверяются. Если целостность элементов нарушена, восстанавливать заряд не стоит. Ведь никакого результата эти действия не принесут.
Контрольно-тренировочный цикл
Проводят для снижения эффекта сульфатации, восстановления заряда. В чем суть этого цикла? Так, 2–4 раза выполняется зарядка и разрядка аккумуляторной батареи.
Для контроля процесса используют:
- Ареометр. С его помощью контролируется плотность электролитического состава.
- Лампочка. С ее помощью создают определенную нагрузку.
- Вольтметр или мультиметр. Такие устройства используют для оценки силы тока, напряжения, других параметров.
Периодичность и продолжительность зарядки устанавливается индивидуально.
Многократная зарядка
Между циклами зарядки и разрядки устанавливаются перерывы в 12–16 часов. Продолжительность заряда составляет 7–8 часов. Более точный срок устанавливается с учетом силы тока, номинальной емкости, прочих параметров.
Перерыв между циклами необходим для того, чтобы на поверхности пластин из свинца был единый потенциал.
Численность восстановительных процессов достигает 4–5. За этот срок повышается степень плотности электролитического состава. Если плотность чрезмерно повысилась, то электролитический состав разбавляется. Для этого используют дистиллированную воду.
Химические средства
Суть данной методики заключается в заливке раствора натрия в источник питания. Это выполняется после слива дистиллированной воды, промывки корпуса. Заливку специального раствора выполняют 2–3 раза.
Контроль емкости автомобильной аккумуляторной батареи способствует продлению срока ее использования. Ведь даже незначительные отклонения провоцируют быстрый разряд, разрушение свинцовых пластин, образование окислов. Каждый автомобилист легко подберет способ проверки данного показателя, который идеально подойдет.
Полная разрядка/зарядка
На сегодняшний день полная разрядка и зарядка – это единственный прямой и максимально достоверный способ определения емкости АКБ. Специализированные устройства контроля разряда/заряда батареи (УКРЗ) позволяют выполнить глубокую разрядку и последующую полную зарядку батареи с постоянным контролем емкости. Однако эта процедура занимает очень много времени: 15-17-20-24 часа, иногда и более суток, в зависимости от емкости и текущего состояния батареи. Хотя метод дает наиболее точные результаты, из-за временных затрат его применение ограничено.
Замер внутреннего сопротивления батареи
С помощью этой схемы можно измерить внутреннее сопротивление аккумулятора. Его условно можно представить в виде резистора, подключенного к клеммам аккумулятора изнутри.
Для повышения точности надо взять нагрузку помощнее так, чтобы ток составил не менее 50 ампер (а лучше 100 или более). Для этого подойдет «батарея» ламп общей мощностью не менее P=U*I=12*50=600 ватт. Если получится больше – замер будет точнее. Вместо ламп можно использовать резистор, сделанный, например, из спирали для утюга или электроплитки. Надо лишь точно замерить его сопротивление. Производится два измерения:
- на холостом ходу зафиксировать напряжение на клеммах батареи E;
- под нагрузкой замерить ток I и напряжение на клеммах U.
Измерение плотности электролита
В обслуживаемых аккумуляторах для определения их состояния можно измерять плотность электролита, поскольку между этим параметром и емкостью АКБ существует непосредственная зависимость. Плотность электролита может меняться в силу разных причин, которые вдобавок взаимосвязаны (частый глубокий разряд батареи, сульфатация, неоптимальная плотность электролита, испарение и утечка раствора и т. д.). Аккумулятор начинает быстрее разряжаться, отдает меньше заряд. При этом необходимо понимать, что плотность электролита даже в исправном аккумуляторе, находящемся в идеальном состоянии – не константа, она меняется с температурой и степенью зарядки аккумулятора. Более того, для разных регионов рекомендованная плотность электролита отличается в зависимости от типовых климатических условий.
Результаты измерения плотности ареометром можно сопоставить со следующей диаграммой для кислотных аккумуляторов.
В зависимости от того, больше или меньше плотность электролита, чем требуемая (а для батареи вредно отклонение и в ту, и в другую сторону), можно частично или полностью заменить электролит, залить дистиллированную воду или раствор необходимой концентрации, обязательно обеспечив перемешивание. Как и при использовании всех ранее описанных способов проверки состояния АКБ ключевым является сопоставление измеренных значений с рекомендациями производителя батареи и следование всем предусмотренным процедурам обслуживания.
Методика контрольного разряда
Чтобы проверить аккумулятор мультиметром способом контрольного разряда, предварительно рассчитывается нагрузка. Он должна составлять силе тока разрядки. Этот параметр зафиксирован в технической документации, которая прилагается к источнику питания.
Как проверить емкость аккумулятора, если паспорт отсутствует? Данные легко на сайте компании-производителя.
Мультиметр остается подключенным до тех пор, пока сила тока не снизится до 50–60%. Значение, которое было получено, сравнивают с тем, которое прописано в техническом паспорте. Если они существенно отличаются, то рекомендуется замена источника питания.
Проверка других параметров автомобильного источника питания
Современный мультиметр отличается многофункциональностью. С его помощью измеряется не только остаточная емкость аккумулятора.
