Как проверить внутреннее сопротивление аккумулятора

Среди важных параметров аккумулятора большинство автовладельцев, не задумываясь, упомянут емкость батареи и ток холодной прокрутки. Лишь немногие вспомнят о внутреннем сопротивлении АКБ. Между тем, этот параметр важен и может многое сказать о состоянии аккумулятора.

Что это за параметр и для чего предназначен

Если мысленно произвести эксперимент и нагрузить автомобильный аккумулятор внешней нагрузкой, то ток в цепи должен подчиняться закону Ома. При уменьшении сопротивления ток будет пропорционально расти, его величина вычисляется по формуле I=12/R, где 12 – напряжение батареи, а R – сопротивление нагрузки. Уже при R<0,1 Ом расчетный ток достигнет сотен ампер, а при коротком замыкании клемм (R=0) ток должен стать бесконечным. На самом деле это не так.

Если эксперимент провести с реальным аккумулятором, при малом значении R токоотдача будет отклоняться от расчетной в меньшую сторону, а при нулевом сопротивлении ток будет большим, но далеко не бесконечным. И дело не в том, что закон Ома ошибочен. Просто здесь не учтен еще один параметр – внутреннее сопротивление аккумулятора. Это сопротивление можно условно представить, как резистор, подсоединенный изнутри к клеммам батареи. На самом деле, это не так, но для целей обзора вполне приемлемо.

Это сопротивление имеет небольшое значение (единицы или десятки миллиом), и при малой нагрузке им можно пренебречь, применяя для расчетов закон Ома для участка цепи. При увеличении нагрузки роль внутреннего сопротивления возрастает, отсюда растет погрешность расчета. А при нулевом значении сопротивления нагрузки (режим КЗ) ток ограничивается только внутренним сопротивлением АКБ.

Поэтому для расчета надо применить закон Ома для полной цепи:

I=E/(R+r), где:

• I – ток, отдаваемый батареей, А;
• E – ЭДС аккумулятора, за ее значение можно принять напряжение разомкнутой цепи (12,6 вольт для полностью заряженного источника), В;
• R – сопротивление внешней нагрузки, Ом;
• r— внутреннее сопротивление аккумулятора, Ом.

Зная внутреннее сопротивление, можно определить наибольший ток, который может отдать аккумулятор. Чем меньше r, тем выше токоотдача (мощность) батареи. Также надо учитывать, что внутреннее сопротивление во многом определяется теми же параметрами, что и емкость (площадь реакции на пластинах, состояние электролита и т.п.), хотя жесткой зависимости между ними нет, поэтому по динамике увеличения сопротивления (если его мерить регулярно) можно определить изменение емкости и общего состояния АКБ.

Эти данные достаточно косвенные и приблизительные по сравнению с замерами, полученными по итогам контрольно-тренировочного цикла. Зато измерения происходят намного быстрее, и проводить их можно чаще, даже не снимая батарею с автомобиля.

Как можно проверить внутреннее сопротивление АКБ

Замерить сопротивление аккумулятора мультиметром в режиме омметра нельзя – уже говорилось, что представление в виде резистора достаточно условное. Поэтому измерить параметр можно только косвенными методами. Для этого надо собрать схему с нагрузкой, амперметром и вольтметром, указанную выше. Нагрузка должна быть мощной, обеспечивать ток хотя бы 100 ампер (лучше 200), иначе точность замера будет невысокой. Если нагружать аккумулятор 12-вольтовыми лампами накаливания, то потребуется гирлянда суммарной мощностью P=U*I=12*100=1200 ватт (а лучше 2400).

Лампу накаливания на большую мощность приобрести трудно, потому что линейку излучаемых мощностей от 100 ватт производители стараются закрывать светодиодными светильниками. Они не подойдут для измерения как раз из-за низкого потребляемого тока. А 60-ваттных ламп на 12 вольт потребуется 20 (лучше 40) штук. Приобретать такое количество осветительных приборов для одного замера нецелесообразно, поэтому есть смысл изготовить нагрузочный резистор из провода с высоким сопротивлением.

Если разрезать провод на 4 равные по длине части и соединить их параллельно, то общее сопротивление будет около 0,75 ом, Этого достаточно, чтобы инициировать ток около 17 ампер. Точность замеров будет недостаточна, поэтому можно сделать две нагрузки из двух спиралей и соединить их параллельно, уменьшив сопротивление вдвое и подняв ток до 34 ампер. Чтобы еще увеличить точность замера, можно еще увеличить нагрузку, соединяя в параллельную гирлянду большее количество отрезков спирали.

Не следует соединять высокоомный провод пайкой. Этот материал плохо паяется и при нагреве сочленение может распасться. Лучше выполнить зажимное (болтовое) соединение.

В итоге должна получиться схема, показанная на рисунке. Напряжение на клеммах надо измерить до сборки схемы, в режиме разомкнутой цепи. Для замера тока можно использовать мультиметр в режиме амперметра. Только надо учитывать инерционность прибора и выполнять опыт по измерению r придется до стабилизации показаний. Затягивать замер нельзя – нагрузка будет сильно нагреваться. Также надо учесть, что при нагреве сопротивление нагрузки увеличится.

Видео-вариант замеров сопротивления.

После проведения опыта будут известны величины:

• E (как напряжение холостого хода АКБ);
• R – измеряется при наличии точного прибора (омметр мультиметра не подойдет для столь малых значений) или вычисляется;
• I – измеряется при выполнении замера.

Полученные цифры надо лишь подставить в формулу, выведенную из закона Ома для полной цепи: r = E/I-R. Если при напряжении ХХ 12,6 вольт под нагрузкой получены значения тока 30 А при сопротивлении нагрузки 0,4 Ом, то внутреннее сопротивление будет равно r=(12,6/30)-0,4=0,02 Ом=20 миллиОм.

Подобный замер производится при использовании нагрузочной вилки. Сначала определяется напряжение на холостом ходу, а потом напряжение под нагрузкой. Результат второго замера прямо зависит от внутреннего сопротивления. Оно не вычисляется (хотя продвинутые приборы вполне могут это сделать, данных достаточно), просто по таблице делается вывод о состоянии АКБ.

Какое сопротивление аккумулятора можно считать нормой

Нормой внутреннего сопротивления автомобильного аккумулятора можно считать такое его значение, которое не отклоняется от паспортного в пределах 5%..10%. Тот же самый подход верен и для других параметров АКБ – емкости, токоотдачи и т.д. На самом деле производители редко указывают значение r в сопроводительной документации и практически никогда – на шильдике. Нормальное значение можно узнать из статистики – измерить внутреннее сопротивление нескольких аккумуляторов в заведомо исправном состоянии и полностью заряженных. Если измерения проводить при одной и той же нагрузке, можно получить усредненное значение r, которое возможно принять за нормальное.

Другой путь – вычислить параметр через максимальную токоотдачу. Например, если производитель декларирует наибольший ток, отдаваемый свинцово-кислотной батареей, как 500 ампер, то можно подставить в формулу полной цепи значения:

• E=12,6 вольт (напряжение разомкнутой цепи полностью заряженной батареи);
• R=0 (режим КЗ);
• I=500 А.

I=E/(R+r), отсюда r = E/I-R = 12,6/500-0 = 0,025 Ом = 25 мОм. Это значение можно сравнить с измеренным, но следует понимать, что замеры должны быть проведены точно в таких же условиях, что в лаборатории производителя, поэтому точного совпадения ожидать не надо.

Внутреннее сопротивление аккумулятора – параметр более сложный для понимания и дающий меньше информации, чем та же емкость батареи. Но знание этой характеристики поможет быстрее оценить общее состояние АКБ и дать дополнительные качественные сведения. При этом надо четко понимать, что значение r нелинейно зависит от многих параметров, включая степень заряженности батареи, температуру, относительный уровень нагруженности аккумулятора и т.п. Но прогноз состояния батареи по итогам замеров внутреннего сопротивления все же достоверен.