Как оценить степень заряда аккумулятора: Как определить степень заряженности аккумулятора?

Содержание

Таблица заряда аккумулятора аккумулятора автомобиля на 12 вольт по напряжению

Автор Акум Эксперт На чтение 6 мин Просмотров 2.4к. Опубликовано Обновлено

Из-за разряженной батареи автомобиль может не завестись в нужный момент. Поэтому автолюбитель должен уметь определять степень заряженности аккумулятора. Самый простой способ – измерить разность потенциалов на клеммах. Для этого нужны вольтметр и таблица заряда аккумулятора автомобиля по напряжению. Можно также оценить количество запасенной энергии по плотности электролита, но этот метод подходит не для всех батарей.

Таблица для определения степени заряда автомобильного АКБ по напряжению

Определить степень разряженности автомобильного аккумулятора можно по таблице заряда аккумулятора. Для этого нужно измерить разность потенциалов на клеммах и посмотреть уровень заряда в процентах по приведенной ниже таблице.

Таблица заряда АКБ

Определяем по плотности электролита

В состав электролита входит серная кислота и дистиллированная вода. Чистая серная кислота растворяет металлы. Поэтому, чтобы она не смогла повредить свинцовым пластинкам, ее разбавляют водой. Но если воды будет слишком много, протекание химических реакций затруднится.

Так как плотность воды и кислоты разные, то по плотности можно оценить соотношение компонентов в электролите. Если она выше нормы, значит, кислоты больше чем требуется. Соответственно, разложение свинцовых пластин идет быстрее. Оптимальной считается плотность 1,27 г/мл.

Плотность электролита зависит от температуры. Чем ниже температура, тем ниже плотность.

Зависимость плотности электролита от температуры

Автомобиль не будет постоянно эксплуатироваться в идеальных условиях. Он может использоваться для поездок на короткие дистанции. При этом двигатель часто запускается, а восстановить заряд не успевает. В таком случае будет идти ускоренная сульфатация свинцовых пластин, в результате чего плотность электролита снизится.

Если постоянно ездить на машине на большие расстояния, может произойти перезаряд аккумулятора. В результате этого электролит закипит, концентрация воды в нем уменьшится, а плотность увеличится.

В каждом из этих случаев напряжение на АКБ не будет соответствовать уровню заряда батареи. Поэтому, чтобы полностью контролировать состояние батареи, нужно регулярно измерять плотность электролита по методике .

Как измерить напряжение на батарее

Проще всего определить степень заряда аккумулятора по напряжению. Однако при этом нужно придерживаться правил:

  • проводить измерения можно через 4-5 часов после заряда, чтобы параметры успели стабилизироваться;
  • АКБ должен быть отключен от нагрузки;
  • Если все условия выполнены нужно выставить на приборе необходимый предел измерения и подключить его к клеммам батареи.
Зависимость степени заряда от разности потенциалов на клеммах

О том, как пользоваться мультиметром и проверить с его помощью аккумулятор, можно .

До какого напряжения нужно заряжать аккумулятор и как правильно это делать

Сначала разберемся как правильно заряжать аккумулятор. Существует два способа:

  • постоянным током;
  • постоянным напряжением. 

Зарядка постоянным током включает в себя три этапа:

  1. Сначала нужно установить величину тока. Она должна равняться 10% от емкости батареи. Например, для АКБ емкостью 80 Ач нужно, чтобы зарядный ток был равен 8 А. Разность потенциалов на клеммах начнет постепенно увеличиваться.
  2. Когда разность потенциалов достигнет уровня 14,4 В, начнется процесс электролиза воды. В результате этого вода разлагается на кислород и водород и электролит «закипает». Чтобы его замедлить, нужно уменьшить зарядный ток в 3 раза. Если он у нас был 8 А, то нужно снизить его до 3 А.
  3. Когда на клеммах напряжение станет равным 15 В, нужно еще раз уменьшить зарядный ток в два раза. В нашем случае он должен стать равным 1,5 А. На этом этапе нужно проверять показания приборов не реже 1 раза в 2 часа. Когда разность потенциалов и ток стабилизируются, то есть текущие показания мультиметра будут идентичны измеренным на один или два часа раньше, аккумулятор можно считать заряженным.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Недостатком этого метода зарядки является необходимость постоянно контролировать параметры зарядки.

График процесса зарядки постоянным током

Процесс зарядки постоянным напряжением заключается в поддержании постоянной разности потенциалов на выводах аккумулятора. Данную схему удобно использовать при использовании зарядки которая оснащена автоматической системой регулировки параметров зарядки.

По мере зарядки ток снижается. Когда он уменьшится до величины 0,2 А, АКБ будет считаться заряженным. При этом следует также обращать внимание на зарядный ток – он должен быть на уровне 10% от емкости. Если он больше 20%, то нужно временно уменьшить напряжение на батарее. Иначе она может выйти из строя.

При восстановлении АКБ после глубокого разряда ток не должен быть выше 5% от емкости. При этом начальная разность потенциалов обычно находится в диапазоне от 12 до 13 В.

При использовании данного способа пополнения энергии время заряда зависит от величины напряжения:

  • если заряжать постоянным напряжением 14,4 В, то через 24 часа уровень энергии будет равен 80%;
  • если установить показания вольтметра на уровне 15 В, то через 24 часа уровень заряда достигнет величины 90%;
  • используя напряжение величиной 16 В можно зарядить батарею за сутки.

Важно! Заряжать аккумулятор напряжением более 15,6 В небезопасно. А при глубокой разрядке на восстановление может потребоваться несколько суток.

График заряда постоянным напряжением

После зарядки желательно определить уровень запасенной энергии. Для начала измерим разность потенциалов на клеммах. У полностью заряженной батареи оно должно быть равно 12,7 В. Если используется нестандартный АКБ разность потенциалов может достигать от 13 до 13,3 В.

Чтобы полнее оценить состояние батареи рекомендуется провести тестирование под нагрузкой. Для этого нам потребуется лампочка мощностью 40 Вт. Подключаем лампочку к выводам аккумулятора и измеряем разность потенциалов. Напряжение должно просесть на небольшую величину. Если оно уменьшится больше, чем на 0,5 В при незначительной нагрузке, то такой АКБ скоро выйдет из строя и его необходимо менять.

Для тестирования можно также воспользоваться нагрузочной вилкой. Здесь батарея нагружается большим током. Чтобы оценить состояние АКБ, нужно воспользоваться следующей таблицей.

Определение состояния с помощью нагрузочной вилки

Рекомендуется также проверить напряжение на аккумуляторе при запущенном двигателе. Для этого нужно запустить двигатель и дать ему поработать в течение 15 минут. Обычно в этом случае показания приборов находятся в диапазоне от 13,5 до 14 В. Если они ниже (от 13 до 13,4 В), то батарея заряжена не полностью. Тогда энергия, получаемая от генератора, расходуется на зарядку батареи.

На втором этапе включаем имеющиеся электроприборы: отопительную систему, дальний свет, аудиоустройства и другие. В результате разность потенциалов должна просесть не более чем на 0,2 … 0,3 В. При большем падении нужно проверить генератор и реле.

О том, какое напряжение должно быть на заряженном АКБ .

Если аккумулятор относится к категории обслуживаемых, то желательно также измерить плотность электролита. Она должна быть равна 1,27 г/см3.

Спасибо, помогло!4Не помогло

Степень заряда автомобильного аккумулятора

Нормальные значения параметров АКБ «надо знать в лицо». По ним контролируется степень ее заряженности. Если контроль взять за привычку, то можно продлить срок службы изделия и избавить себя от встречи с последствиями его разрядки. Обсудим допустимые цифры и способы их замера. Также порассуждаем о причинах отклонений и выработаем список действий по возвращению величин в приемлемые рамки.

Нормальное напряжение полностью заряженного аккумулятора автомобиля и методы его замера

Измерение вольтажа производится вольтметром. Он встречается в составе мультиметра, в конструкции нагрузочной вилки и в ассортименте дополнительного бортового оборудования. Вещь бездушная, но будучи присоединенной к АКБ, способна вызывать тревогу.

Без нагрузки: что показывает тестер при 100% заряде

12,6-12,7 Вольт при +20…+25°C. Именно такое напряжение должно быть на аккумуляторе автомобиля через 6 часов после полной зарядки от бытовой сети или стоянки с неработающим двигателем. При измерениях важно отсоединить одну из клемм и учитывать температуру аккумулятора. Скажем, при -10…-15°C «напруга» 12,7 В соответствует уже 75% заряду.

Сразу после отключения крокодилов зарядного устройства разность потенциалов несколько выше. Конкретной цифры нет. К примеру, у AGM она может быть в районе 13,8-14,8 В, у EFB и кальциевого – 13,8-14,4 В.

Под нагрузкой: что показывает нагрузочная вилка при 100% заряде и стоит ли вообще ей доверять

Все АКБ, которые держат более 10В в течение первых 5 секунд, считаются исправными. Да, статус размазанный, но точную степень разряженности или заряженности вилка без детального анализа параметров не скажет. Именно поэтому опираться на показания прибора с дополнительным сопротивлением не стоит даже при

проверке нового аккумулятора перед покупкой в магазине.


Проблема в том, что у каждого АКБ свой показатель в А*ч, а единого напряжения, соответствующего 100% заряду под нагрузкой – нет. Таблиц тоже нет, зато есть еще одна головная боль. Отсутствуют единые требования к изготовлению нагрузочных вилок. В результате, можно купить прибор, потребляющий, скажем, 200 А или 100 А. И тогда вовсе возникает путаница.

Остается полагаться на реальные данные, которые берутся из опытов. Известно, что обычная батарея на 55 А*ч считается полностью заряженной, если нагрузочная вилка выдает 10,5 В, при этом:

  • Напряжение после снятия нагрузки восстанавливается до 12,66-12,7 В.
  • Температура окружающей среды – около +15°C.
  • Нагрузка – 100 А.

В дополнение к вольтажу: плотность электролита заряженной АКБ

С эпохи дефицита батарей известно, что напряжение заряженного аккумулятора автомобиля напрямую зависит от плотности электролитической жидкости. С тех пор ничего не изменилось. Электролит – это по-прежнему смесь серной кислоты и дистиллированной воды, а ареометр – прибор №1 в комплекте юного аккумуляторщика.

1,26-1,28 г/см3 при +20…+25°C. Такая плотность химического вещества в каждой банке соответствует напряжению 12,6-12,7 В. Подобное соотношение показаний ареометра и мультиметра говорит о том, что емкость источника питания восстановлена до 100%. Говоря научным языком, сульфат, откладывающийся на пластинах при разряде в составе сульфата свинца, полностью покинул электроды и прореагировал с водородом, перейдя в серную кислоту.

Зимой: каким должно быть напряжение полностью восстановленного аккумулятора автомобиля в мороз

12,9 В при -10…-15°C. Эта разность потенциалов соответствует 100% заряду АКБ. При минусовой температуре ход электрохимических реакций замедляется и факты тому подтверждение:

  • При -30°C фактическая емкость батареи составляет примерно 50% от указанной на этикетке.
  • Плотность электролита – 1,28 г/см3. Напряжение при -30°C – 12,4 В, а при +25°C – 12,7 В.
  • При температуре ниже -25°C аккумулятор перестает брать заряд от генератора.

В холодных регионах принято добавлять в электролит серную кислоту, благодаря чему повышается его плотность. При 1,30-1,32 г/см3 напряжение аккумулятора автомобиля на морозе должно быть 12,9 В без нагрузки (температура: -10…-15°C). Увеличивая концентрацию сернокислого компонента, не стоит превышать 1,35 г/см3, иначе он начнет разъедать пластины.

К сведению. При разряде выделяется вода, и плотность электролитической жидкости падает, отчего случается ее замерзание при минусовых температурах. Лед коробит пластины, чем выводит АКБ из строя.

Чем вызваны отклонения от нормы в 12,6-12,7 В

Глубокая сульфатация пластин препятствует восстановлению напряжения без нагрузки до нормальных величин. В целом, это не единственный ее признак:

  1. Уменьшается плотность электролитической жидкости в банках.
  2. Аккумулятор быстро разряжается и быстро заряжается.
  3. Пластины покрыты белым слоем.

Крупные сульфаты не растворяются в ходе обычного зарядного цикла с током 10% от емкости АКБ. Поэтому, время заряда от стандартного ЗУ сокращается, и электролит быстро закипает.

Прогресс сульфатации вызван хранением в разряженном состоянии. Частный случай – использование в режиме хронического недозаряда. Противостоять деструкции не способны ни кальциевые, ни прогрессивные батареи AGM и EFB.

Что делать, если разность потенциалов ниже 12,6 В

  • Зарядить. 12,3-12,4 В. До этого напряжения можно разряжать аккумулятор автомобиля без особого для него вреда. Свыше 60% степени заряженности сульфатация протекает замедленным образом. Для восстановления батарею рекомендуется «погонять» током до 10% от емкости в течение 6-7 часов. Если изделие часто подзаряжается и в автономном состоянии держит норму, интересуйтесь, почему АКБ быстро разряжается при простое.
  • Произвести десульфатацию. В незапущенных случаях достаточно подключить десульфатирующее устройство к клеммам АКБ на несколько дней и емкость восстановится. Спецприбор дорог, поэтому многие имитируют его функционал с помощью обычного зарядника и лампы из автомобильной фары.

Интересные факты из эксплуатации аккумуляторных батарей

Сколько потребляет стартер зимой, каков минимальный порог вольтажа для его срабатывания и сколько прокруток он может совершить в -20°C, прежде чем сядет аккумулятор? Как оценить степень заряженности АКБ только с помощью мультиметра, и как часто пользоваться зарядным устройством? Обо всем этом рассказывают эксперты журнала.

Батарея и стартер

Максимальный пусковой ток электромотора стартерного механизма на переднеприводных Ладах – не более 400 А. Зимой, как правило, дело доходит до 350 А. Летом требуется меньше – порядка 200 А.

Если сделать последовательно 5 попыток запуска двигателя при -20°C, аккумулятор сядет.
Результат получен при определенных условиях:

  • Емкость АКБ – 60 А*ч.
  • Изделие заряжено: при комнатной температуре тестер показывал 12,7 В.
  • Батарея ночевала на улице.
  • Длительность 1 попытки безуспешного запуска – 10 секунд.
  • Машина – Lada Priora.
  • Масло – полусинтетика Liqui Moly 10W-40.

К сведению. После отогревания в помещении батарея частично восстанавливается и способна еще несколько раз покрутить стартер.

11,9 В без нагрузки при температуре +15°C – минимальное напряжение, при котором двигатель еще может запуститься. Но ситуация опасна, поскольку при 11,9 В и ниже прогрессирует сульфатация.

Мультиметр – аккумулятор – ЗУ

Для оценки степени заряженности аккумулятора разработаны таблицы, увязывающие напряжение на клеммах с % заряда по шкале от 0 до 100%. Критическим принято считать 10,8 В. Это глубокий разряд. Обычная батарея переносит не более 2-3 таких предельных режимов.

Раз в два месяца при смешанном цикле езды. Такова периодичность подзаряда АКБ летом, весной и осенью. Зимой частота увеличивается до 2-3 недель при -10°C за бортом. При эксплуатации при температуре ниже -25°C зарядка должна производиться 1 раз в 5 дней.

Рабочее состояние аккумуляторной батареи определяется по ее напряжению, которое, надо заметить, при разряде, заряде и на холостом ходу будет очень сильно различаться и, тем не менее, эта характеристика АКБ является основной для определения степени заряженности аккумулятора вашего автомобиля.

Первый способ
Можно воспользоваться двумя простыми методами определения заряженности АКБ. Первый способ наиболее простой. Он заключается в обычном измерении электрического напряжения на контактных клеммах аккумуляторной батареи, для чего необходим цифровой вольтметр, поскольку он может показать при замере точное значение уровня напряжения АКБ, включая десятые и даже сотые доли вольта.

Напряжение аккумуляторной батареи измеряют на ее клеммах обязательно при отсутствии как разрядного, так и зарядного токов в течение 4-5 часов. Это время необходимо для того, чтобы напряжение могло придти в нормальное стабильное состояние. Нормальное напряжение стартерных аккумуляторных батарей с жидким электролитом составляет от 12,5 до 12,9 вольт. В таблице мы привели показатели напряжения для АКБ с жидким электролитом и степень его заряженности.

Ниже: степень заряженности, % -> Напряжение батареи (В.)
100 -> 12.71
95 -> 12.65
90 -> 12.57
85 -> 12.53
80 -> 12.47
78 -> 12.41
70 -> 12.37
65 -> 12.33
60 -> 12.29
55 -> 12.25
50 -> 12.21
40 -> 12.13
30 -> 12.05
20 -> 11.99
10 -> 11.95
Более точно измерить уровень заряженности аккумулятора можно только с помощью специальных зарядных устройств с микропроцессором и памятью. Эти современные устройства могут отслеживать как разряд, так и заряд аккумулятора на протяжении нескольких циклов. Такой метод является наиболее точным и с его помощью можно сэкономить деньги при замене или обслуживании аккумулятора.

Второй способ определения заряженности АКБ
Второй способ заключается в измерении плотности электролита и по этому параметру можно будет определять степень заряженности аккумулятора вашей автомашины, но этот метод подходит не ко всем аккумуляторам, а только к АКБ с жидким электролитом.
В таблице приведены показатели плотности электролита и соответствующий этому показателю уровень заряженности аккумулятора.

Ниже: уровень заряженности, % -> Плотность электролита
100 -> 1.266
95 -> 1.258
90 -> 1.250
85 -> 1.242
80 -> 1.234
78 -> 1.226
70 -> 1.219
65 -> 1.212
60 -> 1.205
55 -> 1.198
50 -> 1.191
40 -> 1.177
30 -> 1.163
20 -> 1.149
10 -> 1.135

Информационный сайт о накопителях энергии

Автомобильная батарея состоит из 6 элементов, соединенных последовательно. Каждая банка имеет полный заряд 2,10-2,15 В, поэтому общее напряжение суммируется, составляет 12,6 – 12,8 В. Какое напряжение у АКБ после отключения ЗУ? При установке аккумулятора в авто величина напряжения после зарядки должна быть 12,4 В. это нормально. Аккумулятор автомобиля стартовый, в период запуска двигателя разряжается, в процессе движения восстанавливает энергию от генератора машины. Если напряжение в аккумуляторе снижается до 12 В, устройство требует зарядки от сети. Большая потеря заряда в банках характеризуется, как глубокий разряд, разрушающий батарею.

Напряжение зарядки аккумулятора автомобильным зарядным устройством

Автомобиль, эксплуатируемый с преимуществом длинных пробегов, успевает полностью зарядиться от генератора для следующего пуска. Но заряд его не будет полным. Степень зарядки аккумулятора можно определить по напряжению на клеммах. Чем меньше величина, тем слабее концентрация электролита в банках.

Проверить заряд аккумулятора, можно воспользовавшись мультиметром. Следует установить градуировку «переменный ток» и замерить показатель на клеммах. Можно определить уровень заряда по плотности электролита.

Степень зарядки автомобильного аккумулятора определяется по напряжению, как в таблице.

Чтобы поднять емкость аккумулятора, необходимо зарядить его специальным зарядным устройством. Это преобразователь напряжения, выпрямитель. Аккумуляторы бывают обслуживаемые, необслуживаемые, гелевые, AGM, литиевые. Напряжение и ток зарядки их отличается по напряжению, времени, длительности циклов. Есть универсальные ЗУ, рассчитанные на переключение режимов для разных моделей АКБ, регулирование параметров.

Напряжение на клеммах аккумулятора при зарядке

Для зарядки аккумулятра от зарядного устройства выбирают режим с постоянным током или напряжением. Оба они одинаково эффективны, но применяются к разным батареям. В процессе зарядки и эксплуатации аккумулятора необходимо производить замеры напряжения на клеммах кислотного аккумулятора.

Чтобы зарядить батарею на 12 В, потребуется установить режим постоянного напряжения 16 -16,5 В. Используя ток 14,4 В можно зарядить аккумулятор на 75-85 %. При постоянном напряжении сила зарядного тока величина переменная, ограничивается только ЗУ.

Какое напряжение для зарядки нужно установить? Исходят из достижения критического напряжения, сопровождающегося «кипением» — выделением газа из банок автомобильного аккумулятора. Нормально заряженным считают аккумулятор, с напряжением на клеммах от 12,6 до 14,5 В. Снимать показания следует прибором, не полагаясь на бортовой компьютер. Замеры на работающем двигателе, и в отключенной батарее отличаются.

Допустимое напряжение зарядки на клеммах аккумулятора при работающем моторе варьируется 13,5 -14 В. Показатель показывает недозаряд батареи, если напряжение выше. Нужно повторить замер через 2 минуты, возможно, батарея разрядилась при запуске. Если напряжение зарядки низкое – аккумулятор теряет ресурс или проблемы исходят от автомобильного генератора. Проводить замеры нужно, отключив бортовые системы.

Замеряя напряжение зарядки аккумулятора на неработающем авто, невозможно выявить проблемы с генератором, однако хорошо определяется степень зарядки аккумулятора. Напряжение 12,5 – 14 В говорит об отсутствии проблем. При низком показателе необходимо проверить:

  • состояние электролита – субстанция должна быть прозрачной, уровень нормальным;
  • многое зависит от уровня заряда АКБ;
  • определение возможности подзарядки до оптимального напряжения.

Тестирование выявит проблемы с аккумулятором, его работоспособность.

Зарядка аккумулятора постоянным сопротивлением

Возможна ли зарядка АКБ с постоянным сопротивлением? Из формулы I =U*R, понятно, если установить сопротивление величиной постоянной, то переменными станут ток или напряжение. Но внутри аккумулятора сопротивление – величина переменная, влияющая на поглощение энергии. Полное сопротивление складывается из сопротивления поляризации, которое меняется и омического, остающегося стабильным в одинаковых условиях и для конкретного аккумулятора.

На сопротивление влияют температура, степень разряженности, концентрация электролита, учтенные в характеристиках разрядных кривых АКБ. Но если в формуле сопротивление величина переменная во времени и состоянии автомобильного аккумулятора, то постоянным при зарядке может быть ток, напряжение или комбинирование тока и напряжения. Для сглаживания величины тока зарядки используется резистор — балластное сопротивление.

Какое напряжение выставлять при зарядке аккумулятора

Напряжение это разность потенциалов, и ток потечет в ту сторону, где эта величина будет меньшей. Поэтому напряжение зарядного устройства выбирается всегда выше, чем уровень зарядки автомобильного аккумулятора. Чем больше разница напряжения, тем быстрее и полнее наберет емкость аккумулятор автомобиля после зарядки.

Во время зарядки при постоянном напряжении предел установленного на ЗУ параметра ниже, чем характеристика, при которой начинается выделение газов из обслуживаемого аккумулятора. Какое значение разности потенциалов нужно для зарядки автомобильного аккумулятора? Максимальное напряжение, применяемое при зарядке батареи 16, 5 В. Какой параметр должен быть, зависит от вида АКБ. От напряжения зависит время и полнота зарядки аккумулятора. Соотношение напряжения заряда, восстановления емкости для батареи 12 В за 24 часа таково:

  • Напряжением 14,4 В можно зарядить батарею на 75-80 %;
  • Используя напряжение 15 В степень заряда 85 – 90 %;
  • Напряжением 16 В батарея заряжается на 95 – 97 %;
  • Максимальным напряжением 16,3 -16,5 В батареи заряжаются полностью.

При достижении напряжения на батарее 14,4 – 14,5 на ЗУ загорается сигнал окончания зарядки.

Установлено, что именно это напряжение автомобильного аккумулятора не создает газовыделения после и во время зарядки. Поэтому при реальной эксплуатации автомобилей, генератор через регулятор напряжения ограничивает максимальный уровень напряжения этим значением. Летом этот показатель близок к 100 % емкости, зимой соответствует 13,9-14,3 В, при работающем моторе, что соответствует 70-75 % емкости.

Максимальное напряжение зарядки аккумулятора

Мы знаем, современные авто высокого класса имеют бортовую систему, работающую на 16 В. Какие аккумуляторы применяются в этих АКБ? Для того чтобы не было газовыделения, ситема должна быть закрытой.

Значит, необслуживаемые Ca/Ca аккумуляторы могут выдержать жесткие условия эксплуатации. Для них используется особый режим зарядки. Использование кальция вместо сурьмы позволяет вести зарядку аккумулятора повышенным напряжением, при этом электролит вскипает. Необслуживаемый аккумулятор не терпит резких перепадов напряжения в бортовой сети. Он предназначен для автомобилей с хорошей системой электронного контроля напряжения. Более терпимы к условиям эксплуатации гибридные батареи, из малосурьмянистых и кальциевых пластин.

Напряжение аккумулятора в конце зарядки

После полной зарядки АКБ заряд несколько изменится. Происходит диссоциация электролита с заполнением пор токовыводящих пластин. Установленный в подкапотное пространство автомобильный аккумулятор принимает температуру окружающей среды, и емкость изменится в большую сторону при жаре или падает при минусовых температурах. Поэтому точно узнать после зарядки, какое напряжение аккумулятора автомобиля, можно, установив его на место. Даже, находясь в мастерской, напряжение на клеммах изменяется. Это особенно заметно, если не полностью проведен цикл и ток зарядки не упал до 200 мА. При этом происходит перераспределение заряда, и возможна дополнительная подпитка устройства энергией.

Но если после зарядки аккумулятора напряжение падает на работающей машине – это повод для ревизии генератора или замены аккумулятора.

Зависимость зарядки аккумулятора от напряжения

Каждый вид аккумуляторов заряжается на основании характеристик видов использованный конструкций. Самое низкое напряжение зарядки имеют обслуживаемые, гелевые и литиевые аккумуляторы. Причины вскипание, разрушение состава, пожароопасность. Если обслуживаемый аккумулятор можно зарядить простейшим ЗУ, литиевые и гелевые системы требуют соблюдения 2 ступенчатого комбинированного режима накопления энергии.

Все системы рассчитаны на предотвращение перезаряда, снабжены автоматическим отключением питания при достижении напряжения, какое требуется для автомобильного аккумулятора. При зарядке происходит постепенное снижение силы тока из-за повышения сопротивления, напряжение остается стабильным. После зарядки процесс электрохимической реакции продолжается, в виде незначительного саморазряда.

Важно, чтобы напряжение зарядки всегда превышало параметры, нужные для эксплуатации прибора. Чтобы ток перетекал, нужен уклон, которым является разность напряжения между ЗУ и батареей.

Видео

Предлагаем посмотреть советы специалиста, как правильно заряжать и обслуживать аккумулятор автомобиля, какое напряжение должно быть на аккумуляторе после зарядки.

Измерить степень заряженности

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям
Опубликовано 16.09.2016 13:03
Автор: Abramova Olesya

По напряжению

Измерение степени заряженности по напряжению является простым, но, может быть, неточным, поскольку на само напряжение могут влиять материалы, из которых сделан аккумулятор, и температура окружающей среды. Наиболее вопиющая ситуация связана с измерениями, основанными на напряжении. Она возникает в тот момент, когда аккумулятор находится под воздействием разрядных или зарядных процессов. В результате этого внутреннее состояние аккумулятора нестабильно, и напряжение уже не может служить надежным индикатором. Для того, чтобы получить точные измерения, аккумулятор должен отстояться будучи отсоединенным от электрической цепи по крайней мере в течение четырех часов, а для свинцово-кислотной электрохимической системы производители и вовсе рекомендуют 24 часа покоя. Данная особенность делает метод, основанный на напряжении, непрактичным для аккумуляторов, которые активно эксплуатируются.

Каждая электрохимическая система имеет свои уникальные разрядные характеристики. В то время как измерение степени заряженности, основанное на напряжении, хорошо работает для “отдохнувших” свинцово-кислотных аккумуляторов, особенности поведения напряжения у никелевых и литиевых аккумуляторов делают использование этого метода непрактичным.

Кривая разрядного напряжения у Li-марганцевых, Li-фосфатных и NMC аккумуляторов очень плоская, и 80 процентов накопленной энергии отдается при стабильном напряжении. И если такая особенность является весьма желательной в разрезе эксплуатационных характеристик, то определение степени заряженности исходя из напряжения становится сложной задачей, поскольку возможно определить лишь состояние высокой и низкой степени заряженности, а все что между ними – не может быть оценено точно. На рисунке 1 показана плоская кривая разрядного напряжения Li-фосфатного (LiFePO4) аккумулятора.

Рисунок 1: Разрядное напряжение литий-фосфат-железного аккумулятора. LiFePO4 имеет очень плоскую кривую разрядного напряжения, что делает оценку степени заряженности исходя из напряжения весьма затруднительной.

Свинцово-кислотные аккумуляторы могут комплектоваться пластинами разного состава, что необходимо учитывать при определении степени заряженности исходя из напряжения. Кальций, добавление которого снижает потребность аккумулятора в периодическом обслуживании, повышает напряжение на 5-8 процентов. Кроме того, тепло увеличивает напряжение, а холод, соответственно, уменьшает. Поверхностный заряд [BU-804c] мешает корректному определению степени заряженности, приводя к повышенному напряжению сразу после зарядки, но противодействием данному эффекту может служить кратковременная разрядка перед измерениями. И, наконец, AGM аккумулятор [BU-201a] имеет немного более высокое напряжение в сравнении с затопленным эквивалентом.

Так как степень заряженности должна измеряться при разомкнутой цепи, напряжение аккумулятора должно быть “плавающим”, то есть без подключенной нагрузки. И в случае, если это аккумулятор современного транспортного средства, следует понимать, что когда он подключен к автомобилю (даже если тот заглушен), наверняка присутствуют паразитарные нагрузки, приводя к квази-замкнутому состоянию электрической цепи.

Несмотря на недостаточную точность, большинство измерений степени заряженности полагаются частично или полностью на напряжение из-за простоты. Методы, ориентированные на напряжение, популярны в таких агрегатах как электрические инвалидные коляски, электроскутеры и гольфкары. Некоторые инновационные BMS (от англ. Battery Management System — Система управления электрическими батареями) используют периоды отдыха для корректировки показаний степени заряженности как часть интеллектуальной функции.

Ареометр

Ареометр предлагает альтернативный метод измерения степени заряженности для свинцово-кислотной электрохимической системы. Смысл метода состоит в том, что когда аккумулятор заряжается, объем серной кислоты становится больше, в результате чего удельная плотность электролита увеличивается. При разрядке же, количество кислоты уменьшается из-за образования на пластинах сульфата свинца, доля воды в электролите повышается и, как следствие, его удельная плотность становится ниже. В таблице 2 приведены стандартные характеристики стартерных аккумуляторов.

Приблизительная степень заряженности Средняя удельная плотность Напряжение разомкнутой цепи

2V

6V

8V

12V

100%

1,265

2,10

6,32

8,43

12,65

75%

1,225

2,08

6,22

8,30

12,45

50%

1,190

2,04

6,12

8,16

12,24

25%

1,155

2,01

6,03

8,04

12,06

0%

1,120

1,98

5,92

7,72

11,89

Таблица 2: Стандарты BCI (от англ. Battery Council International — Международный совет по электрическим батареям) для оценки степени заряженности стартерных аккумуляторов с добавлением сурьмы. Показания снимаются при температуре 26°С после 24 часов покоя.

В то время как по стандартам BCI удельная плотность полностью заряженного стартерного аккумулятора равна 1,265, производители часто могут установить ее на уровне 1,280 и выше. Увеличение удельной плотности зависит степень заряженности исследуемого аккумулятора исходя из вышеприведенной таблицы, но хотя этот шаг и улучшит характеристики, срок службы аккумулятора сократится из-за повышенной коррозионной активности.

Помимо степени заряженности и количества кислоты, на удельную плотность также может влиять низкий уровень воды в электролите. Когда вода в процессе эксплуатации или хранения испаряется, показатель удельной плотности возрастает из-за повышения концентрации серной кислоты. Также возможна ситуация, когда воды в электролите слишком много, что, соответственно, снижает удельную плотность. При добавлении воды, дайте время для ее равномерного растворения, только после этого измерения с помощью ареометра будут корректны.

Значение удельной плотности варьируется в зависимости от сферы применения аккумуляторов. Глубокоразрядные аккумуляторы используют электролит с повышенной удельной плотностью — до 1,330, что позволяет получить максимальную удельную энергоемкость; авиационные аккумуляторы имеют удельную плотность на уровне 1,285; стартерные — 1,265; а стационарные — 1,225. Более низкая удельная плотность уменьшает коррозию и продлевает срок службы, но в то же время удельная энергоемкость и емкость уменьшаются.

Ничто в мире электрических батарей не является абсолютом. Удельная плотность полностью заряженных глубокоразрядных аккумуляторов одной и той же модели может варьироваться от 1,270 до 1,305, а их же, но полностью разряженных — от 1,097 до 1,201. Температура является еще одним фактором, который влияет на этот параметр. Чем ниже температура, тем выше плотность электролита. В таблице 3 иллюстрирована удельная плотность глубокоразрядных аккумуляторов при различных температурах.

Температура электролита Удельная плотность при полном заряде
40 1,266
30 1,273
20 1,280
10 1,287
0 1,294

Таблица 3: Зависимость удельной плотности и температуры для глубокоразрядных аккумуляторов. Холодная температура обеспечивает более высокий показатель удельной плотности.

Неточности в показаниях удельной плотности может внести стратификация, приводящая к уменьшению концентрации кислоты в верхней части аккумулятора и повышению в нижней. (Смотрите BU-804c: Кислотная стратификация и поверхностный заряд). Высокая концентрация кислоты искусственно завышает напряжение разомкнутой цепи, что обманет метод как использующий напряжение, так и основанный на удельной плотности. Электролиту необходимо дать время для стабилизации после зарядки или разрядки, прежде чем измерять его удельную плотность.

Кулоновский подсчет

Ноутбуки, медицинское оборудование и другие портативные устройства используют кулоновский подсчет для оценки степени заряженности путем измерения протекающего из аккумулятора тока. Заряд в один кулон в секунду соответствует силе тока в один ампер (1А), и это термин, который часто используется как в разрезе зарядных, так и разрядных процессов. Само название “кулон” происходит от фамилии французского ученого Шарля Огустена де Кулона (1736-1806), известного разработкой одноименного закона.

Хотя этот метод и является элегантным решением сложной проблемы, потери уменьшают суммарное количество поставляемой энергии, и ее количество доступное в конце всегда будет меньше чем было отправлено. Несмотря на этот факт, кулоновский подсчет работает неплохо, особенно с литий-ионной электрохимической системой, обеспечивая высокую кулоновскую эффективность и низкий саморазряд. Метод улучшается, беря в учет такие нюансы как возраст аккумулятора или вызванный температурой саморазряд, но в то же время ему необходима периодическая калибровка.

Но и проблема калибровки была решена, современные индикаторы заряда используют интеллектуальную функцию, которая оценивает, сколько энергии было предоставлено аккумулятором во время предыдущего разряда. Некоторые системы также учитывают время зарядки, так как изношенный аккумулятор заряжается быстрее нормального.

Создатели продвинутых систем мониторинга аккумуляторных батарей заявляют о высочайшей точности, но в реальности все не на так радужно. Бывают случаи, когда смартфон показывает 100 процентную зарядку, а в самом деле заряжен на 90. Электромобили также не лишены подобных проблем с кулоновским подсчетом — сообщается о случаях, когда заряд аккумулятора такого транспортного средства исчерпывался, хотя индикатор сигнализировал об еще имеющихся 25 процентах.

Импедансная спектроскопия

Степень заряженности также может быть оценена с помощью импедансной спектроскопии, путем использования технологии комплексного моделирования Spectro™. Данный метод устойчив к воздействию паразитарных нагрузок вплоть до 30А. Перенапряжение и поверхностный заряд также не влияют на измерения, так как степень заряженности оценивается независимо от напряжения. Эти преимущества позволяют стать методу импедансной спектроскопии предпочтительным для использования в автомобильной сфере, где аккумуляторы обычно разряжены в разной степени, и им уже не нужна будет предварительная калибровка. Также это метод может быть использован для больших стационарных систем, которые постоянно находятся под воздействием зарядных или разрядных процессов.

Независимое от напряжения, измерение степени заряженности наилучшим образом оптимизировано для док-станций и демонстрационных стендов. Дистанционное открытие двери автомобиля приводит к паразитарной нагрузке в 20А, что вносит определенную сумятицу в аккумулятор и фальсифицирует базирующиеся на напряжении измерения степени заряженности. Метод же Spectro™ позволит отличить просто разряженный аккумулятор от экземпляра с реальным дефектом.

Измерения степени заряженности с помощью импедансной спектроскопии ограничены новыми аккумуляторами с известной хорошей емкостью. Емкость должна быть стабильной и иметь не изменяющееся значение. В то время как снятие показаний допустимо при подключенной постоянной нагрузке, во время процесса зарядки это тестирование проводить нельзя.

На рисунке 4 показаны результаты тестирования методом импедансной спектроскопии после отсоединения от аккумулятора паразитарной нагрузки в 50А. Как и следовало ожидать, после этого напряжение на клеммах возросло, но показания Spectro™ остаются стабильными. Устойчивость получаемых значений степени заряженности также присутствует и сразу после процесса зарядки, когда напряжение повышено из-за электрохимической поляризации электродов.

Рисунок 4: Зависимость напряжения и точности измерений с помощью импедансной спектроскопии сразу после отсоединения нагрузки. В аккумуляторе происходят процессы восстановления после отключения нагрузки. Результаты, полученные с помощью метода Spectro™, остаются стабильными и при повышенном напряжении.

Последнее обновление 2016-05-27

Напряжение на аккумуляторе автомобиля: таблица заряда, как замерить

Аккумулятор (аккумуляторная батарея или АКБ) является один из ключевых узлов автомобиля. Основная роль автомобильного аккумулятора – подача тока на стартер в момент пуска двигателя. Кроме того, при неработающем двигателе АКБ обеспечивает функционирование различных устройств (подсветка, звуковая система, сигнал и другие потребители тока). На стоянке батарея обеспечивает работу охранной системы. Да и во время поездки, когда генератор не справляется с нагрузкой, аккумулятор приходит ему на помощь. Нормальное функционирование бортовой сети автомобиля возможно лишь с аккумулятором, у которого заряд в норме. Поэтому сегодня мы обсудим, какая же норма заряда для АКБ.

 

Норма заряда АКБ

Одним из основных параметров состояния автомобильной аккумуляторной батареи является напряжение. С помощью напряжения проверяется определённая норма заряда аккумулятора. Поэтому, владельцу автомобиля необходимо знать какое нормальное значение напряжения АКБ.

Если аккумулятор быстро разряжается, то следует проверить ток утечки на автомобиле. Ток утечки аккумулятора автомобиля: норма и способ измерения описаны в статье по ссылке.

Норма напряжения аккумуляторной батареи из шести банок в заряженном состоянии составляет 12,6─12,9 вольта. То есть, напряжение одного полностью заряженного элемента равно 2,1─2,15 вольта. Меньшее значение показывает, что аккумулятор разряжен.

Но это не значит, что его нельзя использовать. В идеале, конечно, нужно поддерживать батарею полностью заряженной. Но на практике такое можно осуществить, только если полностью зарядить аккумулятор, а затем подавать на выводы ток, равный саморазряду.
Так, что АКБ редко находится в полностью заряженном состоянии. Ниже можно посмотреть зависимость напряжения и степени зарядки батареи.

Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)Степень заряда АКБ, %Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия)Напряжение, В (в отсутствии нагрузки)Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)Степень заряда АКБ, %Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1,11 11,7 8,4 -7
1,12 11,76 8,54 6 -8
1,13 11,82 8,68 12,56 -9
1,14 11,88 8,84 19 -11
1,15 11,94 9 25 -13
1,16 12 9,14 31 -14
1,17 12,06 9,3 37,5 -16
1,18 12,12 9,46 44 -18
1,19 12,18 9,6 50 -24
1,2 12,24 9,74 56 -27
1,21 12,3 9,9 62,5 -32
1,22 12,36 10,06 69 -37
1,23 12,42 10,2 75 -42
1,24 12,48 10,34 81 -46
1,25 12,54 10,5 87,5 -50
1,26 12,6 10,66 94 -55
1,27 12,66 10,8 100 -60

Что касается нормы заряда, то в большинстве случаев не рекомендуется эксплуатировать аккумулятор с напряжением менее 12 вольт. В этом случае его нужно ставить на зарядку. Эксплуатация АКБ в таком состоянии отрицательно сказывается на состоянии батареи. Это способствует увеличению сульфатации пластин и как следствие, приводит к уменьшению ёмкости аккумулятора.

Критической нормой напряжения можно назвать 10,8 вольта. Ниже этого значения напряжение опускаться не должно.

Это называется глубокий разряд АКБ, который очень вреден для батареи и сильно сокращает срок её службы. Особенно вреден глубокий разряд для кальциевых необслуживаемых аккумуляторов.

Для них 2─3 таких глубоких разряда приводят к выходу из строя. После такого падения напряжения они необратимо теряют часть своей ёмкости.

Как вы видели в таблице выше, со степенью зарядки неразрывно связана плотность электролита. Это действительно так.

Норму заряда аккумулятора можно проконтролировать не только по напряжению на его выводах, но и по величине плотности электролита. У полностью заряженной аккумуляторной батареи значение плотности должно быть 1,27─1,29 гр./см3.

Измеряется плотность электролита специальным прибором – ареометром. Подробнее об электролите в аккумуляторе читайте по указанной ссылке.

Ареометр

Стоит отметить ещё один важный момент, связанный с нормой напряжения АКБ. Если быть точным в определениях, то величина, измеряемая на выводах аккумулятора в разомкнутой цепи (не подключён к автомобилю), называется ЭДС.

ЭДС, как и напряжение, измеряется в вольтах и представляет собой работу, затрачиваемую на перемещение плюсового заряда между выводами батареи. Без электродвижущей силы на выводах аккумуляторной батареи не будет напряжения. Напряжение и ЭДС присутствуют на выводах источника питания, даже без протекания тока в цепи.

Что это значит на практике? Допустим, вы зарядили аккумулятор и ЭДС на его выводах 12,6 вольта. После установки на автомобиль и замера напряжения величина будет 12,4─12,5 вольта.

Это норма и не стоит беспокоиться по этому поводу. Теперь поговорим об инструментарии для измерения напряжения АКБ. Советуем также прочитать статью о том, почему генератор не заряжает аккумулятор.

Вернуться к содержанию
 

Как проверить заряд автомобильного аккумулятора?

Для проверки напряжения аккумулятора используется вольтметр или мультиметр в режиме измерения напряжения.

Мультиметр

Для того чтобы измерить напряжение мультиметром, нужно перевести его в режим измерения напряжения. Затем щупами приложить к выводам батареи и прибор покажет значение напряжения. Полярность в этом случае соблюдать необязательно, поскольку вам нужна только величина.

Если вы приложите красный щуп на минус, а чёрный на плюс, то прибор просто покажет отрицательное значение. Кстати, можете подробнее прочитать о том, что это такое прямая полярность аккумулятора. Но фото ниже показан результат измерения напряжения подсевшего аккумулятора.

Измерения напряжения мультиметром

Также норму заряда аккумулятора можно проконтролировать с помощью такого прибора, как нагрузочная вилка. В составе этого прибора имеется вольтметр, с помощью которого и проводится измерение. Помимо нормы заряда АКБ, нагрузочная вилка даёт возможность оценить реальное состояние аккумуляторной батареи. Для этого делается измерение напряжения с сопротивлением в режиме замкнутой цепи. Фактически, вилка имитирует нагрузку на аккумулятор при пуске автомобильного мотора.

Нагрузочная вилка

Перед тем как проводить тест, батарею нужно полностью зарядить. Чтобы провести тест нагрузочной вилкой, подключите клеммы к выводам аккумулятора и подайте нагрузку на пять секунд. На пятой секунде засеките значение напряжения на вольтметре.

Если оно упало ниже 9 вольт, то пора подумать о замене АКБ. Норма на работоспособном аккумуляторе – это падение напряжение до 10─10,5 вольта. После падения величина напряжения должна немного увеличиться.

На видео ниже можно посмотреть процесс тестирования наглядно.

В принципе есть ещё один способ оценки нормы заряда аккумулятора. Можно измерить среднюю плотность электролита по банкам, а затем по таблице выше посмотреть степень заряженности. Но обычно так никто не делает. Гораздо удобнее воспользоваться вольтметром. Плотность электролита обычно измеряют после зарядки АКБ для оценки эффективности этого процесса.

Советуем также прочитать материал на тему, сколько заряжать автомобильный аккумулятор.
Вернуться к содержанию
 

Что делать, если заряд аккумулятора не соответствует норме?

Ответ на этот вопрос простой. Если заряд АКБ не в норме, батарею нужно зарядить. Процесс зарядки в подробностях был описан в статье «Как правильно заряжать аккумулятор автомобиля зарядным устройством». Здесь хотелось бы отметить некоторые нюансы.

Зарядное устройство

Можно выделить три основные разновидности зарядки:

  • ускоренная. Этот режим ещё часто называют Boost и его можно встретить на многих современных зарядных устройствах (ЗУ). В таком режиме норма заряда АКБ не набирается, но его вполне хватает, чтобы завести двигатель. Этот вид зарядки используется, когда вам нужно срочно ехать, а батарея села. Такой режим не рекомендуется использовать постоянно. Здесь заряд ускоряется за счёт увеличения силы тока, что срок эксплуатации аккумулятора;
  • с постоянным напряжением. Этот вид зарядки подразумевает поддержание постоянного напряжения на выводах. Такой режим используется в режиме автоматического заряда на большинстве ЗУ. Его рекомендуется использовать, когда аккумулятор разряжен не сильно (не ниже 12 вольт). Подробнее о напряжении аккумулятора автомобиля в статье по ссылке. Преимущества этого режима в том, что вам не нужно его контролировать. Зарядное устройство само определить, когда заряд будет в норме и остановит процесс;
  • с постоянным током. Этот вариант зарядки подразумевает подачу постоянного тока на аккумулятор. Процесс ведётся в несколько стадий, на которых ток постепенно снижается. Такой режим рекомендуется при зарядке глубоко разряженной аккумуляторной батареи. Он позволяет наиболее полно и равномерно зарядить аккумулятор. Минус в том, что вам придётся постоянно контролировать процесс, измерять напряжение и прекратить процесс, когда заряд батареи будет в норме.

Процесс зарядки аккумулятора

В заключение хотелось бы напомнить о правилах безопасности при зарядке аккумулятора. Процесс должен вестись в проветриваемом помещении. Лучше не проводить зарядку в жилых помещениях. Рядом с заряжаемым аккумулятором не должно быть открытого огня и искр. В процессе заряда выделяется водород, который в сочетании с кислород образует взрывоопасную смесь!

Советуем также прочитать материал о том, сколько весит автомобильный аккумулятор. Надеемся, что материал помог составить представление о норме заряда автомобильного аккумулятора. Если в вас есть замечания или дополнения, оставляйте их в х. Голосуйте в опросе и оценивайте материал!

Вернуться к содержанию

Источник: https://akbinfo.ru/zaryadka/zarjad-akkumuljatora-avtomobilja-norma.html

Нормальное напряжение аккумулятора автомобиля: цифры, которые необходимо выучить наизусть

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Какое напряжение на аккумуляторе автомобиля считается нормальным
  • Как проверить напряжение аккумулятора под нагрузкой
  • Каким должно быть напряжение аккумулятора зимой
  • Как осуществлять контроль напряжения аккумулятора автомобиля

По аналогии с распространенным высказыванием о том, что «мотор является сердцем авто» аккумуляторную батарею можно назвать спинным мозгом машины. Состояние АКБ отражается на работоспособности электрооборудования и качестве запуска мотора. Наиболее важным параметром аккумулятора считается напряжение.

Именно этот показатель измеряют при диагностике авто. Для автовладельца важно знать, что такое нормальное напряжение аккумулятора автомобиля, какой должна быть величина этого параметра и допускается ли изменение напряжения АКБ в разное время года. Ответы на эти и другие вопросы вы найдете в нашей статье.

Какое напряжение на аккумуляторе автомобиля считается нормальным

Стоит отметить, что на приборном щитке современных моделей авто уже нет индикаторов, показывающих величину напряжения АКБ. Для того чтобы самостоятельно определить работоспособность аккумулятора, стоит приобрести мультиметр.

С помощью данного устройства нужно минимум один-два раза в месяц проверять показатель вольтажа АКБ.

Это позволит предупредить ситуацию, когда аккумулятор не сможет выдать нормальный пусковой ток, необходимый, чтобы завести силовой агрегат.

При каком минимальном показателе напряжения АКБ будет не в состоянии осуществить запуск мотора? Точное значение этого параметра указать сложно. В обычном состоянии напряжение аккумуляторной батареи находится на уровне 12,5-12,7 В. Эти цифры могут меняться в зависимости от эксплуатационных условий, что считается нормальной ситуацией.

Более того, некоторые бренды, которые выпускают АКБ для авто, указывают, что для их аккумуляторов нормой является напряжение от 13 В до 13,2 В. Эксперты считают, что такие показатели допустимы. При этом измерение стоит проводить не сразу после полной зарядки АКБ.

Если подождать около 60 минут, то его значение опустится, к примеру, с 13 В до 12,7 В.

В тоже время показатель вольтажа может меняться и в сторону уменьшения. Но если он опускается ниже 12 В, то можно утверждать, что аккумулятор автомобиля разрядился примерно на 50%.

В этом случае батарею следует зарядить до нормального напряжения.

Эксплуатация автомобиля с АКБ, которая имеет низкий уровень зарядки, сопровождается сульфатацией свинцовых пластин, что приводит к снижению срока эксплуатации батареи.

Стоит отметить, что в нормальных условиях завести силовой агрегат легкового авто можно и при низком напряжении АКБ. Если у аккумулятора нет неисправностей, а генератор во время работы мотора обеспечивает необходимый заряд, то и при низкой зарядке батарея может эксплуатироваться.

Если же нормальное напряжение аккумулятора автомобиля в покое (при отключенных потребителях и заглушенном двигателе) снижается до показателей менее 11,6 В, можно говорить о практически полной разрядке батареи. В этом случае недопустима эксплуатация АКБ без проверки ее исправности и подзарядки.

Подытоживая приведенную выше информацию, отметим, что нормальное напряжение аккумулятора автомобиля — от 12,6 В до 12,7 В, но в редких случаях оно может достигать и 13,2 В.

При этом достаточно часто при измерении этого параметра у АКБ легковых авто фиксируются показания на уровне 12,2-12,49 В (неполная зарядка).

Такие показатели нельзя назвать очень плохими, так как заметное снижение качества работы автомобильного аккумулятора наблюдается лишь при падении его напряжения ниже уровня 11,9 В.

Нормальное напряжение аккумулятора автомобиля под нагрузкой

Специалисты различают 3 вида напряжения АКБ автомобиля:

  1. Номинальное напряжение — это характеристики, которые приводятся в специальной технической литературе и в документации автопроизводителей. Всем, кто интересуется автотранспортными средствами, известно, что АКБ легковых автомобилей имеют напряжение 12 В. Но такие характеристики являются абстрактными.
  2. Нормальное или фактическое напряжение аккумуляторной батареи составляет 12,2 В — 12,7 В. Эти параметры аккумулятор автомобиля выдает без нагрузки.
  3. Напряжение под нагрузкой считается наиболее важной характеристикой для оценки состояния АКБ.

Для диагностики аккумулятор необходимо демонтировать с автомобиля, подать на него напряжение с помощью специального устройства, которое называется «нагрузочной вилкой». При этом подаваемая нагрузка на АКБ должна в 2 раза превышать ее емкость. Например, для аккумулятора емкостью 50 Ам/ч следует подать нагрузку в 100 Ампер.

Длительность подачи тока нагрузки составляет от 3 до 5 секунд. В это время необходимо фиксировать показания вольтметра. Для нормальной рабочей АКБ напряжение не должно опускаться менее 9 В. Если же этот показатель снижен до 5-6 В, то это говорит о необходимости зарядки аккумулятора.

Если после зарядки напряжение АКБ опускается ниже 5 В, то это может свидетельствовать о ее неисправности.

Нужно отметить еще один важный момент. Через 5 секунд после подачи нагрузки напряжение аккумулятора автомобиля должно возвращаться к нормальным цифрам(12,2 В – 12,7 В). Эти показатели зависят от плотности электролита в АКБ.

При разрядке батареи происходит расход кислоты, составляющей около 35 % от всего объема электролита. При расходе кислоты снижается плотность электролита.

Восстановление процентного содержания кислоты происходит во время зарядки аккумулятора автомобиля.

Нормальное напряжение аккумулятора автомобиля зимой

С понижением температуры воздуха меняется плотность электролита в аккумуляторе автомобиля. При этом характеристики АКБ зависят от степени ее заряженности.

Если аккумулятор заряжен, то с похолоданием плотность электролита будет повышаться, и напряжение батареи увеличится.

Когда заряд будет недостаточно высоким, то при минусовой температуре уровень плотности уменьшается, и завести мотор сложнее.

Среди владельцев авто существует представление, что нормальное напряжение аккумулятора автомобиля без нагрузки в зимнее время будет снижаться. В реальности при низких температурах напряжение АКБ не уменьшается, но происходит замедление химических реакций.

Какие параметры батареи в морозную погоду считаются нормальными? Если температура воздуха находится в пределах 10°C — 15°C со знаком «-», то при полностью заряженном аккумуляторе его нормальный вольтаж составляет 12 В. Но так как протекание электрохимических процессов замедляется, то во время морозов в АКБ происходят следующие изменения:

  • При -30°C рабочая емкость аккумулятора автомобиля составляет около 50% от показателей, указанных в паспорте устройства.
  • При плотности 1,28 г/см3 напряжение при -30°C составляет 12,4 В, а при +25°C – 12,7 В.
  • Когда наружная температура становится менее -25°C, аккумуляторная батарея перестает брать заряд от генератора.

Для повышения плотности электролита аккумуляторов в автомобилях, которые эксплуатируются в северных регионах, часто добавляют серную кислоту.

При показателях плотности от 1,30 до 1,32 г/см3 нормальное напряжение АКБ без нагрузки в морозную погоду (от -10°C до -15°C) должно составлять 12,9В.

При увеличении концентрации H₂SO₄, нужно следить, чтобы плотность электролита не превышала 1,35 г/см3, так как это приведет к разъеданию пластин.

«Сколько заряжать аккумулятор автомобиля» Подробнее

Причины низкого напряжения в аккумуляторе автомобиля

Причин резкого падения напряжения в полностью заряженном аккумуляторе автомобиля может быть несколько:

  • Аккумуляторная батарея выработала свой ресурс и ее нужно заменить.
  • Из-за неисправного генератора АКБ не получает нужной зарядки.
  • Случается, что и новый аккумулятор резко теряет напряжение даже при полностью исправном генераторе. Это происходит из-за утечки тока бортовой электроцепи автомобиля. Причиной такой ситуации может быть любое электрооборудование машины.

Все существующие причины падения напряжения автомобильного аккумулятора могут быть устранены без особых сложностей, за исключением случая, когда АКБ выработала свой ресурс. В этом случае необходимо купить и установить новую батарею.

Неправильная эксплуатация автомобиля также может привести к снижению нормального напряжения аккумулятора автомобиля. Если машина постоянно используется для поездок на короткие расстояния, то генератор не успевает полностью восстановить АКБ после запуска двигателя.

Кроме того, снижение напряжения батареи может произойти из-за не выключенного освещения в салоне, света фар, работающего во время стоянки магнитофона и т. д.

Даже один электроприбор, включенный во время стоянки автомобиля, всего за несколько часов может полностью «посадить» аккумулятор.

Не менее опасной является и перезарядка АКБ (напряжение батареи превышает 13 В). Чаще всего это происходит из-за неправильной работы генератора.

В некоторых случаях автовладельцы умышленно перезаряжают аккумулятор, чтобы повысить его плотность. Когда напряжение батареи превышает нормальные значения, то начинает выкипать электролит и сокращается ресурс АКБ.

Рассмотрим основные причины, которые приводят к перезарядке АКБ автомобиля:

  • Неправильно работает реле, которое отключает генератор после того, как аккумулятор заряжается до нормального напряжения. Неисправность такого устройства приводит к тому, что ток зарядки продолжает поступать после того, как АКБ полностью зарядился. Данная поломка устраняется легко, да и реле стоит не очень дорого.
  • Поломка генератора. В этом случае ремонт будет более дорогостоящим.
  • Неправильно подобрано оборудование для зарядки автомобильного аккумулятора.

После того как причина повышенного напряжения АКБ устранена, необходимо выполнить повторные замеры этого параметра на клеммах батареи, чтобы убедиться в нормальной работе оборудования.

«Нужно ли делать сход-развал после замены сайлентблоков» Подробнее

Как осуществлять контроль напряжения аккумулятора автомобиля

Чтобы измерить напряжение АКБ, понадобится мультиметр либо стандартный вольметр. Рассмотрим процесс измерения с помощью первого вида оборудования. С аккумулятора нужно снять клеммы (замер производится при разомкнутой цепи). Мультиметр следует установить в режим измерения напряжения, а его щупы приложить к выводам АКБ автомобиля (красный к «+», а черный к «-»).

В автосервисах для измерения напряжения аккумулятора автомобиля часто используется такое устройство как нагрузочная вилка. Этот прибор имеет встроенный вольметр. Особенность нагрузочной вилки состоит в том, что с ее помощью можно провести тестирование аккумуляторной батареи в замкнутой цепи. Такой прибор позволяет оценить состояние АКБ, так как он позволяет имитировать запуск мотора авто.

Чтобы измерить напряжение аккумулятора с помощью нагрузочной вилки, необходимо присоединить ее клеммы к выводам батареи и на пять секунд включить нагрузку. Показания встроенного вольтметра нужно зафиксировать на последней секунде. Если измеренное напряжение меньше 9 В, значит АКБ исчерпала свой ресурс и подлежит замене.

Полностью заряженный аккумулятор при разомкнутой цепи выдаст напряжение от 12,6 В до 12,9 В. Если на такую батарею подать нагрузку, то показатель напряжения снизится до 10 – 10,5 В, а потом он будет понемногу расти.

Нужно отметить, что аккумулятор автомобиля может иметь нормальное напряжение, но его работоспособность будет низкой. Другими словами, напряжение показывает не состояние АКБ, а только уровень ее заряженности.

Степень зарядки аккумуляторной батареи можно контролировать не только по напряжению, но и по показателям плотности электролита. В процессе подзарядки за счет испарения влаги увеличивается процентное содержание кислоты, что и способствует повышению плотности. Для полностью заряженного аккумулятора автомобиля показатель плотности составляет 1,27 — 1,29 г/см3.

Чтобы провести измерения, нужно опустить ареометр в отверстие для залива электролита и сделать его забор путем нажатия груши так, чтобы внутренний поплавок начал свободно перемещаться. При этом показания шкалы измерительного прибора, соответствующие верхнему уровню электролита, покажут его плотность, которая может зависеть от температуры воздуха и состояния АКБ.

В заключение стоит еще раз напомнить, что периодическое диагностирование аккумулятора и устранение факторов, снижающих работоспособность АКБ, позволит увеличить ее ресурс и сэкономить деньги автовладельца на ремонт автомобиля.

Источник: https://rad-star.ru/pressroom/articles/normalnoe-napryazhenie-akkumulyatora/

Определяем степень заряженности аккумулятора по напряжению

Степень заряда автомобильного аккумулятора замеряют при приобретении новой АКБ и при возникновении проблем во время эксплуатации.

И если летом допустима определённая разряженность батареи, то с понижением температуры могут возникнуть трудности с энергообеспечением оборудования или даже запуском двигателя.

Определение степени заряженности аккумулятора — простая процедура, которую можно осуществить самостоятельно.

Нормальный заряд аккумулятора

Приобретая новый источник питания, следует проверить степень заряженности аккумулятора, подразумевающую количество энергии, которое может выдавать аккумуляторная батарея на протяжении определённого времени. Именно поэтому замеряется заряд АКБ в Ампер-Часах. Для получения максимально грамотных показаний стоит проводить несколько замеров: без нагрузки или с ней.

Для новой АКБ уровень разности потенциалов должен быть больше 12 вольт. Если напряжение аккумулятора автомобиля упало до 10,8В, то использование такой батареи не рекомендуется — её следует зарядить. После полной зарядки АКБ показатель напряжения будет равен примерно 12,6 вольтам. Плотность электролита целиком заряженного аккумулятора составляет приблизительно 1,28 гр/см3.

Как изменяется напряжение при разряде аккумулятора

Прямая связь таких параметров, как напряжение и состояние химических элементов (электролита и пластин), а также уровня зарядки, отражается на работоспособности всей системы.

После полного заряда автомобильного аккумулятора электролит имеет высокую концентрацию кислоты, и напряжение батареи максимально.

Во время эксплуатации плотность уменьшается, в связи с этим падает значение напряжения, следовательно и заряд АКБ.

Стоит отметить, что разность потенциалов источника питания изменяется не только от заряда аккумулятора, но и от количества приборов, подключённых к сети. 

Как соотносятся заряженность батареи и напряжение аккумулятора, можно увидеть на этом рисунке:  

Тесно связаны напряжение и ёмкость АКБ. Оба параметра производитель указывает в модели источника питания. Они показывают, какую нагрузку энергии выдаёт аккумуляторная батарея на протяжении определённого времени разряда. Большие токи и быстрый разряд уменьшают ёмкость источника питания, меньшие — могут способствовать увеличению этого показателя. 

Остаточную ёмкость аккумулятора принято проверять:

  • по напряжению под мощностью при помощи нагрузочной вилки и постоянного тока;
  • спектральным анализом;
  • приборами, снимающими показания при переменном токе.

Все эти способы базируются на сведениях о сопротивлении АКБ, что позволяет только качественно оценить состояние источника питания. Зависимость ёмкости аккумулятора от напряжения не является причиной для установления работоспособности батареи.

Связано это с возможным наличием плавающего заряда даст совершенно нормальный результат диагностики, что не будет соответствовать действительности.

Поэтому мы рекомендуем проверять остаточную ёмкость АКБ от напряжения с помощью специалистов, которые проведут компьютерное исследование батареи.

Как правильно замерить напряжение аккумулятора

Максимально точные значения можно получить, осуществив комплекс диагностик. Для этого необходимо иметь при себе специальные устройства (мультиметр,  вольтметр или нагрузочную вилку). Для осуществления измерений напряжения от аккумулятора необходимо соединить контакты устройства и клеммы батареи.

Во время диагностических процедур стоит понимать, что источник питания, подсоединённый к бортовой системе авто, потребляет энергию. Поэтому показания могут быть несколько ниже, но они не должны опускаться ниже значений 11—11,5 вольт.

Проведение корректных измерений допустимо на полностью отключённой и заряженной АКБ, то есть электрическая цепь должна быть разомкнута.

 Однако это необязательное условие: если вы проверяете напряжение в замкнутой цепи, то учитывайте определённую погрешность.

  1. АКБ подсоединена к системе автомобиля, который не заведён. При этом условии бортовая сеть потребляет определённое количество энергии, поэтому показатель напряжений должен находиться в диапазоне 12,5—13,0 В.
  2. На заведённой машине с выключенными источниками потребления энергии показания прибора должны варьироваться в промежутке от 13,5 до 14 вольт. Более высокие показания говорят о том, что батарея разряжена, а генератор работает не в штатном режиме. Стоит учесть, что повышение данных в холодное время года не является точным свидетельством разряженности АКБ. Если в течение некоторого времени вольтаж вошёл в рамки, то система полностью работоспособна. Пониженные показатели (от 13 до 13,4 вольта) говорят о некоторой разряженности батареи. Необходима зарядка аккумулятора.
  3. На заведённой машине с включёнными источниками потребления электроэнергии значение напряжений должно быть больше 12,8—13,0 В.

Обращаем ваше внимание, работа с мультиметром или вольтметром допускает обратное соотношение полюсов измерительного прибора и клемм АКБ. Нагрузочная вилка должна использоваться строго в соответствии с полярностью.

Мы не рекомендуем проверять напряжение аккумулятора в машине с помощью бортовой системы, потому что она подключена не напрямую к батарее. Поэтому допускаются определённые погрешности измерений.

Проверка заряда аккумулятора по напряжению рекомендуется спустя некоторое время после полной зарядки аккумулятора автомобиля, а также в условиях рабочей температуры (около 20 градусов Цельсия).

Ниже представлена таблица «Степень заряда АКБ по напряжению».

Уровень заряда АКБ Напряжение в разомкнутой цепи  малосурьмянистых (Sb/Sb) и гибридных (Sb/Ca) аккумуляторов, вольт Напряжение в разомкнутой цепи
в кальциевых (Ca/Ca) и AGM/Gel (Ca/Ca) аккумуляторах, вольт
100% 12,516—12,663 12,666—12,813
75% 12,316—12, 463 12,466—12,613
50% 12,106—12,253 12,266—12,413
25% 11,926—12,073 11,866—12,013
0% 11,756—11,903 11,666—11,813

Таблица 1. Степень заряда аккумулятора по напряжению.

Как изменяется плотность электролита при разряде аккумулятора

Под плотностью следует понимать соотношение дистиллированной воды и серной кислоты (65% к 35% соответственно), являющееся максимально оптимальным для автомобильных источников электрического питания и обеспечивающее накопление заряда электричества. Чем ниже плотность электролита, тем ниже напряжение аккумулятора автомобиля и уровень его заряда. При увеличении плотности ухудшается работоспособность АКБ.

Определённая степень разряда батареи характеризуется активным поглощением серной кислоты и её оседанием на пластинах.

Сульфация металлических элементов становится причиной увеличения их жёсткости и неспособности участвовать в химическом процессе.

Так как серная кислота тратится, меняется соотношение компонентов — жидкость становится менее плотной, что сказывается на способности аккумулятора в машине держать заряд.

Наглядно увидеть зависимость уровень заряда аккумулятора от плотности электролита можно в этом графике:

Уровень заряда АКБ Значение плотности электролита
100% 1,249—1,297
75% 1,209—1,257
50% 1,174—1,222
25% 1,139—1,187
0% 1,104—1,152

Таблица 2. Степень заряда аккумулятора по плотности.

Определение степени зарядки аккумулятора по встроенному гидрометрическому индикатору

Диагностика работоспособности источника питания вышеописанными способами нужна в тех случаях, когда аккумуляторная батарея не оснащена специальным индикатором. Наличие указателя зарядки аккумулятора автомобиля позволяет оценить состояние источника питания без использования дополнительных средств.

При заряде батареи свыше 60% индикатор горит зелёным светом. Это означает полную исправность АКБ и возможность запуска двигателя. Отсутствие зелёной индикации и тёмный цвет окошка сообщает о низком заряде батареи и необходимости её зарядить. Запуск автомобиля может быть затруднён. Светлый указатель информирует о том, что процент дистиллированной воды мал — её необходимо долить.

В данной статье мы постарались максимально развёрнуто ответить на все вопросы о степени зарядки АКБ по напряжению. Для диагностики состояния источника питания вам понадобится специальный инструмент:

  • вольтметр или мультиметр, с помощью которых можно провести исследования как по вольтажу, так и по значениям сопротивления;
  • ареометр, замеряющий плотности электролита;
  • устройство необходимое для заряда АКБ, имеющей определённую степень разряженности.

Для удобства восприятия информации в тексте представлена таблица заряда аккумулятора и таблица напряжения аккумулятора автомобиля.

Во время работ не забывайте про степень зарядки источника питания, которая напрямую влияет на получаемые показания. Определить степень заряженности вам также помогут вышеперечисленные приборы.

Аккумулятор — важный элемент системы машины, позволяющий ей полноценно функционировать, даже когда она не заведена. Вряд ли кому-то хочется в неподходящий момент оказаться перед проблемой разряженного источника питания. Мы настоятельно рекомендуем проводить диагностику батареи с определённой периодичностью. А как вы проверяете заряд автомобильной АКБ, поделитесь с нами в х.

Определяем степень заряженности аккумулятора по напряжению
Ссылка на основную публикацию

Источник: https://AkkumulyatorAvto.ru/konstrukciya/parametry/zaryad.html

Напряжение автомобильного аккумулятора: нормы, правила измерения

Напряжение с емкостью – два основных параметра автомобильного АКБ. Эти значения определяют качество функционирования элемента, поэтому водитель должен контролировать значения. Из обзора вы узнаете, какое напряжение должно быть на аккумуляторе в обычном рабочем состоянии и при повышенных нагрузках.

Общие моменты

Электродвижущая сила отвечает за нормальное прохождение тока по цепочке, дает запрограммированную разность выводных частей источника питания – то есть АКБ. Искомая величина рассчитываться будет как разница потенциалов.

Электродвижущая сила равна расходуемой на перенос заряда между выводами энергии. Значения токовых сил, напряжений связаны друг с другом неразрывным образом. Когда внутри батареи данная сила не возникает, отсутствует ток и на выводящих частях.

Когда цепные связи размыкаются, ток отсутствует, но в аккумуляторе начинает возбуждаться электродвижущая сила, в зоне выводов появляется движение.

Для измерения обеих величин используются вольты. Электродвижущая общая сила в автоаккумуляторе развивается в результате электрических и химических процессов, протекающих внутри него. ЭДС всегда больше напряжения в аккумуляторе на величину, равную падению внутреннего напряжения.

Для замеров применяются вольтметры с мультиметрами. В аккумуляторе для авто размеры ЭДС будут зависеть от плотности, температурных значений электролита.

Точных сведений по вопросу того, какое значение для батареи питания идеальное, нет. Специалисты во внимание принимают оптимальные показатели пуска для старта моторного механизма. Если АКБ новый, заряженный, данное значение должно быть 12,6–12,7 вольта.

Если напряжение заряженного аккумулятора автомобиля без нагрузки выше, это еще не указывает на наличие проблемы.

Например, сразу после зарядки АКБ ее ток при замерах будет выше на 0,5 вольта реального, и при итоговых подсчетах это нужно учитывать. 13,0–13,2 вольта – цифра, которая превышает допустимые значения напряжения, но для некоторых моделей батарей она является нормальной.

Близкие к рекомендованным значениям данные батарея показывает спустя пару часов после зарядки.

Критическим для АКБ считается 12 вольт и менее. Если значение меньше этой цифры, нужна срочная зарядка. Использовать элемент питания на ресурсном пределе нельзя, поскольку в данном случае запустится процесс сульфатации пластин. В будущем от последствий сульфатации избавиться проблематично, и придется покупать новую батарею.

При этом 12,1 вольта достаточно для старта мотора, проблемы возникают на 11,6 вольта и ниже. Это все цифры, о которых нужно знать и учитывать их во время работы. В большинстве случаев значение напряжения заряженного аккумулятора автомобиля находится на отметке в 12,2–12,5 вольта.

Таблица заряда

Чтобы не упустить момент, когда заряд батареи упадет до предельно критического уровня, используйте таблицу заряда АКБ. Если измерить U на клеммах, можно рассчитать общий заряд.

Также в таблице вы найдете значения плотности электролита, температурных значений, при которых он может замерзать зимой. Ознакомиться с основными значениями можно в таблице заряда аккумулятора автомобиля по напряжению.

Все способы проверки

Проверять напряжение аккумулятора автомобиля на степень разряженности можно разными способами. Рассмотрим их.

Мультиметром

Для проверки аккумуляторов «Акум», «Ватра» и других марок, устанавливаемых на авто «КамАЗ», «Вольво», «БМВ» удобно использовать мультиметр.

Прибор вы найдете в любом специализированном магазине, есть он на СТО. Для разовых замеров мультиметр проще одолжить, хотя большинству водителей он нужен регулярно.

Скорее всего, показания мультиметра и бортового компьютера будут различаться.

Стандартные устройства приборной панели часто ошибаются, дают незначительную погрешность, поскольку подключаются к АКБ не напрямую. Обычно отклонения идут в меньшую сторону.

При работающем моторе

Какое напряжение должно быть на заряженном аккумуляторе автомобиля, мы разобрались, теперь рассмотрим порядок измерения текущих показателей при работающем моторе.

Сначала сделайте замеры при заведенном двигателе – в норме значение должно быть в районе 13,5–14,0 вольт.

Если значение превышает 14,2 вольта, зарядка низкая, генератор будет направлять энергию на зарядку элемента питания. Чрезмерные показатели в зимнее время года в данном случае считаются нормой.

В высоком токе плохого ничего нет. Когда с электрооборудованием все в порядке, спустя 10 минут электронные части системы скинут текущие значения до стандартных максимальных 14 вольт.

При отсутствии данной реакции цифра до оптимальных величин постепенно не сбрасывается, возможен перезаряд аккумулятора. Он постоянно будет функционировать на максимальной отдаче, начнет выкипать электролит.

Когда при включенном моторе показатель составляет меньше 13,0–13,4 вольта, можно говорить об отсутствии полной зарядки. В сервис сразу не бегите, для начала измерьте показания при выключенных потребителях – это кондиционер, магнитола, фары, прикуриватель и пр.

Также резкое падение возможно в случае окисления контактов – проверьте их перед поездкой в сервис и, если нужно, зачистите шкуркой.

Другой метод проверки – при выключенных источниках потребления энергии, работающем моторе вы должны получить 13,6. Проверьте соответствие параметров, если все в норме, включите ближний свет, при этом показатель должен упасть на 0,1–0,2 вольта.

Теперь включайте в машине музыку, сплит-систему, прочие потребители энергии. Действия выполняйте постепенно, при каждом новом включении потребителя параметр должен немного падать.

При резких скачках, скорее всего, проблема в генераторной системе – он работает не на всю мощность, либо износились, загрязнились щетки.

Даже если включены все потребители энергии, показатель все равно в норме не падает ниже 13 В. Иначе батарея начнет разряжаться сильно и сядет полностью.

При отключенном моторе

Вам также потребуется для проведения работ мультиметр. Если показатель на выводах ниже 11,8 вольта, машина, скорее всего, просто не заведется, придется прикуривать ее от другого авто.

Показатель нормального уровня при отключенном моторе – 12,5–13,0 вольт. Значение 12,9 указывает на то, что АКБ заряжен примерно на 90 %, 12,5 – наполовину, 12,1 – осталось не более 10 %. Это расчеты на глаз, но многие автомобилисты пользуются ими.

Оптимально замерять напряжение непосредственно до поездки. Уровень зарядки аккумулятора указывает на его способность удерживать значения по несколько суток. Если батарея заряжена полностью, а вы не ездили неделю и больше, то параметр резко снизится. То есть константным значение не является.

С применением нагрузочной вилки

Проверка аккумулятора с применением нагрузочной вилки – точный, простой и эффективный способ проверить работоспособность батареи автомобиля. В итоге вы выясните, заряжен ли аккумулятор.

Подсоедините вилку к нужному полюсу батареи максимум на 5 секунд. Сначала должно быть в районе 12–13 вольт, после пятой секунды – больше 10 вольт, несмотря на снижение. Такой элемент питания считается полностью заряженным, может работать под разными нагрузками.

Когда показатель в ходе тестирования при проверке нагрузочной вилкой снижается до 9 вольт, АКБ неисправен, рекомендуется его замена.

В холодный сезон

Снижение температурных показателей среды вызывает изменения в номинальной плотности рабочего вещества – электролита. С учетом уровня заряда АКБ будет определяться реакция на пониженные температурные показатели.

У полностью заряженной батареи резко возрастет плотность, что вызовет резкий скачок измерений.

Когда блок питания сел, плотность понижается по причине морозов, возникают сложности при запуске мотора.

Водители совершенно ошибочно полагают, что в зимнее время АКБ дополнительно разряжается из-за низких температур воздуха. В реальности роль играет не низкая температура среды, а замедление химических процессов в элементе питания в результате морозов.

Полезные рекомендации

Рекомендации, которые пригодятся при эксплуатации, обслуживании АКБ для продления времени его работы:

  • время от времени тестируйте батарею и как можно чаще (хотя бы раз в квартал) выполняйте подзарядку от сети;
  • следите за исправностью генератора, проводов, функции регулировки напряжения авто для нормального заряда элемента питания во время поездок;
  • замеряйте токовые утечки;
  • замеряйте плотность электролитного вещества после полной зарядки, сравнивайте цифры из таблицы выше, исправляйте ситуацию, если это нужно;
  • держите автоаккумулятор в чистоте, чтобы минимизировать ток утечки.

Не замыкайте выводные выходы автомобильной батареи накоротко, поскольку последствия в данном случае будут плачевными.

Заключение

Из обзора вы узнали, сколько вольт должен показывать заряженный аккумулятор и почему важно контролировать эти значения. Напряжение АКБ, как и емкость, плотность рабочего вещества, дает возможность делать выводы о рабочем состоянии элемента питания.

Первый параметр автоаккумулятора указывает на степень его заряда, показатель учитывайте для продления срока службы элемента питания. Контроль сложностей не представляет, для его выполнения применяется базовый набор инструмента.

На АКБ авто в норме параметр составляет 12,6–12,9 вольта при 100%-й зарядке. Замер значения позволяет оперативно оценивать степень заряда. При этом степень износа, текущее состояние батареи так по показателю понять невозможно.

Чтобы получить точные сведения о состоянии АКБ, проверьте ее емкость, сделайте тест, когда дадите нагрузку. Применяются разные варианты проверки работоспособности батареи, все были рассмотрены в обзоре.

Удобно пользоваться таблицей степени заряда АКБ для всех моделей авто, в которой указываются значения температуры промерзания электролита, его плотности с учетом заряда батареи.

Источник: https://3batareiki.ru/akkumulyatory/avtomobilnye-akkumulyatory/kakoye-napryazheniye-dolzhno-byt-na-akkumulyatore

Как по напряжению определить степень зарядки аккумулятора

Точно на этот вопрос ответить невозможно, так как ответа для практического применения не существует. Можно только приблизительно оценить состояние и степень заряда аккумулятора.

Таблица для оценки степени заряда аккумулятора по напряжению (ЭДС)

Напряжение, измеренное на выводах аккумулятора, В

12,8

12,6

12,2

12,0

меньше 11,8

Оценочная степень заряда аккумулятора, %

100

75

50

25

аккумулятор полностью разряжен

Измерять напряжение на аккумуляторе рекомендуется не ранее чем через шесть часов после отключения его от схемы автомобиля или зарядного устройства. Температура окружающей среды влияет незначительно.

Без ожиданий можно проверить степень заряда аккумулятора, измеряв напряжение на его выводах под нагрузкой. Для этого служат нагрузочные вилки, представляющие собой вольтметр с подключенным параллельно его выводам сопротивлением величиной 0,018-0,020 Ом (для аккумулятора емкостью 40-60 А•ч). Вилка подключается к выводам аккумулятора и через 5-7 секунд снимаются показания вольтметра.

Таблица для оценки степени заряда аккумулятора по напряжению с подключенной нагрузочной вилкой

Напряжение, измеренное на выводах аккумулятора, В

10,5

9,9

9,3

8,7

меньше 8,18

Оценочная степень заряда аккумулятора, %

100

75

50

25

аккумулятор полностью разряжен

Если нет нагрузочной вилки и аккумулятор подключен к бортовой сети автомобиля, то можно нагрузить аккумулятор, включив габаритные огни и дальний свет фар. Так как мощность лампочек фар не менее 50 Вт, то ток нагрузки составит не менее 10 А. Измеренное напряжение при достаточно заряженном аккумуляторе должно быть не менее 11,2 В.

Еще один способ оценки степени заряда аккумулятора – измерение напряжения на его выводах во время пуска двигателя. При исправном стартере, напряжение не должно падать ниже 9,5 В. Если напряжение падает ниже 9,5 В, то аккумулятор сильно разряжен, и его необходимо зарядить. Кстати, этим методом можно определить исправность стартера. Если в автомобиле установлен исправный и полностью заряженный аккумулятор, то падение напряжения на клеммах аккумулятора во время пуска двигателя ниже 9,5 В свидетельствует о неисправности в стартере.

Так как значение напряжения в зависимости от степени заряда аккумулятора изменяется в десятых долях вольта, то и прибор вольтметр должен быть высокой точности. Прибор, имеющий погрешность измерений всего 1% уже даст ошибку в результатах измерения степени заряда 10%. А точность измерений стрелочных приборов редко превышает 5%. Таким прибором измерять бессмысленно. Погрешность его показаний будет превышать диапазон измеряемого напряжения. Поэтому для определения степени заряда аккумулятора по напряжению необходим прибор с погрешностью измерений не хуже 0,1%.

Какое напряжение у полностью заряженного гелевого / agm аккумулятора?

Напряжение полностью заряженного AGM или гелевого аккумулятора составляет 13,0 Вольт.

Перед проверкой напряжения следует отключить всё от плюсовой клеммы АКБ и подождать 10 минут.

Таблица и график зависимости напряжения гелевого аккумулятора от степени разряда.

Для проверки уровня заряда по напряжению следует отключить всё от плюса аккумуляторной батареи и подождать 10 минут перед проведением измерения напряжения.

В следующей таблице приведена примерная зависимость напряжения холостого хода гелевого аккумулятора от степени его разряда.

Напряжение гелевой / AGM АКБ, Вольт Степень разряда
13,0 100% 0%
12,8 90% 10%
12,6 80% 20%
12,4 70% 30%
12,2 60% 40%
12,0 50% 50%
11,8 40% 60%
11,5 30% 70%
11,2 20% 80%
10,9 10% 90%
10,5 0% 100%

Для точной оценки степени разряда следует применять мониторы АКБ.

На следующем графике приведена реальная разрядная характеристика гелевой аккумуляторной батареи емкостью 200 А*час. Разряд производился постоянной мощностью 1300 Ватт (ток разряда плавно увеличивался со 110 до 130 Ампер по мере падения напряжения).

Как видно из этого графика, в начале, при подключении мощной нагрузки напряжение падает на 1 Вольт (при токе разряда 110 Ампер), а в конце, при отключении нагрузки напряжение растет примерно на 2 Вольта. Эти изменения напряжения связаны с падением напряжения на внутреннем сопротивлении АКБ, соединительных проводах и предохранителе, возникающем при подключении нагрузки. По этой причине невозможно только по напряжению точно оценить степень разряда АКБ, к которой подключена нагрузка.

Какое напряжение у полностью разряженного гелевого / agm аккумулятора?

Напряжение полностью разряженного AGM или гелевого аккумулятора составляет 10,5 Вольт.

Перед проверкой напряжения следует отключить всё от плюсовой клеммы АКБ и подождать 10 минут.

Не рекомендуется оставлять свинцово-кислотную АКБ любого типа в разряженном состоянии. Для продления срока службы желательно производить зарядку сразу после полного или частичного разряда.

Информационный сайт о накопителях энергии

Автомобильная батарея состоит из 6 элементов, соединенных последовательно. Каждая банка имеет полный заряд 2,10-2,15 В, поэтому общее напряжение суммируется, составляет 12,6 – 12,8 В. Какое напряжение у АКБ после отключения ЗУ? При установке аккумулятора в авто величина напряжения после зарядки должна быть 12,4 В. это нормально. Аккумулятор автомобиля стартовый, в период запуска двигателя разряжается, в процессе движения восстанавливает энергию от генератора машины. Если напряжение в аккумуляторе снижается до 12 В, устройство требует зарядки от сети. Большая потеря заряда в банках характеризуется, как глубокий разряд, разрушающий батарею.

Напряжение зарядки аккумулятора автомобильным зарядным устройством

Автомобиль, эксплуатируемый с преимуществом длинных пробегов, успевает полностью зарядиться от генератора для следующего пуска. Но заряд его не будет полным. Степень зарядки аккумулятора можно определить по напряжению на клеммах. Чем меньше величина, тем слабее концентрация электролита в банках.

Проверить заряд аккумулятора, можно воспользовавшись мультиметром. Следует установить градуировку «переменный ток» и замерить показатель на клеммах. Можно определить уровень заряда по плотности электролита.

Степень зарядки автомобильного аккумулятора определяется по напряжению, как в таблице.

Чтобы поднять емкость аккумулятора, необходимо зарядить его специальным зарядным устройством. Это преобразователь напряжения, выпрямитель. Аккумуляторы бывают обслуживаемые, необслуживаемые, гелевые, AGM, литиевые. Напряжение и ток зарядки их отличается по напряжению, времени, длительности циклов. Есть универсальные ЗУ, рассчитанные на переключение режимов для разных моделей АКБ, регулирование параметров.

Напряжение на клеммах аккумулятора при зарядке

Для зарядки аккумулятра от зарядного устройства выбирают режим с постоянным током или напряжением. Оба они одинаково эффективны, но применяются к разным батареям. В процессе зарядки и эксплуатации аккумулятора необходимо производить замеры напряжения на клеммах кислотного аккумулятора.

Чтобы зарядить батарею на 12 В, потребуется установить режим постоянного напряжения 16 -16,5 В. Используя ток 14,4 В можно зарядить аккумулятор на 75-85 %. При постоянном напряжении сила зарядного тока величина переменная, ограничивается только ЗУ.

Какое напряжение для зарядки нужно установить? Исходят из достижения критического напряжения, сопровождающегося «кипением» — выделением газа из банок автомобильного аккумулятора. Нормально заряженным считают аккумулятор, с напряжением на клеммах от 12,6 до 14,5 В. Снимать показания следует прибором, не полагаясь на бортовой компьютер. Замеры на работающем двигателе, и в отключенной батарее отличаются.

Допустимое напряжение зарядки на клеммах аккумулятора при работающем моторе варьируется 13,5 -14 В. Показатель показывает недозаряд батареи, если напряжение выше. Нужно повторить замер через 2 минуты, возможно, батарея разрядилась при запуске. Если напряжение зарядки низкое – аккумулятор теряет ресурс или проблемы исходят от автомобильного генератора. Проводить замеры нужно, отключив бортовые системы.

Замеряя напряжение зарядки аккумулятора на неработающем авто, невозможно выявить проблемы с генератором, однако хорошо определяется степень зарядки аккумулятора. Напряжение 12,5 – 14 В говорит об отсутствии проблем. При низком показателе необходимо проверить:

  • состояние электролита – субстанция должна быть прозрачной, уровень нормальным;
  • многое зависит от уровня заряда АКБ;
  • определение возможности подзарядки до оптимального напряжения.

Тестирование выявит проблемы с аккумулятором, его работоспособность.

Зарядка аккумулятора постоянным сопротивлением

Возможна ли зарядка АКБ с постоянным сопротивлением? Из формулы I =U*R, понятно, если установить сопротивление величиной постоянной, то переменными станут ток или напряжение. Но внутри аккумулятора сопротивление – величина переменная, влияющая на поглощение энергии. Полное сопротивление складывается из сопротивления поляризации, которое меняется и омического, остающегося стабильным в одинаковых условиях и для конкретного аккумулятора.

На сопротивление влияют температура, степень разряженности, концентрация электролита, учтенные в характеристиках разрядных кривых АКБ. Но если в формуле сопротивление величина переменная во времени и состоянии автомобильного аккумулятора, то постоянным при зарядке может быть ток, напряжение или комбинирование тока и напряжения. Для сглаживания величины тока зарядки используется резистор — балластное сопротивление.

Какое напряжение выставлять при зарядке аккумулятора

Напряжение это разность потенциалов, и ток потечет в ту сторону, где эта величина будет меньшей. Поэтому напряжение зарядного устройства выбирается всегда выше, чем уровень зарядки автомобильного аккумулятора. Чем больше разница напряжения, тем быстрее и полнее наберет емкость аккумулятор автомобиля после зарядки.

Во время зарядки при постоянном напряжении предел установленного на ЗУ параметра ниже, чем характеристика, при которой начинается выделение газов из обслуживаемого аккумулятора. Какое значение разности потенциалов нужно для зарядки автомобильного аккумулятора? Максимальное напряжение, применяемое при зарядке батареи 16, 5 В. Какой параметр должен быть, зависит от вида АКБ. От напряжения зависит время и полнота зарядки аккумулятора. Соотношение напряжения заряда, восстановления емкости для батареи 12 В за 24 часа таково:

  • Напряжением 14,4 В можно зарядить батарею на 75-80 %;
  • Используя напряжение 15 В степень заряда 85 – 90 %;
  • Напряжением 16 В батарея заряжается на 95 – 97 %;
  • Максимальным напряжением 16,3 -16,5 В батареи заряжаются полностью.

При достижении напряжения на батарее 14,4 – 14,5 на ЗУ загорается сигнал окончания зарядки.

Установлено, что именно это напряжение автомобильного аккумулятора не создает газовыделения после и во время зарядки. Поэтому при реальной эксплуатации автомобилей, генератор через регулятор напряжения ограничивает максимальный уровень напряжения этим значением. Летом этот показатель близок к 100 % емкости, зимой соответствует 13,9-14,3 В, при работающем моторе, что соответствует 70-75 % емкости.

Максимальное напряжение зарядки аккумулятора

Мы знаем, современные авто высокого класса имеют бортовую систему, работающую на 16 В. Какие аккумуляторы применяются в этих АКБ? Для того чтобы не было газовыделения, ситема должна быть закрытой.

Значит, необслуживаемые Ca/Ca аккумуляторы могут выдержать жесткие условия эксплуатации. Для них используется особый режим зарядки. Использование кальция вместо сурьмы позволяет вести зарядку аккумулятора повышенным напряжением, при этом электролит вскипает. Необслуживаемый аккумулятор не терпит резких перепадов напряжения в бортовой сети. Он предназначен для автомобилей с хорошей системой электронного контроля напряжения. Более терпимы к условиям эксплуатации гибридные батареи, из малосурьмянистых и кальциевых пластин.

Напряжение аккумулятора в конце зарядки

После полной зарядки АКБ заряд несколько изменится. Происходит диссоциация электролита с заполнением пор токовыводящих пластин. Установленный в подкапотное пространство автомобильный аккумулятор принимает температуру окружающей среды, и емкость изменится в большую сторону при жаре или падает при минусовых температурах. Поэтому точно узнать после зарядки, какое напряжение аккумулятора автомобиля, можно, установив его на место. Даже, находясь в мастерской, напряжение на клеммах изменяется. Это особенно заметно, если не полностью проведен цикл и ток зарядки не упал до 200 мА. При этом происходит перераспределение заряда, и возможна дополнительная подпитка устройства энергией.

Но если после зарядки аккумулятора напряжение падает на работающей машине – это повод для ревизии генератора или замены аккумулятора.

Зависимость зарядки аккумулятора от напряжения

Каждый вид аккумуляторов заряжается на основании характеристик видов использованный конструкций. Самое низкое напряжение зарядки имеют обслуживаемые, гелевые и литиевые аккумуляторы. Причины вскипание, разрушение состава, пожароопасность. Если обслуживаемый аккумулятор можно зарядить простейшим ЗУ, литиевые и гелевые системы требуют соблюдения 2 ступенчатого комбинированного режима накопления энергии.

Все системы рассчитаны на предотвращение перезаряда, снабжены автоматическим отключением питания при достижении напряжения, какое требуется для автомобильного аккумулятора. При зарядке происходит постепенное снижение силы тока из-за повышения сопротивления, напряжение остается стабильным. После зарядки процесс электрохимической реакции продолжается, в виде незначительного саморазряда.

Важно, чтобы напряжение зарядки всегда превышало параметры, нужные для эксплуатации прибора. Чтобы ток перетекал, нужен уклон, которым является разность напряжения между ЗУ и батареей.

Видео

Предлагаем посмотреть советы специалиста, как правильно заряжать и обслуживать аккумулятор автомобиля, какое напряжение должно быть на аккумуляторе после зарядки.

Аккумулятор полностью заряжен: как убедиться и определить степень заряда

В среднем, аккумулятор заряжается 8–10 часов, но потраченное время зависит от многих факторов. Важно убедиться, что запитка полностью завершена и для этого можно определить остаточную емкость аккумулятора. Учитывая техническую сложность процесса, рекомендуется использовать более простой способ – проверка вольтметром.

Базовый принцип: установите вольтметр на клеммы аккумулятора с зарядкой. Если в течении часа напряжение не увеличивается при токе заряда, который не изменяется, значит АКБ заряжен на 100%. Для этого способа можно применять вольтметр даже с большой погрешностью, ведь главное не столько сами показатели, сколько постоянство напряжения.

Правила определения степени заряда аккумулятора

На выбор автомобилиста представлено несколько способов, проверенных временем и опытом, в частности:

· для моделей с жидкой кислотой, можно измерять плотность электролита с помощью ареометра;

· на выводах аккумулятора измерять напряжение нагрузочной вилкой. При рабочем стартере напряжение не должно быть ниже 9,5В. Этим методом определяется исправность стартера: если вы знаете и проверили зарядку АКБ другим методом, но напряжение ниже 9,5 В, значит, стартер подлежит ремонту.

· по показателям напряжения на выводах электрооборудования автомобиля;

· по показателям напряжения на выводах, но без нагрузки.

Наиболее популярный и простой метод – оценка показателей гидрометрического индикатора, если он встроен в салон авто.

Важно проводить все замеры при комнатной температуре, то есть 20–25 градусов. Для получения объективной информации стоит использовать таблицы, в которых подаются важные сравнительные данные. Для удобства водителей представлены таблицы, позволяющие получить данные на основе:

Таблица оценки степени заряда аккумулятора по напряжению

Напряжение

аккумулятора, В

6

6,32

6,22

6,12

6,03

<6,0

12

12,65

12,35

12,10

11,95

<11,7

24

25,28

24,71

24,22

23,91

<23,4

Температура замерзания, °С

-58

-40

-28

-15

-10

Степень заряда, %

100

75

50

25

0

Таблица оценки степени заряда АКБ по плотности электролита

Плотность электролита, г/см³

1,27

1,23

1,19

1,16

<1,12

Температура замерзания, °С

-58

-40

-28

-15

-10

Степень заряда, %

100

75

50

25

0

Таблица для оценки степени заряда аккумулятора

по напряжению с подключенной нагрузочной вилкой

Напряжение на выводах аккумулятора, В

10,5

9,9

9,3

8,7

<8,2

Степень заряда, %

100

75

50

25

0

Для того чтобы измерять напряжение на выходе, предварительно стоит дать покой аккумулятору минимум на 6 часов и предварительно отключить его от автомобильной системы.

В среднем, для уверенного старта и поддержания всех электрических приборов в рабочем состоянии уровень зарядки АКБ должен быть не меньше 60%.

Заряд аккумулятора по напряжению: таблица

Напряжение аккумулятора автомобиля — ведущий показатель, на основании которого грамотному водителю следует делать выводы о том, в каком состоянии находится АКБ, нуждается ли она в зарядке или в замене. Известно, что имеется прямая зависимость напряжения от уровня заряда автомобильного аккумулятора. Вначале мы рассмотрим вопрос о том, на основании каких показателей напряжения можно сделать вывод о работоспособности АКБ, почему батарея теряет U и что означает норма напряжения. После этого попробуем определить заряд аккумулятора по напряжению: таблица, на основании которой делаются те или иные выводы о состоянии батареи, будет приложена в конце статьи.

Аккумулятор теряет напряжение: в чем причина?

Если заряженный источник питания быстро разряжается, причин такого «поведения» батареи может быть несколько. Уровень заряда аккумулятора может быстро падать вследствие естественной причины: АКБ просто исчерпала свой ресурс обычным путем и нуждается в замене.

Также может выйти из строя генератор, который заряжает батарею в процессе езды, помогая ей поддерживать необходимый уровень рабочего состояния. Если аккумулятор еще не старый, и генератор в порядке — вероятно, в автомобиле есть серьезные проблемы с током в виде его постоянной утечки.

Кроме этого, бортовая сеть автомобиля может быть неисправной — например, магнитола или какой-нибудь другой прибор берет слишком много тока, и аккумулятор просто не справляется с этой нагрузкой.

Для того чтобы устранить падение напряжения, иногда бывает достаточно исправить возникшую неполадку путем технического осмотра, выявления причины, ее устранения и повторных замеров напряжения на клеммах аккумулятора после нескольких часов его эксплуатации. Важно оценить и такие показатели, как уровень плотности электролита, а также измерить напряжение под нагрузкой и без нее. Подробнее о проверке АКБ нагрузочной вилкой →

Что означает нормальное напряжение аккумулятора?

Для нормальной работы батареи ее напряжение должно колебаться в пределах 12,6-12,7 вольт, не меньше. Эта норма должна быть усвоена начинающими водителями, как таблица умножения — для того, чтобы не пропустить критический уровень падения заряда аккумулятора и не оказаться в том положении, когда машина внезапно «встанет».

Также следует знать и о том, что, в зависимости от характеристик АКБ и автомобиля, а также иных сопутствующих условий, норма может изменяться — до 13 вольт и чуть выше. Именно так утверждают некоторые производители аккумуляторных батарей, и этот фактор тоже нужно принимать во внимание. То, сколько вольт должно быть в идеале — цифра относительная. Но ориентироваться всегда нужно на показания от 12,6 до 13,3 вольт — в зависимости от типа и страны-производителя АКБ.

Если напряжение в батарее опускается ниже 12 вольт — она разряжена, как минимум, наполовину, а когда оно падает ниже 11,6 вольт — аккумулятор срочно нуждается в зарядке.

Итак, норма показателя напряжения большей части автомобильных АКБ — от 12,6 до 12,7 вольт, а если используется нестандартная модель аккумулятора, норма U может быть несколько выше: 13 вольт, но максимум 13,3. Некоторые начинающие автомобилисты спрашивают о том, какой должен быть показатель U в идеале. Идеальных цифр, разумеется, нет, поскольку меняться может и уровень тока в сети авто, и погодные условия, и потребление энергии отдельными элементами бортовой сети автомобиля.

Для того чтобы не пропустить того момента, когда заряд батареи станет понижаться до критического уровня, существует так называемая таблица заряда АКБ. Если вы замерили U на клеммах вашей батареи, можно определить заряд аккумулятора по напряжению: таблица поможет сориентироваться в этом. В ней выведена прямопропорциональная зависимость U от уровня заряженности АКБ в процентном соотношении.

Также в таблице приведены показатели плотности электролита и температуры, при которой он может замерзать в холодное время года — тоже в зависимости от того, каков уровень заряда и U в аккумуляторе.

Таблица уровня заряженности АКБ

Плотность электролита, гр/см³ Напряжение (вольтаж) без нагрузки Напряжение (вольтаж) под нагрузкой 100 ампер Уровень заряженности АКБ, в % Температура замерзания электролита, в °С
1,11 11,7 8,4 0 -7
1,12 11,76 8,54 6 -8
1,13 11,82 8,68 12,56 -9
1,14 11,88 8,84 19 -11
1,15 11,94 9 25 -13
1,16 12 9,14 31 -14
1,17 12,06 9,3 37,5 -16
1,18 12,12 9,46 44 -18
1,19 12,18 9,6 50 -24
1,2 12,24 9,74 56 -27
1,21 12,3 9,9 62,5 -32
1,22 12,36 10,06 69 -37
1,23 12,42 10,2 75 -42
1,24 12,48 10,34 81 -46
1,25 12,54 10,5 87,5 -50
1,26 12,6 10,66 94 -55
1,27 12,66 10,8 100 -60

State of Charge — обзор

В общем, зарядка или разрядка аккумуляторной батареи ограничивается низкочастотными колебаниями из-за ее электрохимических реакций, тогда как батарея суперконденсаторов хорошо поглощает высокочастотные колебания мощности из-за своего электростатического режима ( Tummuru et al., 2015; Nehrir et al., 2011). Кроме того, уровень заряда (SOC) устройств накопления энергии должен быть ограничен до их крайних пределов. Принимая во внимание все эти факты, рекомендуется разделить команду полной мощности на высокочастотные и низкочастотные команды и подавать ее отдельно на батарею и батарею суперконденсаторов.Следовательно,

(3.9) Pess = Pess, hf + Pess, lf

, где P ess , hf и P ess , lf и составляют высокочастотный низкочастотные колебания в команде мощности. P ess , lf и P ess , hf могут быть индивидуально разделены на команды разрядки и зарядки в зависимости от их знака.

(3.10) Песс, hf = Pess, hf, dis + Pess, hf, cha

(3.11) Pess, lf = Pess, lf, dis + Pess, lf, cha

, где P ess , hf , dis , P ess , hf , cha , P ess , lf , dis , и , P ess , lf , cha — это команды высокочастотной разрядки, зарядки, низкочастотной разрядки и мощности зарядки соответственно.Фильтр нижних частот с частотой среза « ω c » используется для фильтрации низкочастотной команды мощности из P ess .

SOC суперконденсатора должен быть ограничен между SOC sc, min и SOC sc, max . Точно так же SOC батареи должен быть ограничен между крайними значениями SOC bat, min и SOC bat, max .Лучше всего не допускать дальнейшего поглощения накопителем энергии, когда его предел SOC находится на верхнем пределе, и наоборот. Для этого энергосистема должна воспроизводить работу запоминающего устройства во время их работы с экстремальными предельными значениями SOC. Независимо от того, является ли P ess положительным, отрицательным или нулевым, следующие комбинации могут существовать в различных условиях системы. Это

Батарея + суперконденсатор

Эта комбинация имеет преимущественную силу до тех пор, пока пределы SOC обоих устройств находятся в их крайних пределах, или когда SOC HESD находится на / ниже своего нижнего предела и существует эталонная мощность зарядки на ESD или когда SOC HESD находится на своем верхнем пределе, и HESD настаивает на разрядке в этот момент.Во время такой комбинации устройств энергосистема остается подключенной к микросети постоянного тока при надлежащей синхронизации, но не передает мощность, то есть энергосистема остается в режиме ожидания.

Батарея + электросеть

Эта комбинация устройств вступает в действие только тогда, когда SOC суперконденсатора находится на нижнем пределе и существует эталонная мощность разряда для устройства и / или когда SOC суперконденсатор находится на своем верхнем пределе, и в цепи постоянного тока имеется избыточная мощность.Во время такой комбинации устройств энергосистема остается подключенной к микросети постоянного тока при надлежащей синхронизации и обеспечивает необходимый двунаправленный высокочастотный поток энергии, то есть заменяет суперконденсатор.

Суперконденсатор + энергосеть

Энергетическая сеть выполняет задачу батареи, когда SOC батареи находится на нижнем пределе и есть потребность в низкочастотной мощности в звене постоянного тока или когда Уровень заряда батареи находится на верхнем пределе, а в цепи постоянного тока имеется низкочастотная избыточная мощность.Во время этой комбинации устройств энергосистема остается подключенной к микросети постоянного тока при надлежащей синхронизации и обеспечивает требуемый двунаправленный поток энергии.

Только коммунальная сеть

Коммунальная сеть дополняет функцию как аккумуляторной батареи, так и суперконденсатора только тогда, когда пределы SOC обоих устройств находятся на своих максимальных / минимальных пределах и есть требование для поглощения / отключения питание от / до промежуточного контура. Здесь энергосистема обеспечивает двунаправленный поток энергии как в высокочастотном, так и в низкочастотном направлении.

Высвободившиеся опорные токи подаются на соответствующие контроллеры тока на основе триггеров SR для надлежащего отслеживания.

Методы оценки состояния заряда батареи: обзор

Дан обзор новых и текущих разработок в методах оценки состояния заряда (SOC) для батареи, в котором основное внимание уделяется математическим принципам и практическим реализациям. Поскольку SOC батареи является важным параметром, который отражает производительность батареи, точная оценка SOC не только защищает батарею, предотвращает перезаряд или разрядку и увеличивает срок службы батареи, но также позволяет приложению принимать рациональные стратегии управления для достижения цели: сохранение энергии.В данной статье дается обзор литературы по категориям и математическим методам оценки SOC. На основе оценки методов оценки SOC предлагается дальнейшее направление развития оценки SOC.

1. Введение

Рост цен на сырую нефть и мировая осведомленность об экологических проблемах привели к активному развитию систем хранения энергии. Батарея является одной из самых привлекательных систем хранения энергии из-за ее высокой эффективности и низкого уровня загрязнения окружающей среды [1].В настоящее время в промышленности используются несколько типов батарей: свинцово-кислотные, никель-металлгидридные, никель-кадмиевые и литий-ионные. Батарея обладает преимуществами высокого рабочего напряжения ячейки, низкого уровня загрязнения, низкой скорости саморазряда и высокой плотности мощности. Аккумуляторы обычно используются в портативных коммунальных службах, гибридных электромобилях и в промышленности [2].

Оценка SOC является фундаментальной проблемой при использовании батарей. SOC батареи, который используется для описания ее оставшейся емкости, является очень важным параметром для стратегии управления [3].Поскольку SOC является важным параметром, который отражает характеристики батареи, точная оценка SOC может не только защитить батарею, предотвратить переразряд и увеличить срок службы батареи, но также позволит приложению разработать рациональные стратегии управления для экономии энергии [4] . Однако батарея является источником химического хранения энергии, и к этой химической энергии нельзя получить прямой доступ. Эта проблема затрудняет оценку SOC батареи [5]. Точная оценка SOC остается очень сложной и трудной для реализации, потому что модели батарей ограничены и есть параметрические неопределенности [6].На практике можно найти множество примеров плохой точности и надежности оценки SOC [7].

В этой статье представлен подробный обзор существующих математических методов, используемых при оценке SOC, и дополнительно определены возможные разработки в будущем.

2. Определение и классификация оценки SOC

SOC — один из наиболее важных параметров для батарей, но его определение связано с множеством различных проблем [5]. В общем, SOC батареи определяется как отношение ее текущей емкости () к номинальной емкости ().Номинальная емкость указывается производителем и представляет собой максимальное количество заряда, которое может храниться в аккумуляторе. SOC можно определить следующим образом:

Различные математические методы оценки классифицируются в соответствии с методологией. Классификация этих методов оценки SOC различается в разных литературных источниках. Однако в некоторых литературных источниках [5, 7] допускается разделение на следующие четыре категории: (i) Прямое измерение: этот метод использует физические свойства батареи, такие как напряжение и импеданс батареи.(ii) Бухгалтерская оценка: этот метод использует ток разряда в качестве входа и интегрирует ток разряда с течением времени для расчета SOC. (iii) Адаптивные системы: адаптивные системы проектируются самостоятельно и могут автоматически настраивать SOC для различных условий разгрузки. Были разработаны различные новые адаптивные системы для оценки SOC. (Iv) Гибридные методы: гибридные модели извлекают выгоду из преимуществ каждого метода оценки SOC и обеспечивают глобально оптимальную производительность оценки.Литература показывает, что гибридные методы обычно дают хорошую оценку SOC по сравнению с отдельными методами.

В таблице 1 представлены конкретные методы оценки SOC с учетом методологии. Применение конкретных методов оценки SOC в системе управления батареями (BMS), как следствие, различается.

Модифицированный метод подсчета y нейронная сеть

Категории Математические методы

Прямое измерение (i) Метод напряжения холостого хода 9018 (ii) Метод напряжения холостого хода 9018 (ii) (iii) Метод импеданса
(iv) Метод импедансной спектроскопии

Оценка бухгалтерского учета (i) Кулоновский метод подсчета
(ii) Модифицированный метод подсчета

Адаптивные системы (i) Нейронная сеть BP
(ii) Нейронная сеть RBF
(iii) Машина поддержки векторов
(iv) (v) Фильтр Калмана

Гибридные методы (i) Кулоновский счет и комбинация ЭДС
(ii) Кулоновский счет и комбинация фильтра Калмана
(iii) Индивидуальная система и комбинация EKF


3.Обзор математических методов оценки SOC
3.1. Прямое измерение

Методы прямого измерения относятся к некоторым физическим свойствам батареи, таким как напряжение на клеммах и импеданс. Было использовано множество различных прямых методов: метод измерения напряжения холостого хода, метод измерения напряжения на клеммах, метод измерения импеданса и метод спектроскопии импеданса.

3.1.1. Метод измерения напряжения холостого хода

Существует приблизительно линейная зависимость между SOC свинцово-кислотной батареи и ее напряжением холостого хода (OCV), определяемая по формуле где — SOC батареи в, — напряжение на клеммах батареи, когда SOC = 0%, и получается из знания значения и при SOC = 100%.Согласно (2) оценка SOC эквивалентна оценке его OCV [8]. Метод OCV, основанный на OCV аккумуляторов, пропорционален SOC, когда они отключены от нагрузок на период более двух часов. Однако такое длительное время отключения может оказаться слишком большим, чтобы быть реализованным для батареи [9].

В отличие от свинцово-кислотной батареи, литий-ионная батарея не имеет линейной зависимости между OCV и SOC [10]. Типичное соотношение литий-ионных аккумуляторов между SOC и OCV показано на рисунке 1 [11].Взаимосвязь OCV и SOC была определена путем приложения импульсной нагрузки к литий-ионной батарее, которая затем позволяла батарее достичь равновесия [12].


Отношения между OCV и SOC не могут быть одинаковыми для всех батарей. Поскольку обычные OCV-SOC различаются между батареями, существует проблема, заключающаяся в том, что для точной оценки SOC необходимо измерять соотношение OCV-SOC. Ли и др. [13] предложили модифицированное отношение OCV-SOC, основанное на традиционном OCV-SOC.SOC и емкость литий-ионного аккумулятора оцениваются с помощью двойного расширенного фильтра Калмана по предложенному методу.

3.1.2. Метод напряжения на клеммах

Метод определения напряжения на клеммах основан на падении напряжения на клеммах из-за внутренних сопротивлений при разряде аккумулятора, поэтому электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора пропорциональна напряжению на клеммах. Поскольку ЭДС батареи приблизительно линейно пропорциональна SOC, напряжение на клеммах батареи также приблизительно линейно пропорционально SOC.Метод напряжения на клеммах использовался при различных токах и температурах разряда [14]. Но в конце разряда батареи оценочная погрешность метода измерения напряжения на клеммах велика, потому что напряжение на клеммах батареи внезапно падает в конце разряда [15].

3.1.3. Метод импеданса

Среди используемых методов измерения импеданса позволяют получить информацию о нескольких параметрах, величина которых может зависеть от состояния заряда батареи.Хотя параметры импеданса и их вариации в зависимости от SOC не уникальны для всех аккумуляторных систем, представляется необходимым выполнить широкий спектр экспериментов по импедансу для идентификации и использования параметров импеданса для оценки SOC данной батареи [16, 17] .

3.1.4. Метод импедансной спектроскопии

Метод импедансной спектроскопии измеряет полное сопротивление батареи в широком диапазоне частот переменного тока при различных токах заряда и разряда. Значения импеданса модели находятся методом наименьших квадратов, аппроксимирующим измеренные значения импеданса.SOC может быть косвенно выведен путем измерения текущего импеданса батареи и сопоставления его с известным импедансом на различных уровнях SOC [18, 19].

3.2. Бухгалтерская оценка

Бухгалтерская оценка использует в качестве входных данных текущие данные о разряде батареи. Этот метод позволяет учесть некоторые внутренние эффекты батареи, такие как саморазряд, потеря емкости и эффективность разряда. Были использованы два вида методов бухгалтерской оценки: метод кулоновского счета и модифицированный метод кулоновского счета.

3.2.1. Метод кулоновского счета

Метод кулоновского счета измеряет ток разряда батареи и интегрирует ток разряда с течением времени для оценки SOC [20]. Метод кулоновского подсчета используется для оценки, которая оценивается по току разряда, и ранее оцененным значениям SOC,. SOC рассчитывается по следующей формуле:

Но есть несколько факторов, которые влияют на точность метода кулоновского счета, включая температуру, историю батареи, ток разряда и срок службы [20].

3.2.2. Модифицированный метод кулоновского счета

Для улучшения метода кулоновского счета предлагается новый метод, называемый модифицированным методом кулоновского счета. Модифицированный метод кулоновского счета использует скорректированный ток для повышения точности оценки.

Скорректированный ток является функцией тока разряда. Существует квадратичная зависимость между скорректированным током и током разряда батареи. По экспериментальным данным скорректированный ток рассчитывается по следующей форме: где, и — постоянные значения, полученные из практических экспериментальных данных.

В модифицированном методе кулоновского счета SOC рассчитывается по следующему уравнению:

Результаты экспериментов показывают, что точность модифицированного метода кулоновского счета превосходит точность обычного метода кулоновского счета.

3.3. Adaptive Systems

Недавно, с развитием искусственного интеллекта, были разработаны различные новые адаптивные системы для оценки SOC. Новые разработанные методы включают нейронную сеть с обратным распространением (BP), нейронную сеть с радиальной базисной функцией (RBF), методы нечеткой логики, опорную векторную машину, нечеткую нейронную сеть и фильтр Калмана.Адаптивные системы — это самопроектируемые системы, которые могут автоматически настраиваться в изменяющихся системах. Поскольку аккумуляторы подвержены влиянию многих химических факторов и имеют нелинейное SOC, адаптивные системы предлагают хорошее решение для оценки SOC [5].

3.3.1. Нейронная сеть BP

Нейронная сеть BP — самый популярный тип в искусственных нейронных сетях. Нейронная сеть BP применяется для оценки SOC из-за их хорошей способности к нелинейному отображению, самоорганизации и самообучению [1].В соответствии с постановкой задачи, взаимосвязь между входом и целью является нелинейной и очень сложной при оценке SOC [21]. Индикатор SOC на основе искусственной нейронной сети предсказывает текущий SOC, используя последние данные о напряжении, токе и температуре окружающей среды батареи [22].

Архитектура нейронной сети, оценивающей БП, показана на рисунке 2. Архитектура нейронной сети БП содержит входной уровень, выходной уровень и скрытый слой. Входной слой имеет 3 нейрона для конечного напряжения, тока разряда и температуры, скрытый слой имеет нейроны, а выходной слой имеет только один нейрон для SOC [1].


Суммарный вход нейрона в скрытом слое рассчитывается по следующей форме: где — суммарный вход нейрона скрытого слоя; является входом в нейрон скрытого слоя от нейрона входного слоя; — вес между нейроном входного слоя и нейроном скрытого слоя; — смещение нейрона скрытого слоя.

Функция активации, применяемая к нейрону в скрытом слое, является функцией гиперболического тангенса, которая вычисляется по следующему уравнению:

Суммарный вход нейрона в выходном слое рассчитывается по формуле где — суммарный вход нейрона выходного слоя; является входом в нейрон выходного слоя из нейрона скрытого слоя; — вес между нейроном скрытого слоя и нейроном выходного слоя; — смещение нейрона выходного слоя; — количество нейронов в скрытом слое.

Функция активации, применяемая к нейрону в выходном слое, является сигмоидной функцией в виде следующего уравнения:

3.3.2. Нейронная сеть RBF

Нейронная сеть RBF — полезная методология оценки для систем с неполной информацией. Его можно использовать для анализа отношений между одной основной (эталонной) последовательностью и другими сравнительными последовательностями в данном наборе. При оценке SOC использовалась нейронная сеть RBF. Метод был протестирован с данными, полученными в результате экспериментов с батареями.Результаты показывают, что скорость работы и точность оценивания оценочной модели могут соответствовать требованиям на практике, и модель имеет определенную ценность для применения [23, 24].

В [1] метод оценки SOC нейронной сети RBF использует входные данные о напряжении на клеммах, токе разряда и температуре батареи для оценки SOC для LiFePO 4 батареи при различных условиях разряда. Получено хорошее согласие экспериментальных данных.

3.3.3. Метод нечеткой логики

Метод нечеткой логики обеспечивает мощное средство моделирования нелинейных и сложных систем. В [25] практический метод оценки SOC аккумуляторной системы был разработан и протестирован для нескольких систем. Метод предполагает использование нечетких логических моделей для анализа данных, полученных с помощью импедансной спектроскопии и / или методов кулоновского счета. В [26] метод оценки SOC на основе нечеткой логики был разработан для литий-ионных батарей для потенциального использования в портативных дефибрилляторах.Были выполнены измерения импеданса переменного тока и восстановления напряжения, которые используются в качестве входных параметров для модели нечеткой логики.

Singh et al. [27] представили систему оценки, которая может выбирать функции в базе данных для разработки нечетких логических моделей как для доступной емкости, так и для оценки SOC, просто путем измерения импеданса на трех частотах. В [28] SOC оценивается усовершенствованным методом кулоновской метрики, а изменение, зависящее от времени, компенсируется с помощью обучающей системы.Система обучения настраивает метод кулоновской метрики таким образом, чтобы в процессе оценки оставалось безошибочное изменение, зависящее от времени. Предлагаемая система обучения использует модели нечеткой логики, которые не используются для оценки SOC, но работают как компонент системы обучения.

3.3.4. Машина опорных векторов

Машина опорных векторов (SVM) применялась для классификации в различных областях распознавания образов. SVM также применяется для решения проблемы регрессии, даже если проблема регрессии по своей сути более сложна, чем проблема классификации.SVM, используемая в качестве нелинейной системы оценки, более надежна, чем система оценки наименьших квадратов, поскольку она нечувствительна к небольшим изменениям [29].

Хансен и Ван [29] исследовали применение SVM для оценки SOC литий-ионной батареи. Оценщик на основе SVM не только устраняет недостатки оценщика SOC с кулоновским счетом, но также дает точные оценки SOC.

3.3.5. Нечеткая нейронная сеть

Нечеткая нейронная сеть (FNN) использовалась во многих приложениях, особенно для идентификации неизвестных систем.При идентификации нелинейных систем FNN может эффективно соответствовать нелинейной системе путем вычисления оптимизированных коэффициентов механизма обучения [30].

Ли и др. [31] исследовали метод мягких вычислений для оценки состояния заряда отдельных батарей в цепочке батарей. Подход мягких вычислений использует сочетание FNN с функциями принадлежности B-сплайна и генетическим алгоритмом сокращенной формы.

3.3.6. Фильтр Калмана

Использование дорожных данных в режиме реального времени для оценки SOC батареи обычно бывает сложно или дорого измерить.В [32] показано, что применение метода фильтра Калмана обеспечивает поддающиеся проверке оценки SOC для батареи посредством оценки состояния в реальном времени.

Яцуи и Бай [33] представили метод оценки SOC на основе фильтра Калмана для литий-ионных батарей. Экспериментальные результаты подтверждают эффективность фильтра Калмана во время онлайн-заявки. Barbarisi et al. [34] представили расширенный фильтр Калмана (EKF) для оценки концентраций основных химических веществ, которые усредняются по толщине активного материала, чтобы получить SOC батареи, используя измерения тока и напряжения на клеммах.

На основе теории фильтра Калмана без запаха (UKF) и комплексной модели батареи в [35] предлагается новый метод оценки SOC. Результаты показывают, что метод UKF превосходит метод расширенного фильтра Калмана в оценке SOC для батареи. Sun et al. [36] представили адаптивный метод UKF для оценки SOC литий-ионной батареи для аккумуляторных электромобилей. Адаптивная регулировка ковариации шума в процессе оценки SOC реализована с помощью идеи ковариационного согласования в контексте UKF.

3.4. Гибридные методы

Цель гибридных моделей состоит в том, чтобы извлечь выгоду из преимуществ каждого метода и получить глобально оптимальную эффективность оценки. Поскольку информация, содержащаяся в отдельном методе оценки, ограничена, гибридный метод может максимизировать доступную информацию, интегрировать информацию отдельной модели и наилучшим образом использовать преимущества нескольких методов оценки, тем самым повышая точность оценки. Литература показывает, что гибридные методы обычно дают хорошие результаты оценки SOC по сравнению с отдельными методами [37–39].Гибридные методы сочетают в себе различные подходы, такие как метод прямого измерения и метод бухгалтерской оценки.

3.4.1. Комбинация кулоновского счета и ЭДС

Был разработан и реализован новый метод оценки SOC, который сочетает в себе метод прямого измерения с измерением ЭДС аккумуляторной батареи в состоянии равновесия и бухгалтерской оценкой с методом кулоновского счета во время состояния разряда. система [37].

Любая батарея теряет емкость во время езды на велосипеде.Чтобы точно рассчитать SOC и оставшееся время выполнения (RRT), а также улучшить способность системы оценки SOC справляться с эффектом старения, вводится простой алгоритм адаптации Qmax. В этом алгоритме стабильные условия зарядового состояния используются для адаптации Qmax к эффекту старения.

Эта статья доказала, что алгоритм адаптации Qmax может улучшить точность оценки SOC и RRT даже для новой батареи. Поскольку батарея теряет емкость во время цикла, делается вывод, что алгоритм адаптации Qmax существенно увеличит SOC и точность оценки RRT.

3.4.2. Комбинация кулоновского счета и фильтра Калмана

Wang et al. [38] предложили новый метод оценки SOC, обозначенный как «метод Калмана», который использует метод фильтра Калмана для корректировки начального значения, используемого в методе кулоновского счета. В методе KalmanAh используется метод фильтра Калмана, чтобы приблизительное начальное значение сходилось к его реальному значению. Затем метод кулоновского счета применяется для оценки SOC для длительного рабочего времени. Ошибка оценки SOC равна 2.5% по сравнению с реальным SOC, полученным при испытании на разряд. Это выгодно отличается от ошибки оценки 11,4% при использовании метода кулоновского счета.

3.4.3. Система на единицу и комбинация EKF

Ким и Чо [39] описали применение EKF в сочетании с системой на единицу (PU) для идентификации подходящих параметров модели батареи для высокоточной оценки SOC литий-ионной батареи. деградированный аккумулятор. Чтобы применить параметры модели батареи, изменяемые эффектом старения, на основе системы PU, абсолютные значения параметров в модели эквивалентной схемы в дополнение к напряжению на клеммах и току преобразуются в безразмерные значения относительно набора базовых значений.Преобразованные значения применяются к динамическим и измерительным моделям в алгоритме EKF.

4. Будущее оценки SOC

Поскольку системы накопления энергии были выдвинуты на первый план в портативной электронике и гибридных электрических транспортных средствах, точность оценки SOC становится все более важной. В последние годы многие ученые провели много исследований по оценке SOC. Точность оценок постоянно улучшается, и можно ожидать, что интенсивные исследования и разработки уже ведутся.В целях дальнейшего улучшения оценок SOC в сочетании с некоторыми литературными источниками ожидаемые улучшения для дальнейших исследований включают следующие области: (i) Проведите дальнейшие исследования гибридных методов, таких как сочетание метода прямого измерения и метода бухгалтерской оценки для достижения хороших результатов. результаты в онлайн-оценке SOC. (ii) Существующий метод оценки должен использоваться в различных типах аккумуляторов. Провести дальнейшие исследования практического универсального применения этих методов. (Iii) Углубить дальнейшие исследования по улучшению способности системы оценки SOC справляться с эффектом старения батареи.(iv) Изучение более новых методов искусственного интеллекта и улучшение их алгоритмов обучения для достижения точности оценки SOC. Кроме того, новые методы на сложной местности будут в центре внимания будущих исследований. (V) Для дальнейшего повышения эффективности оценки метода нейронной сети необходимо изучить и интегрировать оптимальные методы поиска для оптимального количества нейронов в скрытом слое. метод нейронной сети. (vi) Провести дальнейшие исследования по оценке адаптивных параметров. Модели могут автоматически адаптироваться к разным типам батарей, различным условиям разряда и разным старым батареям.(vii) Установить более точную систему оценки и стандарт для измерения эффективности метода оценки SOC.

5. Выводы

В этой статье представлен обзор оценки SOC батареи при различных условиях разряда. Обсуждались четыре категории оценочных математических методов, которые имеют свои особенности. Статьи были отобраны, чтобы подчеркнуть разнообразие математических методов оценки. Некоторые из этих методов имеют хорошие характеристики при фиксированном токе разряда, в то время как другие лучше работают в условиях переменного тока разряда.Трудно оценить производительность различных методов, поскольку существующие приложения находились в разных условиях разряда и разного размера батареи. Ожидается, что разработка различных методов оценки SOC будет полезна для аккумуляторных приложений, таких как BMS, в гибридных электромобилях. Основываясь на истории развития оценки SOC, в конце предлагаются будущие направления развития оценки SOC.

Благодарность

Автор выражает благодарность Национальному научному совету ОКР за финансовую поддержку в рамках гранта No.НСК 101-2221-Е-129-005.

Тестер батарей | Состояние заряда

[20040]

Тестер состояния заряда аккумуляторной батареи — это электрическое устройство, предназначенное для проверки срока службы и возможности зарядки аккумуляторной батареи. Тестер состояния заряда может предоставить информацию о текущем состоянии зарядки аккумулятора и его выходном напряжении, обнаружив при этом любые недостатки, которые могут повлиять на общую производительность аккумулятора. Некоторые из вопросов, на которые может ответить тестер состояния зарядки, включают:

  • Можно ли полностью зарядить аккумулятор?
  • Соответствует ли заряд спецификациям производителя?
  • На сколько хватит заряда?
  • Все ли предохранительные устройства работают?
  • Произошло ли заметное ухудшение работы?

Состояние заряда (SoC)

Состояние заряда батарей можно определить с помощью методов косвенного измерения в режиме онлайн и в автономном режиме.Автономный метод включает подсчет кулонов, который включает вычитание емкости, которая была снята с батареи за определенный период времени, и вычитание ее из максимальной емкости батареи. Однако в этом методе есть ошибки, возникающие в каждом цикле, которые необходимо учитывать. Некоторые из методов тестирования для определения степени заряда включают:

  • Напряжение
  • Давление
  • Химическая промышленность
  • Фильтрация Калмана
  • Текущая интеграция

Как работает тестер аккумулятора?

Тестер состояния заряда батареи проверяет мощность батареи путем измерения ее проводимости, которая в основном является ее номинальной выходной мощностью в амперах.Отсюда можно определить, достаточна ли мощность, обеспечиваемая батареей. Тестер уровня заряда Battery Doctor® от WirthCo предоставляет эту информацию одним нажатием кнопки.

Если аккумулятор нуждается в подзарядке, просто подсоедините зарядное устройство Battery Doctor® непосредственно к тестеру Battery Doctor® для простого подключения без использования инструментов. Тестер состояния заряда Battery Doctor® также защищен от обратной полярности и поставляется с 24-дюймовым проводом и предохранителем на 3 А. Тестер аккумулятора WirthCo также работает со всеми зарядными устройствами Battery Doctor®!

Приложения для тестера батарей

Тестер уровня заряда батареи обеспечивает спокойствие во время путешествий или в любом месте, где необходима надежная батарея.Тестер состояния заряда может предоставить информацию о текущем состоянии зарядки аккумулятора и его выходном напряжении, обнаружив при этом любые недостатки, которые могут повлиять на общую производительность аккумулятора. Некоторые из транспортных средств, для которых может быть полезен тестер аккумуляторов, включают:

  • Грузовые автомобили
  • Легковые автомобили
  • Лодки
  • внедорожников
  • квадроциклы
  • Мотоциклы
  • и др.
Свяжитесь с WirthCo, чтобы узнать о тестере батареи, который нужен сегодня

Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации о наших тестерах заряда Battery Doctor® сегодня или запросите ценовое предложение для углубленного анализа цен.

На пути к расширенной оценке состояния заряда литий-ионных аккумуляторов с использованием оптимизированных методов машинного обучения

Оценка SOC с помощью теста постоянного разряда (CDT)

В этом разделе представлены экспериментальные результаты SOC при различных значениях тока разряда. Превосходство LSA сравнивается с тремя мощными алгоритмами оптимизации, а именно с поисковой оптимизацией с обратным отслеживанием (BSA), алгоритмом гравитационного поиска (GSA) и методами оптимизации роя частиц (PSO).Как показано на рисунке 1, LSA работает лучше по сравнению с алгоритмами BSA, GSA и PSO в достижении минимальной целевой функции и точных результатов оценки SOC. Наилучшие значения входных задержек (ID), задержек обратной связи (FD) и скрытых нейронов (HN) RNARX вычисляются путем отслеживания наименьшего значения целевой функции в кривых отклика оптимизации. Например, в испытании на постоянный разряд (CDT) при 1,5 кулонах (C) минимальное значение целевой функции 4,72 × 10 −3 достигается после 86 итераций, которые обеспечивают оптимальные значения ID, FD и HN 2, 4 и 7 соответственно.Аналогичные процедуры применяются в CDT 1 и 0,5 C для определения оптимальных гиперпараметров. Результаты оценки SOC сравниваются с эталонным SOC. SOC, оцененный с помощью RNARX-LSA, помещается рядом с эталонным значением SOC, тогда как BSA, GSA и PSO на основе RNARX отклоняются от эталонного значения SOC. Например, в 1.5 C CDT среднеквадратичная ошибка (RMSE) в предлагаемом методе оценивается в 0,8937%, что ниже, чем у основанных на RNARX алгоритмов BSA, GSA и PSO. Результаты также улучшаются в случае MAE, который снижается на 48.9%, 38,6%, 36,4% по сравнению с алгоритмами BSA, GSA и PSO на основе RNARX соответственно. Производительность RNARX-LSA для оценки SOC сравнивается с современными алгоритмами машинного обучения, включая нейронную сеть обратного распространения (BPNN), радиальную базисную функцию NN (RBFNN), машину экстремального обучения (ELM), глубокую рекуррентную NN (DRNN). ) и алгоритмы случайного леса (RF). Эти популярные алгоритмы машинного обучения оптимизированы с помощью LSA для проведения справедливого сравнительного анализа. Обнаружено, что оценка SOC, полученная с использованием RNARX-LSA, приблизительно совпадает с эталонными значениями SOC, в то время как оценка SOC с использованием других оптимизированных методов ML расходится и находится далеко от фактических значений SOC.В 1 C CDT вычислено RMSE RNARX-LSA, равное 0,6858%, что указывает на сокращение на 61%, 44,6%, 49,3%, 38,9% и 65,5% по сравнению с BPNN-LSA, RBFNN-LSA, ELM-LSA, DRNN-LSA. , и RF-LSA соответственно. В 0,5 C CDT вычисленная среднеквадратичная ошибка (MSE) составляет 0,0014%, которая уменьшается на 94,1%, 89,8%, 91%, 85,7% и 95,7% по сравнению с BPNN-LSA, RBFNN-LSA, ELM-LSA. , DRNN-LSA и RF-LSA соответственно. Во всех условиях испытаний алгоритм RNARX-LSA обеспечивает разумную точность при сохранении ошибки SOC ниже ± 5%.

Рисунок 1

Кривая отклика оптимизации для профиля нагрузки CDT ( a ) 1,5 C CDT, ( b ) 1 C CDT и ( c ) 0,5 C CDT; Сравнение производительности SOC при различных методах оптимизации; ( d ) 1,5 C CDT, ( e ) 1 C CDT и ( f ) 0,5 C CDT; Сравнение производительности SOC с современными методами ML ( г ) 1,5 C CDT ( h ) 1 C CDT и ( i ) 0,5 C CDT; Оценка ошибки SOC ( j ) 1.5 C CDT, ( k ) 1 C CDT и ( l ) 0,5 C CDT.

Оценка SOC с помощью теста гибридной импульсной характеристики мощности (HPPC)

Сравнительное исследование LSA, BSA, GSA и PSO проводится путем разработки кривой отклика оптимизации и соответствующих значений целевой функции, как показано на рисунке 2. Производительность LSA превосходит профиль нагрузки HPPC, где LSA достигает самого низкого значения целевой функции по сравнению с BSA, GSA и PSO. Наименьшее значение целевой функции оценивается как 3 × 10 −3 после 67 итераций в HPPC 0.Профиль нагрузки 25 C. Соответственно, ID, FD и HN, относящиеся к упомянутой итерации, вычисляются равными 7, 2 и 10 соответственно. Подобные процессы используются в других профилях нагрузки HPPC. Результаты LSA, полученные на основе кривых отклика оптимизации, подтверждают результаты оценки SOC. Результаты оценки SOC на основе RNARX-LSA находятся рядом с фактическими значениями SOC, тогда как результаты оценки SOC, проверенные RNARX-BSA, RNARX-GSA и RNARX-PSO, отклоняются от эталонных значений SOC. В HPPC 0.25 C, RMSE в RNARX-LSA является низким и оценивается как 0,4302%, что указывает на снижение на 39,1%, 29,8% и 19,7% по сравнению с RNARX-BSA, RNARX-GSA и RNARX-PSO соответственно. Кроме того, MAE снижается на 57,4%, 50,4% и 43% по сравнению с методами RNARX-BSA, RNARX-GSA и RNARX-PSO соответственно. Аналогичные результаты получены также для профилей нагрузки HPPC 0,1 C и HPPC 0,07 C. RNARX-LSA доминирует в других методах машинного обучения, оптимизированных для LSA. В профиле нагрузки HPPC 0.25 C средняя абсолютная ошибка (MAE) RNARX-LSA равна 0.2287%, что указывает на снижение на 43,5%, 79,8%, 86,9%, 52% и 83,3% по сравнению с BPNN-LSA, RBFNN-LSA, ELM-LSA, DRNN-LSA и RF-LSA соответственно. Производительность SOC также улучшается за счет получения малых значений RMSE, MSE, MAE, средней абсолютной процентной ошибки (MAPE) и стандартного отклонения (SD). В профиле нагрузки HPPC 0.1 C MAPE RNARX-LSA составляет 5,8573%, что на 10,8%, 35,2%, 36,8%, 6,5% и 36,7% меньше по сравнению с BPNN-LSA, RBFNN-LSA, ELM-LSA. , DRNN-LSA и RF-LSA соответственно.В профиле нагрузки HPPC 0.07 C MSE уменьшается на 84,8%, 95,8%, 97,6%, 56,3% и 97,4% в RNARX-LSA по сравнению с BPNN-LSA, RBFNN-LSA, ELM-LSA, DRNN-LSA и RF-LSA. методы соответственно.

Рисунок 2

Кривая отклика оптимизации для профиля нагрузки постоянного тока разряда ( a ) ток разряда 0,25 C HPPC, ( b ) ток разряда 0,1 C HPPC и ( c ) ток разряда HPPC 0,07 C; Сравнение производительности SOC с различными методами оптимизации ( d ) HPPC 0.Ток разряда 25 C, ( e ) ток разряда HPPC 0,1 C и ( f ) ток разряда HPPC 0,07 C; Сравнение производительности SOC с современными методами ML ( g ) HPPC ток разряда 0,25 C, ( h ) ток разряда HPPC 0,1 C и ( i ) ток разряда HPPC 0,07 C; Оценка погрешности SOC ( j ) ток разряда HPPC 0,25 C, ( k ) ток разряда HPPC 0,1 C и ( l ) ток разряда HPPC 0,07 C.

Оценка SOC посредством динамического стресс-теста (DST)

Целевые функции в ездовом цикле DST при 0 ° C, 25 ° C и 45 ° C оцениваются по кривой отклика оптимизации, как показано на рис. 3. LSA обеспечивает отличную производительность при получении минимального значения целевой функции по сравнению с BSA, GSA и PSO. Результаты показывают, что наименьшие значения целевой функции, достигнутые LSA, вычисляются как 4,12 × 10 −3 , 2,52 × 10 −3 и 2.15 × 10 −3 после 55, 78 и 63 итераций при 0 ° C, 25 ° C и 45 ° C соответственно. Соответственно, оптимальные значения ID, FD и HN равны 2, 1, 7; 6, 4, 5 и 3, 2, 15 получены на 55, 78 и 63 итерациях соответственно. Метод оценки SOC на основе RNARX-LSA является выдающимся в предоставлении низких ошибок SOC, RMSE и MAE. При 25 ° C RMSE и MAE RNARX-LSA составляют 0,4907% и 0,3449% соответственно, что ниже, чем у RNARX-BSA, RNARX-GSA и RNARX-PSO. Производительность также сравнивается с методами машинного обучения, оптимизированными для LSA.Например, при 45 ° C в RNARX-LSA отмечается снижение примерно на 48,5%, 62,3%, 55,1%, 34,5% и 74,9% по сравнению с BPNN-LSA, RBFNN-LSA, ELM-LSA, DRNN-LSA и RF-LSA, соответственно, при расчете RMSE. Также очевидно, что частота ошибок SOC снижается с увеличением температуры из-за повышения активности электролита внутри литий-ионного аккумуляторного элемента. Следовательно, емкость аккумулятора увеличивается при повышении температуры от 0 ° C до 45 ° C 25 . Например, предлагаемый метод имеет RMSE 0.41% при 45 ° C, что уменьшается на 26,4% и 15,5% по сравнению со значениями, полученными при 0 ° C и 25 ° C, соответственно. Аналогичным образом, при 45 ° C значения MSE, MAE, MAPE и SD снижаются на 46,8%, 17,8%, 13,1% и 27,3% по сравнению со значениями, полученными при 0 ° C, соответственно.

Рисунок 3

Кривая отклика оптимизации для ездового цикла DST ( a ) 0 ° C, ( b ) 25 ° C и ( c ) 45 ° C; Сравнение производительности SOC с различными методами оптимизации ( d ) 0 ° C, ( e ) 25 ° C и ( f) 45 ° C; Сравнение производительности SOC с современными методами ML ( г ) 0 ° C, ( h ) 25 ° C и ( i ) 45 ° C; Оценка погрешности SOC ( j ) 0 ° C, ( k ) 25 ° C и ( l ) 45 ° C.

Оценка SOC через федеральный городской график движения (FUDS)

Кривые реакции оптимизации генерируются для ездового цикла FUDS, и отмечается минимальное значение целевых функций для получения наилучшего значения гиперпараметров алгоритма RNARX. Сравнение производительности оптимизации LSA, BSA, GSA и PSO при трех различных температурах показано на рисунке 4. LSA достигает самого низкого значения целевой функции среди всех методов оптимизации, достигая 5.89 × 10 −3 , 4,17 × 10 −3 и 3,49 × 10 −3 после 29, 34 и 67 итераций соответственно. Соответствующие итерации предоставляют соответствующие значения ID, FD и HN, равные 4, 1, 15; 2, 2, 18 и 3, 2, 17 при 0 ° C, 25 ° C и 45 ° C соответственно. Значения RMSE и MAE обеспечивают превосходство характеристик RNARX-LSA по сравнению с RNARX-BSA, RNARX-GSA и RNARX-LSA. MAE RNARX-LSA при 0 ° C снижается на 42,9%, 35% и 13,8% по сравнению с RNARX-BSA, RNARX-GSA и RNARX-PSO соответственно.RNARX-LSA имеет более низкие значения RMSE, MSE, MAE, MAPE, SD, чем у BPNN-LSA, RBFNN-LSA, ELM-LSA, DRNN-LSA и RF-LSA. При 25 ° C RMSE предлагаемого метода уменьшается на 89,4%, 92%, 91,7%, 62,6% и 91,7% по сравнению с BPNN-LSA, RBFNN-LSA, ELM-LSA, DRNN-LSA и RF-LSA. , соответственно. Точно так же при 25 ° C MAPE снижается на 58,5%, 62%, 53,2%, 41,7% и 51,8% по сравнению с подходами BPNN-LSA, RBFNN-LSA, ELM-LSA, DRNN-LSA и RF-LSA соответственно. . Также сообщается, что изменение температуры влияет на результаты оценки SOC.Например, при 0 ° C в предложенном способе достигается МАЭ 0,58%, что на 15,4% и 54,8% больше значения, полученного при 25 ° C и 45 ° C, соответственно. Аналогичным образом, при 25 ° C значения RMSE, MSE, MAPE и SD увеличиваются на 38,9%, 50,2%, 72,1% и 39,6% по сравнению со значениями, полученными при 45 ° C, соответственно. Ошибка SOC также оказалась узкой и оставалась ниже ± 5%, ± 4% и ± 2% при 0 ° C, 25 ° C и 45 ° C соответственно.

Рисунок 4

Кривая отклика оптимизации для ездового цикла FUDS ( a ) 0 ° C, ( b ) 25 ° C и ( c ) 45 ° C; Сравнение производительности SOC с различными методами оптимизации ( d ) 0 ° C, ( e ) 25 ° C и ( f ) 45 ° C; Сравнение производительности SOC с современными методами ML ( г ) 0 ° C, ( h ) 25 ° C и ( i ) 45 ° C; Оценка погрешности SOC ( j ) 0 ° C, ( k ) 25 ° C и ( l ) 45 ° C.

Устойчивость SOC к шумовым воздействиям

Производительность SOC оценивается по сравнению с шумом смещения посредством экспериментальных испытаний и циклов EV, как показано на рисунке 5. Результаты показывают, что RMSE и максимальная ошибка SOC в профиле нагрузки разряда HPPC 0,25 C равны вычислено как 0,5885% и 4,33% соответственно. Результаты приемлемы для 1 C CDT, где RMSE и максимальная ошибка SOC составляют 0,8404% и 4,67% соответственно. Добавление шума смещения к ездовым циклам электромобиля не приводит к значительному отклонению результатов оценки SOC, где предлагаемый подход достигает значений RMSE и максимальной ошибки SOC, равных 0.8086% и 3,42% соответственно в ездовом цикле DST. Аналогичным образом, в ездовом цикле FUDS значения RMSE и максимальной ошибки SOC составляют 0,7865% и 3,25% соответственно. Результаты оценки SOC удовлетворительны по сравнению со случайным шумом при ограничении диапазона ошибки SOC ± 5%. Максимальная ошибка SOC составляет менее 4% в профилях нагрузки 1 C CDT и HPPC 0,25 C. Кроме того, RMSE составляет 3,47% и 3,51% в профилях нагрузки 1 C CDT и HPPC 0,25 C соответственно. Результаты подходят для ездовых циклов электромобиля, где максимальная ошибка SOC составляет менее ± 5%.RMSE в ездовых циклах DST и FUDS оценивается в 1,1373% и 1,0268% соответственно. Соответственно, максимальная ошибка SOC достигает 4,88% и 4,55% в ездовых циклах DST и FUDS. Результаты оценки SOC проверяются с помощью комбинации смещения и случайных шумов. Результаты показывают, что смесь смещения и случайных шумов оказывает небольшое влияние на оценку SOC с точки зрения ошибки SOC и RMSE. Максимальная ошибка SOC немного выше, чем в двух предыдущих случаях, хотя ошибка остается в допустимом диапазоне ± 5%.Максимальные ошибки SOC 4,82% и 4,13% получены в профилях нагрузки 1 C CDT и HPPC 0,25 C соответственно. Соответственно, рассчитанные значения RMSE составляют 1,1569% и 1,4221% соответственно. Результаты удовлетворительны для ездовых циклов EV, где RMSE составляет 1,2061% и 1,1306% в ездовых циклах DST и FUDS соответственно. Следовательно, максимальная ошибка SOC ограничена 4,98% и 4,87% в ездовых циклах DST и FUDS соответственно. Метод оценки SOC на основе RNARX-LSA демонстрирует высокую устойчивость к смещенным и случайным помехам.

Рисунок 5 Результаты оценки погрешности

SOC при шуме смещения 0,01 В / 0,1 A ( a ) 1 C CDT, ( b ) HPPC ток разряда 0,25 C, ( c ) DST и ( d ) ) ФУДС; Результаты оценки погрешности SOC при 0,01 В / 0,1 A случайного шума ( e ) 1 C CDT, ( f ) HPPC ток разряда 0,25 C, ( g ) DST и ( h ) FUDS; Результаты оценки ошибки SOC при уровне шума смещения 0,01 В / 0,1 A и случайного шума 0,01 В / 0,1 A ( i ) 1 C CDT, ( j ) HPPC 0.Ток разряда 25 C, ( k ) DST и ( l ) FUDS.

Оценка SOC в условиях старения

Предлагаемый метод позволяет получить отличные результаты оценки SOC для новой литий-ионной батареи. Точность литий-ионной батареи снижается после сотен циклов включения батареи. Следовательно, точность и надежность предлагаемого метода оцениваются при различных циклах старения. Характеристики деградации литий-ионных аккумуляторов оцениваются в рамках четырех основных циклов старения, а именно 50, 100, 150 и 200 циклов, как показано на рис.6. Срок службы батареи LiNiCoAlO 2 (LiNCA) составляет 85,92% после 200 циклов старения, что сокращается на 9,6% по сравнению со значением, достигнутым после 50 циклов старения. Аналогичным образом, емкость составляет 3052 мАч после 50 циклов старения и снижается до 2763 мАч после 200 циклов старения. RNARX-LSA обучается с использованием экспериментального набора данных HPPC для новой батареи LiNCA, тогда как набор данных устаревшей батареи LiNCA для 50, 100, 150 и 200 циклов используется для проверки производительности обученной модели.Предлагаемый метод позволяет достичь ошибки RMSE, MSE, MAE, MAPE, SD и SOC 0,59%, 0,0036%, 0,48%, 2,98%, 0,57% и [-1,84%, 2,78%] соответственно при 50 циклах старения. Точность SOC падает после 100 циклов старения с ошибками RMSE, MSE, MAE, MAPE, SD и SOC 0,78%, 0,0063%, 0,61%, 3,25%, 0,78% и [-1,92%, 2,89%] соответственно. Точность SOC еще больше снижается, когда батарея полностью разряжена. Например, ошибки RMSE, MSE, MAE, MAPE, SD и SOC достигаются равными 1,2%, 0,016%, 0,96%, 4,61%, 1,25% и [−4.84%, 4,91%] соответственно при 200 циклах старения. Однако во всех условиях цикла старения погрешность SOC остается ниже ± 5%.

Рисунок 6

Профиль жизненного цикла LiNCA-аккумулятора при различных циклах старения ( a ) 50 циклов старения, ( b ) 100 циклов старения, ( c ) 150 циклов старения и ( d ) 200 цикл старения; Характеристики SOC при ( e ) 50 циклах старения, ( f ) 100 циклах старения, ( г ) 150 циклах старения и ( ч ) 200 циклах старения; Ошибка SOC возникает при ( i ) 50 циклах старения, ( j ) 100 циклах старения, ( k ) 150 циклах старения и ( l ) 200 циклах старения.

Сравнительная проверка с существующими методами

Точность и надежность метода RNARX-LSA дополнительно исследуются путем оценки различных терминов коэффициента ошибок SOC, как показано в таблице 1. Недавние заметные исследования, касающиеся как традиционных, так и основанных на ML методов оценки SOC. рассматриваются для сравнительного анализа. Для анализа результатов используются наиболее важные факторы, связанные с оценкой SOC, такие как тип литий-ионного аккумулятора, температура, профиль нагрузки.Замечено, что способ оценки SOC на основе RNARX-LSA превосходит существующие подходы к оценке SOC при различных ездовых циклах EV. Например, RMSE оценивается более 1% в методах BPNN, ELM, CNN, LSTM, GRU и GFCA, тогда как RMSE находится ниже 1% в предлагаемом подходе. Помимо методов ML, частота ошибок также высока в традиционных методах и подходах на основе моделей с RMSE более 1% в методах OCV, UPF, RLS и PIO. Кроме того, в предлагаемом методе MAE оценивается ниже 0,6%, а для RBFNN, DNN, WNN и GPR — выше 0.7%. Предлагаемая модель также доминирует в других методах оценки SOC в средах CDT и HPPC. Например, предлагаемый метод вычисляет MAE 0,6858% в 1 C CDT; однако в методах фильтрации UKF и H∞ MAE составляет более 2%. Кроме того, NLO имеет RMSE 1,49% в профиле нагрузки HPPC, тогда как предлагаемый алгоритм достигает RMSE 0,4302%. Все результаты, показанные выше, показывают, что предложенный метод является точным, надежным и превосходит существующие популярные подходы к оценке SOC в различных рабочих условиях.

Таблица 1 Сравнение эффективности предлагаемого метода и существующих методов.

Li-Ion BMS — Белая книга

Прямого способа измерения состояния заряда (SOC) литий-ионной батареи не существует. Есть косвенные способы его оценки, но каждый из них имеет свои ограничения. В этой статье описывается, как сочетание двух методов может привести к разумной оценке SOC.

Из различных методов оценки SOC два:

  • Перевод напряжения АКБ
  • Интеграция тока батареи («Кулоновский счет»)

Оба метода полезны, но каждый сам по себе не может надежно оценить SOC в литий-ионной батарее.

Во многих системах в качестве индикатора SOC используется простой вольтметр: напряжение батареи уменьшается более или менее линейно по мере разряда батареи. Этот эффект более или менее выражен в зависимости от химического состава батареи. В частности, напряжение в свинцово-кислотной батарее значительно снижается по мере ее разряда. Знание взаимосвязи напряжения батареи и SOC позволяет откалибровать вольтметр для отображения SOC: то есть напряжение преобразуется в оценочное SOC.

Основным ограничением этого метода является то, что на напряжение батареи также влияют температура и ток батареи.Знание того, как температура и ток влияют на напряжение, позволяет в значительной степени компенсировать эти эффекты, что позволяет использовать преобразователь напряжения для многих типов батарей.


Использование преобразования напряжения для оценки SOC в свинцово-кислотной батарее.

К сожалению, для большей части своего диапазона SOC напряжение литий-ионной батареи остается очень постоянным, что делает преобразование напряжения нецелесообразным. Тем не менее, напряжение литий-ионной батареи значительно изменяется на обоих концах ее диапазона SOC: напряжение быстро увеличивается, когда она полная, и значительно падает, когда она начинает разряжаться.Следовательно, преобразование напряжения можно использовать для оценки SOC очень полной или очень разряженной литий-ионной батареи.


Использование преобразования напряжения для оценки SOC с литий-ионными элементами.

Интегрирование тока в батарею или на выходе из нее дает относительную величину ее заряда, так же как подсчет валюты на банковском счете и из него дает относительную сумму на счете. Ключевое слово здесь — «относительный»: как и все определенные интегралы, «кулоновский счет» требует отправной точки. Если начальный заряд батареи известен, с этого момента можно использовать «Кулоновский счет» для расчета ее SOC.

Например, ток 2 А в батарее в течение 3 часов прибавит 2 * 3 = 6 Ач к заряду батареи. Если емкость аккумулятора составляет 24 Ач, это увеличит его SOC на 6/24 = 25%. Это на 25% больше, чем было в начале; но, не зная, каким был начальный SOC, мы не знаем окончательного SOC.


Использование кулоновского счета для оценки относительных изменений SOC.

В зависимости от химического состава батареи кулоновский счет может быть очень точным методом.Подсчет кулонов
не работает также со свинцово-кислотными батареями, потому что:

  • Значительный ток утечки в свинцово-кислотных аккумуляторах не проходит через датчик тока аккумулятора и поэтому не принимается во внимание.
  • Не весь заряд свинцово-кислотной батареи превращается в полезную работу: часть его превращается в отходящее тепло, эффект, который характеризуется показателем Пойкерта.

С другой стороны, кулоновский счет также работает с литий-ионными батареями из-за их низкой утечки и хорошего показателя Пойкерта.

Еще одно ограничение кулоновского счета — дрейф. При любом интегрировании любая небольшая постоянная ошибка в интегрируемой переменной приводит к дрейфу результата. В случае кулоновского счета любое небольшое смещение в измерении тока батареи приведет к смещению SOC вверх (или вниз) с течением времени.


Дрейф кулоновского счета из-за небольшого смещения измеряемого тока.

Дрейф может стать значительным в приложениях, которые в течение длительного времени потребляют очень мало тока батареи или челночного тока вперед и назад:

  • Резервные батареи:
    • Даже если аккумулятор полностью заряжен, небольшое смещение в датчике тока приведет к тому, что сообщаемый SOC с течением времени полностью изменится до 0%
  • Аккумуляторы для гибридных автомобилей (HEV):
    • Резервные батареи:
    • Автомобиль использует энергию аккумуляторной батареи, когда она ему нужна, и пополняет ее, когда может, пытаясь поддерживать SOC на уровне примерно 50%;
    • Что ж, заявленное значение SOC вполне может оставаться около 50%; но со временем из-за небольшого смещения на выходе датчика тока фактическое значение SOC будет дрейфовать вверх или вниз, и в конечном итоге фактический заряд батареи приближается к полному или разряженному состоянию

Следовательно, кулоновский счет можно использовать для оценки SOC литий-ионной батареи, если есть способ калибровки SOC в какой-то момент и достаточно часто, чтобы преодолеть дрейф.

Возвращаясь к аналогии с банковским счетом: балансировка вашей чековой книжки синхронизирует сумму, которая, по вашему мнению, находится на вашем счете, с суммой, которую ваш банк утверждает на этом счете. Точно так же «кулоновский счет» нуждается в способе калибровки своего результата, чтобы заряд, который он сообщает, был фактическим SOC.
Voltage Translation предоставляет способ сделать это, точно так же, как балансировка чековой книжки для банковского счета.

Комбинирование этих двух методов приводит к разумному способу оценки SOC в литий-ионной батарее:

  • Ток батареи интегрирован («Кулоновский счет») для получения относительного заряда в батарее и вне ее.
  • Напряжение аккумулятора контролируется для калибровки SOC, когда фактический заряд приближается к любому концу

Комбинирование счета кулонов и преобразования напряжения для оценки SOC.

Если SOC, оцененный с помощью кулоновского подсчета, не откалиброван (он не равен фактическому SOC), в конечном итоге батарея будет заряжена или разряжена до такой степени, что преобразование напряжения можно использовать для оценки SOC и калибровки оценочного значения. Например, если фактическое значение SOC составляет 80%, а расчетное значение SOC составляет 50%, а литий-ионный элемент заряжается, его напряжение вскоре становится выше порогового значения (скажем, 3,4 В), что соответствует фактическому значению SOC (скажем, , 90%). В этот момент BMS устанавливает расчетное значение SOC на 90%, чтобы откалибровать его.


Пример предполагаемого заряда литий-ионного элемента намного ниже, чем фактический SOC;
калибровка во время зарядки, когда напряжение элемента превышает пороговое значение.

Возвращаясь к проблеме дрейфа, давайте посмотрим, как сочетание этих двух методов влияет на два приложения, которые мы рассматривали ранее.

  • Резервные батареи:
    • В режиме ожидания батарея полностью заряжена, что означает, что будет использоваться преобразование напряжения, что позволяет избежать дрейфа кулоновского счета.
  • Аккумуляторы для гибридных автомобилей (HEV):
    • Когда фактический заряд батареи действительно дрейфует, близится к одному из концов, преобразование напряжения используется для калибровки сообщаемого SOC.
    • В HEV фактический SOC не имеет большого значения: важно то, что автомобиль ожидает, что в аккумуляторе останется достаточно энергии, когда потребуется дополнительная энергия для ускорения, и иметь возможность принимать избыточную энергию при торможении.
    • Проблема в том, что, если автомобилю требуется дополнительная энергия, он понимает, что аккумулятор фактически разряжен (и сообщаемый SOC должен быть откалиброван): рабочие характеристики автомобиля оставляют желать лучшего.
    • HEV попытается решить эту проблему, определив, когда можно провести тест (например, в середине долгой поездки на скоростной автомагистрали), и позволить батарее зарядиться до точки, в которой может быть использован метод преобразования напряжения. используется для калибровки SOC, а затем возврата к 50% SOC.

Чтобы описанный выше метод работал, емкость аккумулятора должна быть известна априори. Иначе:

  • Скорость интегрирования кулоновского счета будет неправильной, в результате батарея будет менять SOC слишком медленно или слишком быстро.
  • При использовании преобразования напряжения для калибровки SOC вверху, SOC внизу не откалиброван; наоборот

В приложении, в котором это может представлять проблему, необходимо измерить емкость аккумулятора.

Если аккумулятор используется в приложениях, где важно знать SOC (например, в электромобилях), необходимо измерить его фактическую емкость. Емкость аккумулятора измеряется путем интегрирования его тока от полностью полного до полностью разряженного (или наоборот).


Измерение емкости батареи: начиная с полной ячейки, используйте кулоновский счет, чтобы измерить ее заряд, пока она не разрядится (на что указывает ее напряжение). Этот заряд и есть емкость ячейки.

Проблема в том, что не все приложения израсходуют всю энергию батареи за один сеанс.И во многих случаях аккумулятор будет полностью заряжен, даже если изначально он был не полностью разряжен.
В следующих приложениях измерение емкости невозможно:

  • Резервные батареи:
    • Верхний предел: аккумулятор полностью заряжен, поэтому с этим концом все в порядке
    • Нижний предел: батареи рассчитаны таким образом, что они не разряжаются полностью до того, как ожидается восстановление питания. Если бы аккумуляторы время от времени подвергались полному циклическому включению, просто чтобы измерить их фактическую емкость, отключение электроэнергии могло бы произойти прямо в его середине, и это было бы неприемлемо.
  • Электромобили:
    • Высокий уровень: перед использованием аккумулятор необходимо полностью зарядить, так что с этим концом все в порядке
    • Нижний предел: если транспортное средство движется до тех пор, пока аккумулятор полностью не разрядится, пользователь окажется в затруднительном положении, поэтому нельзя полагаться на это.
  • HEV:
    • Высокий уровень: батарея всегда держится около 50% и никогда не должна превышать 75%
    • Нижний предел: батарея всегда держится около 50% и никогда не может опуститься ниже 30%
  • PHEV (подключаемые гибриды):
    • Высокий уровень: аккумулятор следует полностью заряжать каждую ночь, так что это нормально
    • Как закончить: аккумулятор никогда не может опуститься ниже 10%

В некоторых из вышеперечисленных приложений точное знание SOC или емкости не имеет значения; например, в автомобилях HEV и PHEV есть бензиновый двигатель, который доставит вас домой.В других случаях (особенно в электромобилях) важно знать SOC и емкость, и поэтому ограничения вышеупомянутых методов вызывают беспокойство.

«Оценка состояния заряда литий-ионных аккумуляторов» Давиде Андреа под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License. Разрешения, выходящие за рамки данной лицензии, можно получить, связавшись с автором.

Давиде Андреа, Элитион, 10 января 2009 г.

Введение в мониторинг батареи

Мониторинг емкости батареи

Точное отслеживание уровня заряда аккумулятора имеет важное значение для высокопроизводительной морской электрической системы.Сегодняшние дорогие сверхмощные аккумуляторные батареи слишком дороги, чтобы их можно было оставлять без надлежащего контроля. Традиционные способы оценки состояния заряда не всегда работают с этими батареями, и теперь доступны более сложные измерительные системы по относительно низкой цене по сравнению со стоимостью батарей, за которыми они ухаживают. Переход на современную систему учета имеет экономический смысл.

Использование ареометра для измерения степени заряда аккумуляторных батарей с жидким электролитом

Для батарей с жидким электролитом наиболее точное определение степени заряда — с помощью ареометра.Ареометр определяет количество серной кислоты в электролите, которое соответствует состоянию заряда аккумулятора. Поскольку эта концентрация изменяется в зависимости от температуры, измерение должно проводиться при стандартной температуре 80 градусов по Фаренгейту, или необходимо провести расчеты, чтобы скорректировать показания до фактической температуры. Полностью заряженный элемент имеет удельный вес от 1,27 до 1,28 в зависимости от производителя аккумулятора. Разряженный элемент будет иметь удельный вес около 1.1 Чтобы быть полностью точным, батарея должна находиться в состоянии покоя в течение 24 часов, прежде чем будут сняты показания, чтобы гарантировать однородность электролита. Показания должны быть сняты для каждой ячейки в батарее. Ячейки с отклонением друг от друга на 0,2 говорят о выходе из строя аккумулятора в целом. Для герметичных батарей эту процедуру невозможно проделать, и в любом случае это не та процедура, которую можно делать практически ежедневно, даже для батарей с жидкими элементами. Очевидно, что для повседневной работы нужен другой метод.

Использование вольтметра для измерения степени заряда

Вольтметр можно использовать для получения быстрого снимка состояния заряда аккумулятора любого типа. Полностью заряженная 12-вольтовая батарея будет иметь напряжение холостого хода около 12,6 вольт в зависимости от типа, и батарея считается полностью разряженной, когда напряжение падает до 10,5 вольт при скорости разряда 20 часов. Уровень заряда 50% составляет около 12,2 вольт. Проблема с использованием вольтметра для измерения степени заряда заключается в том, что аккумулятор должен находиться в состоянии покоя в течение 24 часов, чтобы получить точные показания.Это исключает использование метода для повседневных операций. Когда вольтметр используется, не дожидаясь 24 часов, появляется ложное показание из-за поверхностного заряда на пластинах. Хотя вольтметр, кажется, показывает уровень заряда, на самом деле он не делает этого достаточно точно для большинства целей. Если это единственный вариант, рассмотрите вольтметр с расширенным диапазоном, как показано на этом рисунке, или цифровой.

Использование амперметра для измерения уровня заряда

Счетчик ампер-часов подсчитывает скорость и время протекания тока от разряженной батареи и делает то же самое при резервной зарядке батареи.При зарядке необходимо изменить счетчик, чтобы учесть неэффективность батареи. После определения полной точки, емкости и эффективности батареи измеритель ампер-часов может дать мгновенное считывание состояния заряда в ампер-часах или процентах от общей суммы в любой момент цикла. Это единственный способ получить точные показания заряда постоянно используемой батареи. Для выполнения вышеуказанных расчетов требуется довольно много мощности компьютера, потому что емкость аккумулятора — подвижная цель.Полная точка батареи точно не определена, всегда можно подать больше тока, но как только батарея полностью заполнена, этот дополнительный ток просто преобразуется в тепло и не будет доступен при разряде. Количество потребляемого от батареи тока будет зависеть от температуры батареи и скорости разряда. Для выполнения этих расчетов требуется нечеткая логика, но счетчики ампер-часов полагаются на периодические и частые сбросы, которые автоматически выполняются каждый раз, когда батарея достигает полной емкости.Чем дольше батарея остается без полной зарядки, тем более неточными будут показания счетчика ампер-часов. Счетчик должен рассчитать эффективность батареи, чтобы быть точным, и это достигается путем сравнения заряда и разряда от одного цикла к другому. Расчет должен быть усреднен по количеству циклов, поэтому, чем больше циклов перезаряжается батарея, тем точнее будет это показание. На приведенном здесь изображении показан счетчик ампер-часов Victron Energy BMV 712.

Использование измерителя полного сопротивления для измерения степени заряда

Когда эта статья была написана впервые, эта опция не была доступна, но теперь у нас есть Balmar Smart Gauge и мы оцениваем его успехи при измерении емкости батареи.Он измеряет импеданс батареи и, обращаясь к сохраненным данным, использует импеданс для определения степени заряда батареи. Он просто отображает напряжение аккумулятора и процент заряда. Он не показывает ампер или ампер-часы. Подключить очень просто, к аккумулятору подключаются всего два провода. Вот и все. Комментарии пока были очень положительными, один профессиональный отзыв был очень восторженным. В двух случаях я установил их бок о бок с амперметром, и получилось интересное сравнение. Поскольку два измерителя дают свои показания совершенно по-разному, они никогда не дадут точно такой же ответ, но показания двух измерителей были довольно последовательными.Суть в том, что количество заряда аккумулятора не определено полностью, пока вы не начнете его использовать, и зависит от температуры и скорости, с которой вы потребляете энергию. Это просто напоминание о том, что вся наука об измерении емкости аккумулятора не точна.

Почему так важно контролировать батареи

Срок службы батареи определяется количеством циклов, которые она должна выполнить, и глубиной разряда. Как правило, оптимальное соотношение срока службы и полезности достигается, если батарея разряжена не ниже 50%.С дорогим аккумулятором стоит потратить немного денег на мониторинг, чтобы предотвратить чрезмерную разрядку и преждевременный выход аккумулятора из строя. Единственный эффективный способ сделать это — использовать амперметр. При зарядке аккумуляторов верхние 20% заряда обычно идут слишком медленно, чтобы на них стоить запускать двигатель. Осведомленность о том, что происходит, позволит оператору избегать работы двигателя в течение продолжительных периодов времени, когда он неэффективен, и снизит ненужный износ двигателя.Еще одним преимуществом счетчика ампер-часов является то, что он позволяет владельцу лодки следить за зарядным оборудованием, чтобы следить за его работой, а также дает возможность узнать об оборудовании, которое потребляет чрезмерное количество энергии, чтобы его можно выключить или уменьшить. Большинство ампер-часов покажут расчет эффективности батареи, который можно использовать для предварительного предупреждения о выходе батареи из строя. Большинство также записывают исторические данные, которые могут быть очень полезны при поиске и устранении неисправностей. Наконец, наличие счетчика ампер-часов позволит полностью использовать батареи для комфорта пассажиров лодки, раз и навсегда покончив с загадкой, достаточно ли энергии.

Заключение

Я надеюсь, что у меня есть удовлетворительные аргументы в пользу использования какого-либо передового оборудования для мониторинга батарей при любой установке батарей. Я считаю, что понесенные скромные расходы окупятся в несколько раз в течение всего срока службы установки.

Дополнительная литература

У меня есть целый раздел моего блога, посвященный мониторингу батареи.

Покупки

У нас есть много возможностей здесь, в PKYS

Мониторинг состояния заряда батареи (SOC)

Мониторинг состояния заряда батареи (SOC), вероятно, является самой важной задачей для солнечной системы.К сожалению, это трудно оценить с высокой степенью точности, особенно для новичков. Существует три основных метода определения SOC аккумулятора.

Напряжение SOC
12,57 100%
12,36 80%
12,15 60%

60% 20%

1.Напряжение: напряжение необходимо измерять, когда батарея находится в состоянии покоя. Это означает, что аккумулятор не заряжается и нагрузка не выходит. В идеале батарея должна находиться в состоянии покоя в течение 20-30 минут перед измерением напряжения. Приблизительные значения для 12-вольтовой батареи:

Как видите, диапазон напряжений довольно узок, поэтому для измерения этих значений вам понадобится неплохой цифровой мультиметр.

2. Удельный вес. Вы можете использовать ареометр для измерения плотности электролита, чтобы определить SOC.Это также подвержено интерпретации и оценке. Когда батарея разряжается, электролит становится светлее. Когда вы заряжаете аккумулятор, этот более легкий электролит будет плавать сверху и давать очень пессимистичные показания. Это называется расслоением электролита и преодолевается только тогда, когда электролит снова перемешивается под действием пузырьков хорошего заряда. Добавление в аккумулятор дистиллированной воды также повлияет на показания. Также есть проблемы с чтением ареометров и качеством ареометров.Грязный ареометр может загрязнить аккумулятор. Чтобы получить точные показания, вам необходимо откорректировать значения температурной компенсации. Различные производители аккумуляторов могут использовать в своих аккумуляторах кислоты разной концентрации. Итак, в заключение, оценка SOC батареи по показаниям ареометра также сопряжена с множеством трудностей и неточностей.

Регулятор Plasmatronics PL: последний метод включал мониторинг ампер-часов на входе и выходе из батареи. Цитата из Руководства по плазматронике:

SOC (State of Charge) следует рассматривать как процентную оценку того, насколько полная батарея.

Оценка основана на счетчике баланса ампер-часов. Этот счетчик поддерживает текущий баланс ампер-часов в ампер-часах в ампер-часах в отключенном состоянии. Дисплей SOC показывает этот баланс в процентах от емкости батареи. Обратите внимание, что размер батареи должен быть введен установщиком с настройкой BCAP (емкость батареи), прежде чем SOC станет значимым.

Со временем счетчик баланса в ампер-часах будет отклоняться от реального состояния заряда батареи. Для перенастройки счетчика PL делает две поправки:

1.Когда состояние регулятора изменяется с Absorb на Float И рабочий цикл заряда меньше 25%, SOC сбрасывается на 100%.

2. SOC может считывать более 100%, однако, как только будет записан 1 Ач разрядки, он снова будет установлен на 100%.

Примечание. К цифре SOC следует относиться с осторожностью, поскольку она может быть неточной по нескольким причинам:

* PL автоматически не получает информацию обо всей системе. Чтобы SOC вообще работал, PL должен измерять весь заряд (Ah in) и разряд (Ah out).Если аккумулятор может заряжаться или разряжаться без знания PL, SOC не будет иметь смысла.

* Различия в эффективности заряда означают, что SOC будет немного оптимистичным.

* Эффективная емкость аккумулятора уменьшается с возрастом. В старых батареях необходимо уменьшить BCAP, чтобы приспособиться к этому.

* Саморазряд и колебания температуры также вызывают некоторую неточность.

Неэффективность батареи и потери на саморазряд проявляются, когда SOC показывает более 100%.Так что нет ничего необычного в том, чтобы увидеть SOC на уровне, скажем, 112%, когда ваша батарея переходит в состояние плавающего режима. 12% представляют собой дополнительную мощность, которую ваши источники зарядки должны были вложить, чтобы компенсировать потери батареи.

Если ваша батарея находится в разряженном состоянии — скажем, показывает 112% — она ​​упадет до 99% после разрядки одного ампер-часа. Скажем, она снижается до 80%, а на следующий день поднимается только до 90%. К сожалению, потраченные 10% не учитывают потери при зарядке аккумулятора. Так что, вероятно, он заряжен только на 89%, а не на 90%.Это довольно мелочь. Однако при продолжительной пасмурной погоде или при зарядке в течение нескольких дней подряд без достижения поплавка ошибка становится накопительной. Таким образом, подобная зарядка на второй день приведет к заряду только до 88% и т. Д. Пару недель в пасмурную погоду легко могут привести к ошибке в 15-20% (с оптимистичной стороны). Неэффективность зарядки уменьшается по мере того, как батарея разряжается, поэтому эта ошибка в некоторой степени уменьшается по мере разряда батареи.

Итак, в заключение, мы считаем, что отображение% SOC чрезвычайно полезно.В большинстве случаев мы считаем, что это более точно, чем измерение напряжения или удельного веса батареи. Однако через несколько дней, когда аккумулятор не переходит в плавающее положение, дисплей может ввести в заблуждение. В этом случае мы также рекомендуем вам взглянуть на минимальное и максимальное напряжение, чтобы лучше оценить состояние заряда аккумулятора.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2021 © Все права защищены.