Jak změřit skutečnou kapacitu a startovací charakteristiky baterie

Mnoho automobilových nadšenců mělo problémy se startováním svých aut. V takových chvílích je nutné vyloučit nejčastější příčiny tohoto problému, jednou z nich je ztráta kapacity baterie, nejčastěji k tomu dochází v důsledku sulfatace desek baterie. V tomto ohledu vyvstává otázka – jak správně diagnostikovat stav baterie? Hlavní parametry baterie, které ovlivňují správný chod této jednotky, jsou její kapacita a maximální hodnota startovacího proudu.

Metody diagnostiky baterií

1. Měření napětí (pomocí multimetru) na svorkách baterie – napětí na plně nabité baterii je 12.7V, pokud je napětí nižší než 12.3V, je třeba baterii nabít, pokud je napětí nižší než 11.7V; baterie je blízko hlubokého vybití. Tato metoda nijak neudává kapacitu baterie ani startovací charakteristiky.
2. Vybíjejte stabilním proudem pomocí profesionálních vybíjecích diagnostických přístrojů. Tato metoda je nejpřesnější pro měření kapacity, ale bohužel cena takových zařízení je několikanásobně vyšší než cena baterie.
3. Diagnostika pomocí testeru baterií – tato metoda také poměrně přesně a rychle zjistí skutečnou kapacitu a změří startovací proud. (Videorecenze testeru baterií VA1000)
4. 20hodinový test baterie je poměrně přesný způsob měření kapacity baterie a hlavně přístupný téměř každému (podrobně se tomuto způsobu budeme věnovat v další části).
5. Měření hustoty elektrolytu. Normální průměrná hodnota je 1,27-1,28 g/cc (pro mírné klima s plně nabitou baterií). Pro horké a studené podnebí se tato hodnota může lišit plus minus 0,03 g/cc (vyšší pro studené podnebí, nižší pro horké podnebí). Můžete jej měřit pomocí hustoměru (například pomocí hustoměru AR-02). Pokud je po plném nabití hustota elektrolytu pod normálem, znamená to ztrátu kapacity.
6. Test pomocí zátěžové vidlice – tento test ukazuje, jak se baterie chová při vysoké zátěži. Jedná se o cenově nejdostupnější metodu pro měření startovacích charakteristik baterie, protože zařízení simuluje činnost startéru (o této metodě budeme dále diskutovat).

Jak provést 20hodinový bitový test.

Pro test budeme potřebovat:

1. Digitální multimetr
2. Žárovka ~40 wattů při 12 voltech (se svorkami pro připojení). Spotřeba proudu žárovky by měla být 0.05C (kde C je kapacita baterie v Ah)
3. Vodiče pro připojení žárovky k baterii, průřez od 0.75 mm čtverečních.

(Poznámka: Jak vypočítat proud spotřebovaný žárovkou.)
I=P/U,
kde I je velikost proudu (A), P je jednotka výkonu (W), U je jednotka napětí (V).

Fáze 20hodinového vybíjecího testu:

1. Připojte žárovku k baterii
2. Přepněte multimetr do režimu voltmetru a připojte jej paralelně k žárovce.
3. Napětí sledujeme každou hodinu, dokud napětí neklesne na 11.5V (zaznamenáme celkový počet hodin (t))
4. Jak vybíjení postupuje, každou hodinu měříme spotřebu proudu žárovky, zapojíme multimetr do série v režimu ampérmetru, na konci testu sečteme všechny hodnoty a získáme celkový proud; spotřeba žárovky (celkem)
5. Vypočítáme výsledek:
   • I celkem / t = I avg (průměrná spotřeba žárovky za hodinu)
   • I av * t = C (kde C je kapacita baterie v Ah)

Test baterie se zátěžovou vidlicí

Test zátěžové vidlice vám neukáže přesnou hodnotu maximálního startovacího proudu, ale pomocí zátěžové vidlice můžete pochopit, jak se baterie chová při vysoké zátěži (simuluje nepřímo úspěšné dokončení testu); znamená, že startovací charakteristiky baterie jsou normální.

Fáze provádění zátěžového vidlicového testu na příkladu NV-02

1. Připojte černou krokosvorku k zápornému pólu baterie.
2. Měření bez zatížení. Chcete-li to provést, odšroubujte obě matice poblíž sondy a opřete sondu o kladný pól baterie. Proveďte odečet voltmetru (napětí na plně nabité baterii je 12.7V).
3. Připojte spirálky: – utáhněte jednu matici v blízkosti sondy, zatěžovací proud je 100 A, slouží ke kontrole kapacity baterií 15 – 100 A*h; – dotáhněte obě matice, zatěžovací proud 200 A, slouží ke kontrole kapacity baterií 100 – 240 A*h.
4. Změřte napětí baterie při zátěži. Přiložte sondu ke kladnému pólu baterie na 5 sekund. Proveďte odečet voltmetru.
5. Pokud napětí neklesne pod 10V, lze zkoušku považovat za úspěšnou, tzn. Vlastnosti baterie jsou normální.

Při použití baterií v jakémkoli zařízení, zejména v systémech nepřerušitelného napájení, je třeba pravidelně sledovat a kontrolovat jejich stav. V tomto materiálu se podíváme na hlavní parametry baterie a také zvážíme, jaká zařízení a jak je sledovat a testovat!

Hlavním úkolem při kontrole stavu jakékoli baterie je zjistit, zda má dostatečnou kapacitu a může po požadovanou dobu poskytovat vlastnosti deklarované výrobcem. Přímo měřícími přístroji se však zjišťuje jen pár základních parametrů – napětí, proud. V servisovaných bateriích můžete také měřit hustotu elektrolytu. Měření lze provádět opakovaně a zaznamenávat změny hodnot v průběhu času. Všechny ostatní parametry a charakteristiky nejsou měřeny přímo, ale jsou odvozeny metodou vyvinutou výrobcem a záleží na typu baterie, doporučení výrobce a typu připojené zátěže. Je nutné vzít v úvahu, že mnoho závislostí charakterizujících chod baterie je nelineárních. Roli mohou hrát i další faktory, jako je teplota.

Při provádění krátkodobých měření za použití i těch nejpokročilejších technik není testování přesné kvantitativní, ale kvalitativní. Jediným spolehlivým způsobem, jak změřit kapacitu baterie, je její úplné vybití během mnoha hodin, přičemž se během celého procesu pečlivě zaznamenávají parametry. Ne vždy je ale možné takto zdlouhavý postup v praxi použít, zvláště pokud je baterií hodně. K rozlišení fungující baterie od opotřebované, která ztratila kapacitu a k včasné výměně baterie, však stačí krátkodobá vyhodnocovací měření.

1. Připojení zátěže

K baterii je po určitou dobu připojena pracovní nebo sekundární zátěž té či oné velikosti. Voltmetr nebo multimetr měří pokles napětí. Pokud se postup provádí několikrát, je mezi měřeními povolena určitá doba, aby se baterie dobila. Získaná data jsou porovnána s parametry deklarovanými výrobcem baterie pro daný typ baterie a danou velikost zátěže.

2. Měření pomocí vidlice

Struktura nejjednodušší nosné vidlice je znázorněna na obrázku:

Zařízení je vybaveno voltmetrem, paralelně ke kterému je instalován vysokovýkonný zatěžovací odpor, a má dvě sondy. U starších modelů jsou voltmetry analogové; novější modely jsou většinou vybaveny LCD displejem a digitálním voltmetrem. Existují zátěžové vidlice s komplikovaným obvodem, využívající několik zátěžových spirál (vyměnitelných odporů), určené pro různé rozsahy měření napětí, určené pro testování kyselých nebo alkalických baterií. Existují dokonce zástrčky, které se používají k testování jednotlivých bateriových bank. Kromě voltmetru mohou pokročilá zařízení obsahovat ampérmetr.

Údaje získané z měření je také nutné porovnat s parametry deklarovanými výrobci pro daný typ baterie a daný odpor.

3. Měření pomocí testerů baterií

Přívěsek zařízení

Tato zařízení patří do základního segmentu. Ke kontrole stavu olověných akumulátorů slouží řada digitálních testerů Kulon (Kulon-12/6f, Kulon-12m, Kulon-12n a další). Umožňují rychle změřit napětí, přibližně určit kapacitu baterie bez zkušebního vybití a uložit do paměti několik stovek a někdy i tisíců měření.

Závěsné přístroje jsou napájeny z baterie, která slouží k měření. Podle vývojáře zařízení analyzuje odezvu baterie na testovací signál speciálního tvaru, přičemž měřený parametr je přibližně úměrný aktivní ploše desek baterie a charakterizuje tak její kapacitu. Ve skutečnosti přesnost odečtů závisí na spolehlivosti metodiky vyvinuté výrobcem.

Kapacita baterie – elektrický náboj dodávaný plně nabitou baterií – se měří v ampérhodinách a je součinem vybíjecího proudu a času. Pro přesné určení kapacity je nutné baterii vybít (dlouhý proces, mnoho hodin), přičemž je neustále zaznamenáváno množství nabití dané baterií. V tomto případě se relativní kapacita baterie mění nelineárně v závislosti na čase. Například u baterie typu LCL-12V33AP se relativní kapacita v průběhu času mění takto:

Výrobce zdůrazňuje, že zařízení není přesný měřič, ale umožňuje odhadnout kapacitu olověné baterie, zejména pokud uživatel nezávisle kalibroval zařízení pomocí baterie stejného typu jako je testovaná, ale se známou kapacitou. Postup kalibrace je podrobně popsán v návodu k zařízení.

Testery Kongter

Dalším typem zařízení pro testování baterií jsou testery Kongter. Jedná se o více funkční testery, které jsou měřicím přístrojem, protože jsou zahrnuty v registru měřicích přístrojů Ruské federace. Model Kongter BT-3915 slouží k měření napětí a vnitřního odporu baterií.

Ovládání probíhá pomocí barevného dotykového displeje, ale hlavní ovládací tlačítka jsou umístěna na klávesnici ve spodní části pouzdra. Přístroj dokáže testovat baterie o kapacitě 5 až 6000 Ah, s bateriovými články 1.2 V, 2 V, 6 V a 12 V. Rozsah měření napětí je od 0.000 V do 16 V, odpor je od 0.00 do 100 mOhm. Zařízení umožňuje nastavit typ testovaných baterií, změřit napětí a odpor a na jejich základě usoudit, zda kapacita baterie odpovídá té deklarované výrobcem či nikoliv.

Rozhraní zařízení umožňuje provádět jednotlivá i sekvenční měření (až 254 měření v každé sekvenci, celkový počet výsledků je více než 3000), což je výhodné při testování velkého počtu baterií stejného typu (v v druhém případě se výsledky ukládají automaticky, kromě dat je v nich zaznamenáno i sériové číslo měření). Zařízení může použít vlastní kritéria (nastavená uživatelem před měřením) nebo referenční hodnoty zadané uživatelem (šablony hodnot typické pro většinu baterií tohoto typu) k vytvoření výsledku (stav „dobrý“, „špatný“ “, „kritický“). Výsledky testů lze přenést do počítače přes USB port pro prohlížení a následnou přípravu zpráv.

Jedním z nových testerů v řadě Kongter je Kongter BT-301. Kromě vnitřního odporu a napětí dokáže měřit i vodivost baterie.

Tester umožňuje přesná měření na VRLA (valve-reset olověná kyselina), VLA (ventilovaná olověná kyselina) a nikl-kadmiových (Ni-Cd) bateriích, které jsou primárním záložním napájením pro kritické napájecí systémy. Tento tester mohou využít jak výrobci baterií, tak provozovatelé v telekomunikačních sítích, datových centrech, napájení, údržbě vysokozdvižných vozíků atd.

Naměřená data lze exportovat do PC pro podrobnější a pohodlnější analýzu. Software Kongter Battery Data Management vám pomůže provádět analýzu dat, sledovat stav baterie a generovat zprávy v Excelu. Hlavní výhodou je široké pokrytí zařízení. Tento software lze použít nejen s testery BT-301 a BT-302, ale také se zátěžovými bloky K-900 a bateriovými dataloggery.

Analyzátory Fluke

Fluke Battery Analyzer řady 500 (BT 510, BT 520, BT 521) měří a ukládá napětí baterie, vnitřní odpor, teplotu záporných vývodů a vybíjecí napětí. S dalším příslušenstvím lze měřit další parametry a ukládat je do paměti. Je možné nastavit prahové hodnoty pro různé parametry. Vestavěný port USB vám umožňuje přenášet shromážděné nahrávky do počítače pro vytváření zpráv pomocí softwaru Analyze.

Sondy přístroje mají speciální konstrukci: vnitřní pružinový kontakt je určen k měření proudu, vnější je určen k měření napětí. Při tlaku na dotek se vnitřní hrot posune dovnitř, takže oba kontakty každého doteku se dotýkají povrchu současně. Výsledkem je, že stejné sondy umožňují organizovat 2-drátové i 4-vodičové připojení k pólům baterie (druhé je nezbytné pro měření v Kelvinech).

Přestože má zařízení dobrou funkčnost, klíčovým krokem při zjišťování stavu baterie zůstává porovnání naměřených ukazatelů s těmi, které pro tento konkrétní typ baterie vypočítal nebo určil výrobce. Fluke Battery Analyzer řady 500 lze použít pro hromadnou kontrolu baterií. Sekvenční režim a systém profilů umožňují provádět potřebná měření jedno po druhém, výsledky si přístroj zapamatuje a uloží v uspořádané podobě, sekvenčně očíslované a rozdělené do skupin. Přístroj ale nemá funkci přímého či nepřímého měření kapacity baterie v ampérhodinách – už proto, že pro baterie různých typů je dnes stěží možné vyvinout jedinou přesnou metodu pro takové stanovení.

Všechna výše uvedená zařízení, i když se od sebe liší velikostí, patří do přenosné třídy. Samostatnou skupinou mohou být stacionární komplexy pro testování baterií, které dokážou provádět rychlé testy se stanovením vnitřního odporu, řídit všechny parametry včetně aktivních a reaktivních složek odporu, řídit proces vybíjení/nabíjení atd. Takové komplexy jsou spíše adresovány výzkumné laboratoře, výrobci průmyslových baterií a vývojáři nových zařízení než koncoví uživatelé.

4. Řídit vybíjení pomocí DC zátěžových bloků.

Dnes je kontrolní výboj jedinou přímou a nejspolehlivější metodou měření aktuální kapacita baterie.

Specializovaná zařízení pro sledování vybití baterie umožňují provádět kontrolní vybití baterie s neustálým sledováním kapacity. Také si všimneme, že kontrolní číslice je jediný způsob, jak diagnostikovat baterii, která se odráží v GOST a pro kterou existují doporučení v aktuální regulační dokumentaci.

Hlavním úkolem zátěžových bloků je provádět kontrolní vybíjení baterií a baterií. Zátěžový blok je v podstatě elektronická zátěž. Pro provedení testování se jednotka připojí k testovanému zdroji energie a provede se jeden nebo více testů. Elektronická zátěž se přitom chová jako skutečná: například mění svůj odpor podle daného algoritmu, simuluje velké rozběhové proudy, zkraty a další uživatelem zadané podmínky. Během testu elektronická zátěž nepřetržitě měří napětí, proud a vypočítává kapacitu.

Podívejme se na funkčnost zátěžových bloků na příkladu Kongter K-900.

Tato řada zátěžových bloků je navržena pro provoz v širokém rozsahu jmenovitých napětí od 12 V do 480 V s vybíjecím proudem až 750 A. Pokud je potřeba získat vyšší vybíjecí proud, lze kombinovat až 5 bloků paralelně (5 * 750 = 3750 A).

K-900 monitoruje všechny klíčové parametry baterie a ukládá údaje o vybití na USB zařízení. Po testovacím vybití lze data přenést do PC a analyzovat, jak se baterie chovala v daném časovém období. Se zařízením můžete pracovat nejen z obrazovky zařízení, ale také z počítače prostřednictvím softwaru Kongter Battery Data Management, připojení k zařízení přes Wi-Fi nebo kabelové připojení přes port RS-485.

Zátěžový blok lze dodatečně vybavit zapisovači CDL, které jsou schopny měřit napětí každé jednotlivé baterie v obvodu. To značně usnadňuje práci specialistovi provádějícímu kontrolní vybíjení baterie, protože nepotřebuje měřit články baterie samostatně, ale jednoduše připojit CDL rekordéry pro sledování parametrů prvek po prvku. Dále, zadáním kritérií pro zastavení vybíjení (napětí baterie, napětí celého obvodu, kapacita, čas) můžete zahájit vybíjení. Na konci vybití se vygeneruje soubor, který lze otevřít na obrazovce načítacího bloku nebo na PC. Otevřením souboru na PC v softwaru Kongter Battery Data Management můžete analyzovat výsledky vybíjení a generovat zprávy.

Hlavní nevýhodou této metody je diagnostická doba. Regulační dokumenty, stejně jako datové listy baterií, uvádějí hodnoty kapacity pro různé doby vybíjení (například 1 hodina, 3 hodiny, 10 hodin, 20 hodin atd.). Z tohoto důvodu může kontrolní vybití vyžadovat hodiny.

Někdy se uchýlí ke „kombinované metodě“ diagnostiky: provedou rychlý screening velkého počtu baterií pomocí testerů, a pokud jsou nalezeny „podezřelé“ baterie, jsou podrobně diagnostikovány pomocí zátěžových bloků.

5. Měření hustoty elektrolytu

V servisovaných bateriích můžete pro určení jejich stavu měřit hustotu elektrolytu, protože mezi tímto parametrem a kapacitou baterie existuje přímý vztah. Hustota elektrolytu se může měnit z různých důvodů, které spolu také souvisí (časté hluboké vybíjení baterie, sulfatace, suboptimální hustota elektrolytu, vypařování a únik roztoku atd.). Baterie se začne rychleji vybíjet a uvolňuje méně energie. Je třeba si uvědomit, že hustota elektrolytu není ani v provozuschopné baterii v ideálním stavu konstantní, mění se s teplotou a stupněm nabití baterie. Navíc pro různé oblasti se doporučená hustota elektrolytu liší v závislosti na typických klimatických podmínkách.

Výsledky měření hustoty hustoměrem lze porovnat s následujícím diagramem pro kyselinové baterie.

V závislosti na tom, zda je hustota elektrolytu větší nebo menší než požadovaná (a odchylky v kterémkoli směru jsou pro baterii škodlivé), můžete elektrolyt částečně nebo úplně vyměnit, přidat destilovanou vodu nebo roztok požadované koncentrace. nezapomeňte zajistit míchání. Stejně jako u všech dříve popsaných způsobů kontroly stavu baterie je klíčové porovnat naměřené hodnoty s doporučeními výrobce baterie a dodržovat všechny předepsané postupy údržby.

Závěry

Každý způsob určení aktuálního stavu baterie má své výhody a nevýhody. Který z nich použít, závisí na vašich úkolech a schopnostech. Tato souhrnná tabulka vám pomůže v orientaci.

Rychlá měření, zejména vícenásobná měření

Některé modely jsou schopny provádět měření bez vyjmutí baterie z provozního režimu

Specializované modely umožňují uložit výsledky a přenést je do počítače pro přípravu zpráv