Как измерить ёмкость АКБ: методы и приборы

Аккумуляторная батарея на подстанции или в телеком-узле месяцами показывает «нормальное» напряжение и при этом не выдаёт и половины паспортной ёмкости. Узнаёте вы об этом в тот момент, когда пропадёт основное питание и нагрузка ляжет на батарею. Для ответственных узлов это не теоретический риск: тихая деградация ёмкости не видна по штатным приборам и по вольтметру. Ниже разбираем, чем контроль реальной ёмкости отличается от контроля напряжения, почему объективный ответ даёт только контрольный разряд, какие пороги отбраковки применяют на практике и какими приборами это измеряют.

Содержание

• Что такое ёмкость АКБ и почему «напряжение в норме» ≠ «ёмкость в норме»
• Контрольный разряд: единственный объективный метод
• Косвенная оценка по внутреннему сопротивлению
• Безопасность теста: авто-отсечка разрядной установки
• Какие приборы нужны для проверки аккумулятора
• FAQ

Что такое ёмкость АКБ и почему «напряжение в норме» ≠ «ёмкость в норме»

Ёмкость показывает, сколько электричества заряженная батарея способна отдать до конечного напряжения разряда, и измеряется в ампер-часах (А·ч). Паспорт указывает ёмкость для определённого тока и времени разряда. Например, 100 А·ч в режиме C/10 означает, что батарея должна выдавать 10 А в течение 10 часов. От ёмкости зависит, сколько времени батарея удержит нагрузку при потере основного питания, и в этом её рабочая функция в системах оперативного тока и бесперебойного питания.

Здесь и кроется ловушка. Напряжение разомкнутой цепи и плотность электролита говорят о состоянии заряда, но почти ничего не говорят об остаточной ёмкости. Полностью заряженная, но деградировавшая батарея покажет паспортное напряжение на клеммах и «провалится» только под нагрузкой. Регулярно встречается ситуация, когда батарея с виду исправна, напряжение и плотность в норме, а реальная отдаваемая ёмкость уже ниже допустимого порога.

Почему напряжение обманывает:

• Напряжение покоя отражает степень заряда, а не способность отдать заряд под нагрузкой. Деградировавшие пластины «держат» вольтаж на холостом ходу и теряют его сразу под нагрузкой.
• Активная масса пластин с возрастом сульфатируется и осыпается. Ёмкость падает постепенно, без скачка напряжения, который было бы видно на штатных приборах.
• По опыту производителей, заявленные сроки службы во многом маркетинговые. Реальный ресурс при нормальной эксплуатации ближе к 5–6 годам, а нарушение температурного режима сокращает его в 2–3 раза. 

Вывод инженерный: чтобы узнать остаточную ёмкость, батарею нужно нагрузить и измерить, сколько ампер-часов она реально отдаст. Это и делает контрольный разряд.

Контрольный разряд: единственный объективный метод

Контрольный разряд (его же называют проверкой аккумуляторов под нагрузкой) выполняет прямое измерение: батарею разряжают нормированным постоянным током до конечного напряжения и считают отданные ампер-часы. Полученное значение сравнивают с паспортом. Косвенная оценка не заменяет этот метод, потому что он измеряет ту самую величину, ради которой батарея и существует, то есть запасённую энергию.

Как проводится контрольный разряд

Процедура для стационарных свинцово-кислотных АКБ строится по типовой практике, согласующейся с международными ориентирами (IEEE 1188 для VRLA, IEEE 450 для вентилируемых):

1. Полный заряд и стабилизация. Перед тестом батарею полностью заряжают и выдерживают, чтобы исключить влияние недозаряда на результат.
2. Разряд нормированным током. Подключают блок нагрузки (разрядную установку) и задают постоянный ток, соответствующий выбранному режиму из паспорта, например C/10 или C/20 (десяти- или двадцатичасовой разряд). Ток поддерживают стабильным на всём протяжении теста.
3. Разряд до конечного напряжения. Тест ведут до момента, когда напряжение падает до конечного значения разряда. Для свинцово-кислотных элементов это типично 1,75 В на элемент, то есть 10,5 В для 12-вольтового моноблока из шести ячеек. Контролируют как напряжение всей цепи, так и напряжение отдельных элементов.
4. Подсчёт отданной ёмкости. Реальную ёмкость считают как ток разряда, умноженный на время до достижения конечного напряжения (А × ч = А·ч). Если батарея дошла до конечного напряжения ровно за паспортное время теста, её измеренная ёмкость равна 100% номинала.
5. Сравнение с паспортом. Измеренную ёмкость приводят к паспортным условиям (с учётом температуры) и выражают в процентах от номинала.

Пороги отбраковки

• Новая АКБ ниже 95% паспортной ёмкости. Если реальная ёмкость новой батареи при входном контроле ниже 95% паспортной, это основание для претензии поставщику и возврата. По оценке специализированной лаборатории диагностики, около 2% новых АКБ при входном контроле отбраковываются по ёмкости и возвращаются производителю.
• В эксплуатации ниже 80% паспортной ёмкости. Планка непригодности для батарей в эксплуатации составляет ниже 80% номинала. Это согласуется с международным ориентиром: IEEE 1188 рекомендует замену при падении ёмкости ниже 80% или отклонении полного сопротивления более чем на 20% от базового. Для ответственных узлов внутренние регламенты бывают строже.

Зачем нужен именно входной контроль ёмкости новой батареи: брак по ёмкости в момент приёмки невозможно отловить вольтметром, а вернуть батарею после ввода в эксплуатацию уже сложно. Контрольный разряд на приёмке защищает от покупки «кота в мешке» и даёт документированное основание для отбраковки.

У контрольного разряда есть цена. Батарею нужно вывести из работы (или обеспечить резервирование на время теста), процедура занимает часы, а после неё батарею снова заряжают. Поэтому в реальном регламенте контрольный разряд совмещают с регулярным быстрым скринингом. Подробнее об этом ниже и в обзоре диагностики и обслуживания АКБ.

Косвенная оценка по внутреннему сопротивлению

Контрольный разряд объективен, но трудоёмок, поэтому между плановыми разрядами состояние батареи контролируют косвенно, тестером внутреннего сопротивления. Он измеряет элемент прямо в составе работающей системы, без вывода из эксплуатации, за секунды на элемент. Этот инструмент используют для частого скрининга: он ловит обрывы и предобрывные состояния и сигнализирует о деградации раньше, чем она проявится под нагрузкой. Точную остаточную ёмкость в ампер-часах сопротивление не даёт, её показывает только разряд.

Что именно измеряет сопротивление, какие пороги применять (превышение паспорта более чем в 3 раза, разброс между элементами более 15%) и где границы метода, разбираем в отдельном материале про внутреннее сопротивление АКБ.

Безопасность теста: авто-отсечка разрядной установки

Глубокий разряд опасен для многих типов батарей. Переразряд ниже безопасного порога повреждает пластины и может необратимо снизить ёмкость даже у исправного элемента. Поэтому требования к разрядной установке не формальность.

Что должна обеспечивать разрядная установка:

• Автоматическое прекращение теста при падении напряжения ниже безопасного порога, причём контроль ведётся как по напряжению всей цепи, так и по напряжению отдельного элемента.
• Контроль по элементу важен потому, что слабый элемент в цепи достигает конечного напряжения раньше остальных. Если отсекать тест только по суммарному напряжению цепи, слабый элемент успеет переразрядиться и выйти из строя до срабатывания общей отсечки.
• Поддержание стабильного заданного тока на всём протяжении теста, иначе отклонение тока исказит расчёт отданной ёмкости.

В работе действует правило: тест ёмкости проводят так, чтобы по его результатам исправная батарея осталась пригодной к эксплуатации, а не пострадала от самой процедуры. Без авто-отсечки по цепи и по элементу это требование не выполнить.

Какие приборы нужны для проверки аккумулятора

Для полноценной проверки ёмкости и состояния АКБ нужны два разных инструмента. Они решают разные задачи и не заменяют друг друга.

Блок нагрузки (разрядная установка)

Контрольный разряд требует разрядной установки. Она задаёт нормированный ток, ведёт батарею до конечного напряжения и считает отданную ёмкость. Установки подбирают под напряжение и ток конкретной батарейной сборки, например под 48-вольтовые телеком-сборки или под 230-вольтовые сборки на 300–2500 А·ч на генерации и подстанциях.

Чтобы видеть не только сборку целиком, но и каждый элемент, к блоку добавляют регистратор данных элементов (CDL, Cell Data Logger). Один модуль CDL контролирует напряжение до 12 элементов и передаёт данные по беспроводной связи на блок и в ПО на компьютере. За один разряд это позволяет найти отстающий элемент, а не только зафиксировать просадку ёмкости всей цепи. Конфигурацию блока и CDL подбирают под параметры сборки. Модели смотрите в каталоге блоки нагрузки (разрядные установки). Разрядные установки поставляем под заказ с подбором под параметры объекта. 

Тестер для предварительного скрининга

Для частого контроля между разрядами используют тестер внутреннего сопротивления. Он измеряет сопротивление и напряжение элемента, ведёт память измерений и выгружает отчёты для анализа динамики. Базовые варианты из нашего ассортимента:

• Kongter BT-301С —  измеряет элементы 1,2-16 В, ёмкость до 6000 А·ч, комплектуется щупом и зажимами-крокодил, сенсорный экран.
• Kongter BT-302 — измеряет элементы 1,2–16 В, ёмкость до 6000 А·ч, так же имеет функцию тестирования сопротивления межэлементных перемычек.

Перечисленные тестеры выгружают отчёты в Excel/Word и работают с ПО для ПК (анализ динамики, графики). Какой тестер подходит под ваш парк батарей по диапазону напряжений элемента, наличию теста перемычек, объёму памяти и типу контактов, разбираем в материале как выбрать тестер АКБ. Посмотреть модели можно в каталоге тестеров АКБ Kongter.

Закажите расчёт окупаемости диагностики под ваш объект. Подберём метод и оборудование под параметры вашей батарейной системы.

Тел.: +7 (495) 909-21-61 · Email: info@test-energy.ru → Рассчитать окупаемость диагностики под ваш объект

FAQ

Можно ли измерить ёмкость аккумулятора мультиметром или вольтметром? Нет. Мультиметр показывает напряжение, которое отражает степень заряда, но не остаточную ёмкость. Деградировавшая батарея может показывать паспортное напряжение на холостом ходу и не выдать половины ёмкости под нагрузкой. Реальную ёмкость в ампер-часах даёт только контрольный разряд блоком нагрузки.

Чем отличается тестер внутреннего сопротивления от блока нагрузки? Тестер сопротивления служит для быстрого скрининга: он измеряет элемент за секунды без вывода батареи из работы и хорошо находит обрывы. Но реальную ёмкость он не показывает. Блок нагрузки выполняет контрольный разряд и даёт объективный ответ по ёмкости в А·ч, хотя требует вывода батареи в тест. Эти инструменты дополняют друг друга, а не заменяют.

При какой ёмкости аккумулятор пора списывать? Для батарей в эксплуатации типовой порог непригодности составляет ниже 80% паспортной ёмкости; этот же порог как ориентир конца срока службы рекомендует IEEE 1188. Для новой батареи при входном контроле планка строже: ниже 95% паспорта даёт основание для претензии поставщику. Для ответственных узлов внутренние регламенты бывают строже.

До какого напряжения разряжают аккумулятор при проверке ёмкости? До конечного напряжения разряда. Для свинцово-кислотных элементов это типично 1,75 В на элемент, то есть около 10,5 В для 12-вольтового моноблока. Разряд ведут стабильным нормированным током, а отданную ёмкость считают как ток, умноженный на время до достижения конечного напряжения.