Внутреннее сопротивление АКБ: что показывает и как измерять

Аккумуляторная сборка месяцами держит номинальное напряжение и нормальную плотность электролита, а потом при первой же серьёзной нагрузке цепь обрывается, и объект обесточивается за секунды. Приближение отказа можно было увидеть заранее: внутреннее сопротивление элементов начинает расти задолго до того, как произойдет отказ. Ниже разберём, что такое внутреннее сопротивление АКБ, почему оно меняется раньше других параметров, как его измеряют тестеры прямо на батарее в составе системы без вывода из эксплуатации и какие пороги служат сигналом к действию.

Оглавление

• Что такое внутреннее сопротивление элемента
• Почему сопротивление растёт раньше, чем падает ёмкость
• Как измеряют тестеры: метод без отключения нагрузки
• Пороги-маркеры: обрыв и разброс между элементами
• Чего внутреннее сопротивление НЕ показывает
• Почему 2В-элементы надёжнее 12В-моноблоков
• Приборы для измерения внутреннего сопротивления
• FAQ

Что такое внутреннее сопротивление элемента

Ни один аккумуляторный элемент не работает как идеальный источник напряжения. Внутри него есть собственное сопротивление, которое создают электролит, активная масса пластин, токоотводящие решётки, перемычки и контакты. Когда через элемент идёт ток, часть напряжения теряется на этом внутреннем сопротивлении, поэтому под нагрузкой клеммное напряжение всегда ниже, чем на холостом ходу.

У нового, исправного элемента внутреннее сопротивление совпадает с паспортной величиной: производитель указывает её для конкретной модели и ёмкости, обычно в миллиомах или микроомах. По мере старения и при дефектах оно растёт. Диагностическую информацию несёт именно динамика этой величины: насколько сопротивление отклонилось от исходного значения и от соседних элементов.

Одно отдельное измерение сопротивления говорит мало. Ценность появляется, когда есть точка отсчёта (паспорт или замер при вводе в эксплуатацию) и история того, как параметр меняется от проверки к проверке.

Почему сопротивление растёт раньше, чем падает ёмкость

Это главная причина, по которой внутреннее сопротивление вообще измеряют. Деградационные процессы внутри элемента (сульфатация пластин, коррозия решётки, потеря контакта активной массы, подсыхание у VRLA) повышают внутреннее сопротивление раньше, чем ощутимо снижают отдаваемую ёмкость в ампер-часах.

Для эксплуатации это значит вот что. Внутреннее сопротивление меняется за месяцы до критического отказа, когда напряжение и плотность электролита ещё в пределах нормы и обычный осмотр ничего не показывает.

Эта зависимость не гипотеза, а отраслевой ориентир. Стандарт IEEE 1188 (обслуживание VRLA-батарей в стационарных применениях) включает омические измерения (internal resistance / impedance) в число штатных параметров контроля наряду с напряжением и ёмкостью, а рост внутреннего сопротивления связывает с деградацией положительных пластин и подсыханием. В редакции IEEE 1188 одним из триггеров замены служит отклонение омического сопротивления более чем на 20% от базового значения, зафиксированного при вводе в эксплуатацию (см. IEEE 1188 — Standard Battery Testing Requirements, Megger и IEEE 1188 VRLA testing, testinglab.com). Периодический замер сопротивления признан в отрасли типовой практикой раннего предупреждения.

Отсюда вывод для эксплуатации. Ждать, пока просядет ёмкость, чтобы понять, что элемент уходит, уже поздно. Регулярный замер сопротивления даёт запас по времени на плановую замену вместо аварийной.

Как измеряют тестеры: метод без отключения нагрузки

Главное практическое преимущество измерения внутреннего сопротивления перед контрольным разрядом в том, что его проводят на работающей батарее, не выводя её из эксплуатации. При этом батарея должна быть полностью заряжена (у недозаряженной батареи сопротивление будет выше). Сборка остаётся в составе системы и продолжает выполнять резервную функцию, пока инженер проходит по элементам с тестером.

Принцип измерения

Тестеры внутреннего сопротивления часто работают по такому принципу: прибор подаёт на элемент небольшой переменный (AC) измерительный сигнал и по отклику напряжения и тока вычисляет внутреннее сопротивление. Сигнал слабый, поэтому замер можно делать, пока батарея остаётся подключённой к нагрузке. Это штатный метод онлайн-измерения сопротивления элемента (см. AC method battery internal resistance, amforum.org и on-line measurement of battery internal resistance, HIOKI). Этим он принципиально отличается от контрольного разряда, который требует вывода батареи в тест.

Тестеры Kongter в ходе измерения потребляют небольшой ток от тестируемой АКБ. Одни приборы измеряют на частоте 1000 Гц, другие на пониженных частотах. Измерение на пониженной частоте помогает учесть поляризационную составляющую внутреннего сопротивления, которая возникает из-за двойного электрического слоя на границе раздела электролита и пластин электродов. У тестеров Kongter частота тестирования ниже 22 Гц. Распространённые и зачастую недорогие тестеры измеряют на 1000 Гц: они дают более низкое значение сопротивления, но не учитывают эту составляющую. Поэтому динамику изменения сопротивления имеет смысл сравнивать по замерам одинаковыми или идентичными по технологии тестерами.

Что фиксирует прибор за один проход

• Внутреннее сопротивление каждого элемента, основной диагностический параметр.
• Напряжение элемента, для оценки заряда и поиска отстающих ячеек.
• У части моделей — сопротивление межэлементных перемычек. Это важно для протяжённых сборок, где плохой контакт перемычки маскируется под «хороший» элемент.

Зачем нужна история измерений

Отдельное число сопротивления интерпретируют относительно базы. Поэтому тестеры пишут результаты в память (от тысяч до сотен тысяч записей в зависимости от модели) и выгружают отчёты в Excel/Word через ПО для ПК. Так строят динамику по каждому элементу и сравнивают её с замером при вводе в эксплуатацию. На этом отклонении от базы и держатся пороги. Критерии выбора прибора под парк элементов разбираем в материале как выбрать тестер АКБ.

Пороги-маркеры: обрыв и разброс между элементами

Приведу два рабочих ориентира, которыми пользуемся при первичной диагностике. Это полевые маркеры, основанные на опыте практиков. Конкретный порог замены для ответственного объекта задаёт регламент и паспорт производителя АКБ.

Превышение паспорта более чем в 3 раза: обрыв или предобрывное состояние

Если внутреннее сопротивление элемента превышает паспортное значение более чем в 3 раза, это признак обрыва или предобрывного состояния. Такой элемент идёт под срочную замену.

Здесь есть неочевидная деталь: ёмкость такого элемента в этот момент может быть ещё нормальной. На холостом ходу или при слабом токе он ведёт себя как исправный, и мультиметр покажет номинальное напряжение. Но под реальной нагрузкой идёт ускоренное развитие дефекта, затем нарушается целостность электрического соединения между элементами внутри батареи, и в итоге происходит обрыв. Вся сборка теряет работоспособность. Поэтому внезапный обрыв опаснее плавной деградации ёмкости: он не предупреждает о себе снижением показателей, а сразу проявляется полным отказом. Обнаружить его заранее можно практически только по сопротивлению.

Разброс между соседними элементами более 15%: повод для углублённой диагностики

В исправной последовательной сборке внутренние сопротивления соседних элементов близки. Если сопротивление одного элемента отличается от соседних более чем на 15%, это повод для углублённой диагностики, прежде всего контрольного разряда подозрительного участка. Разброс сам по себе не приговор, но он указывает, куда смотреть. Дальше нужен объективный замер ёмкости.

Отраслевой ориентир IEEE 1188 оперирует отклонением омического сопротивления от базового значения при вводе в эксплуатацию (порядка 20% как триггер замены). И нормативная логика, и полевая практика опираются на один принцип: важна не абсолютная цифра, а отклонение от точки отсчёта.

Периодический замер внутреннего сопротивления остаётся типовой практикой контроля (IEEE 1188), и рост относительно базового значения служит ранним сигналом к наблюдению. По опыту эксплуатации разных типов АКБ превышение внутреннего сопротивления более чем на 50% может говорить о существенном ухудшении состояния и снижении ёмкости более чем на 20%. В алгоритме тестеров Kongter рост сопротивления относительно опорного значения трактуется по ступеням: до 1,15× — норма, 1,15–1,5× — удовлетворительно, 1,5–2× — ненормально, от 2× — критично. Отдельный случай — превышение паспортного значения более чем в 3 раза, маркер обрыва или предобрывного состояния, когда ёмкость ещё может быть в норме.

Чего внутреннее сопротивление НЕ показывает

Тестер сопротивления даёт быструю первичную диагностику, скрининг. У метода есть чёткая граница: он не измеряет реальную остаточную ёмкость в ампер-часах.

• Не даёт ёмкость в А·ч. Сопротивление может оставаться приемлемым, а ёмкость уже просесть из-за сульфатации. Бывает и наоборот: при обрыве сопротивление огромное, а «ёмкость» формально нормальная. Однозначный ответ о реальной ёмкости даёт только контрольный разряд блоком нагрузки, и это тема отдельного материала как измерить ёмкость АКБ.
• Не заменяет блок нагрузки. Правильная схема такая: тестер сопротивления для частого скрининга всей сборки, контрольный разряд для верификации подозрительных элементов и плановой проверки ёмкости.

При этом у тестера есть функция, которой нет у блока нагрузки: он быстро находит обрывы и предобрывные состояния. Контрольный разряд показывает деградацию ёмкости, но плохо ловит элемент с резко выросшим сопротивлением, и тут работает именно тестер. Два метода не конкурируют, а дополняют друг друга. Полную картину методов и периодичности даём в обзорном материале диагностика и обслуживание АКБ.

Почему 2В-элементы надёжнее 12В-моноблоков

Тип сборки напрямую влияет на то, насколько глубоко её можно диагностировать по сопротивлению.

Сборки на отдельных 2В-элементах надёжнее с точки зрения контроля. Все межэлементные соединения и перемычки на виду, к каждой ячейке есть доступ для замера сопротивления, и состояние каждого соединения отслеживается отдельно. Если перемычка ослабла или контакт окислился, это видно по росту сопротивления именно на этом участке. В сборках на 2В-элементах видимых межэлементных соединений много, и их состояние контролируют тестером Kongter BT-302 с функцией измерения сопротивления соединительных перемычек.

В герметичном 12В-моноблоке (шесть последовательных ячеек по 2В внутри одного корпуса) состояние внутренних связей между ячейками отследить нельзя, поскольку наружу выведены только две клеммы. Тестер измеряет моноблок целиком, и дефект отдельной внутренней ячейки усредняется по всем шести. Для ответственных стационарных применений это аргумент в пользу сборок на 2В-элементах.

Приборы для измерения внутреннего сопротивления

В нашем ассортименте есть тестеры внутреннего сопротивления Kongter. Они измеряют внутреннее сопротивление и напряжение, ведут память измерений и выгружают отчёты в Excel/Word с ПО для анализа динамики. Все тестеры Kongter внесены в Государственный реестр средств измерений РФ. Цены приведены по нашему каталогу.

Короткий ориентир по задачам:

• Парк 2В-элементов с протяжёнными перемычками — BT-302: умеет отдельно мерить сопротивление межэлементных перемычек.
• Смешанный парк и большой объём измерений — BT-301С: широкий рабочий диапазон, сенсорный экран.
• Базовый скрининг разнотипных сборок — BT-3915: щуп и зажимы-крокодил, основные напряжения.

Подобрать прибор под конкретный парк элементов помогает разбор как выбрать тестер АКБ. Посмотреть модели и характеристики можно в каталоге: тестеры АКБ Kongter.

Нужна оценка под ваш объект? Закажите расчёт окупаемости диагностики под вашу сборку, и мы подскажем периодичность, метод и прибор. Тел. +7 (495) 909-21-61, e-mail info@test-energy.ru. 

→ Рассчитать окупаемость диагностики под ваш объект

FAQ

Можно ли измерять внутреннее сопротивление АКБ, не отключая нагрузку? Да. Тестеры внутреннего сопротивления используют слабый переменный (AC) измерительный сигнал, поэтому замер проводят на батарее в составе системы, без вывода её из эксплуатации. Это штатный метод онлайн-измерения и ключевое отличие от контрольного разряда, который требует вывода батареи в тест. Частота тестирования у приборов разная: распространённые тестеры измеряют на 1000 Гц, а тестеры Kongter работают на пониженной частоте ниже 22 Гц, что позволяет учесть поляризационную составляющую внутреннего сопротивления.

Почему внутреннее сопротивление растёт раньше, чем падает ёмкость? Деградационные процессы (сульфатация, коррозия решётки, подсыхание у VRLA) повышают внутреннее сопротивление раньше, чем заметно снижают отдаваемую ёмкость. Поэтому периодический замер сопротивления служит ранним предупреждением: параметр меняется за месяцы до отказа, когда напряжение и плотность ещё в норме. Эта логика отражена и в стандарте IEEE 1188.

Какое значение внутреннего сопротивления считать критическим? Рабочий ориентир из практики: превышение паспортного значения более чем в 3 раза — признак обрыва или предобрывного состояния, элемент под срочную замену (ёмкость при этом может быть ещё нормальной). Разброс более 15% между соседними элементами — повод для углублённой диагностики контрольным разрядом. Конкретный порог замены для ответственного объекта задаёт регламент и паспорт производителя.

Заменяет ли тестер сопротивления контрольный разряд? Нет. Тестер даёт быстрый скрининг и поиск обрывов, а реальную остаточную ёмкость в ампер-часах он не измеряет. Объективный ответ о ёмкости даёт только контрольный разряд блоком нагрузки. Правильная схема: тестер для частого контроля всей сборки, контрольный разряд для верификации подозрительных элементов. Подробнее в материале как измерить ёмкость АКБ.

Чем сборка на 2В-элементах лучше для диагностики, чем 12В-моноблоки? В сборке на отдельных 2В-элементах все межэлементные соединения доступны для замера, и состояние каждого контакта отслеживается отдельно. В герметичном 12В-моноблоке наружу выведены только две клеммы, поэтому внутренние связи между шестью ячейками тестер измеряет усреднённо и дефект отдельной ячейки может не выявить.

Что дальше

Внутреннее сопротивление работает как ранний индикатор и инструмент для поиска обрывов, но не измеряет ёмкость. Если по результатам скрининга есть подозрительные элементы (превышение паспорта в 3 раза или разброс более 15%), следующий шаг — контрольный разряд: как измерить ёмкость АКБ. Подобрать прибор под свой парк поможет разбор как выбрать тестер АКБ. Общую картину методов и периодичности даём в обзоре диагностика и обслуживание АКБ.

Посмотреть приборы и характеристики: тестеры АКБ Kongter. Для оценки под конкретный объект и расчёт: тел. +7 (495) 909-21-61, e-mail info@test-energy.ru.