Контроль аккумуляторов

Информация о состоянии аккумуляторных батарей на катере или яхте нужна не только любителям электротехники. Эти данные часть системы безопасности судна. Потеря питания в чрезвычайной ситуации приводит к серьезным последствиям, а неконтролируемый разряд аккумуляторов к существенным материальным потерям

Что контролировать в аккумуляторах

Аккумуляторы нельзя разряжать ниже определенного уровня. «Напряжение окончания разряда» – это минимальное рабочее напряжение аккумуляторной батареи. Если разряд аккумулятора продолжается после достижения «напряжения окончания разряда» аккумулятор может быть поврежден или разряжен до такой степени, что его больше нельзя будет использовать.

Но главный показатель состояния аккумуляторной батареи – это емкость. Она характеризует способность аккумулятора сохранять энергию и определяет время его работы без подзарядки.

Высвобождаемая емкость   – это заряд, который аккумулятор отдает до того как его напряжение станет равным напряжению окончания разряда. Доступная емкость  – это высвобождаемая емкость полностью заряженного аккумулятора.  Для нового аккумулятора доступная емкость равна или немного отличается от номинальной. В процессе эксплуатации доступная емкость уменьшается.

Заряженность (SoC)  — это отношение высвобождаемой емкости к доступной. Характеризует текущий заряд аккумулятора. Измеряется в процентах

Работоспособность (SoH) – отношение доступной емкости к номинальной.

Контроль аккумуляторов под нагрузкой

Зависимость напряжения аккумулятора от уровня его заряда
Красная кривая – это зависимость напряжения аккумулятора от уровня его заряда без нагрузки. Синяя линия —  фактический профиль напряжения аккумуляторной батареи для некоторой заданной нагрузки постоянного тока. Зеленая — «Напряжение окончания разряда». Поскольку у аккумулятора есть ненулевое внутреннее сопротивление, синяя кривая расположена ниже красной. Чем больше потребляемый ток, тем сильнее реальный заряд отличается от максимально возможного
Не дорогое устройство контроля аккумулятора
Такое устройство не только не сможет предсказать оставшееся время работы аккумулятора, но и не точно оценит его текущее состояние. За красивым индикатором кроется обычный вольтметр

Напряжение полностью заряженного аккумулятора выше чем разряженного. На этом факте основан самый простой способ контроля – измерить текущее напряжение аккумулятора и сравнить его с напряжением полностью заряженной батареи. Однако такая оценка оказывается не слишком аккуратной. По ней с уверенностью можно утверждать лишь, что аккумулятор заряжен на 100% и что он полностью разряжен. Не высокая точность вызвана тем, что при заданном состояния заряда и различных уровнях нагрузки мгновенное напряжение аккумулятора не постоянно, а колеблется вверх-вниз.

Скачки напряжения зависят от внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи. Если ток разряда очень мал, то внутренние потери не велики и заряд, аккумулятора практически равен максимально возможному. При более высокой нагрузке потери увеличиваются и заряд, отданный аккумулятором до момента достижения минимального рабочего напряжения оказывается меньше.

Счетчик ампер часов

Вместо того, чтобы определять состояние аккумулятора по напряжению, можно измерять ток. Счетчик ампер часов контролирует ток, получаемый и отдаваемый аккумулятором, суммирует его за период использования и прибавляет вычисленное значение к начальной заряженности  аккумуляторной батареи. Поскольку исходное состояние аккумулятора и ток заряда-разряда можно измерить достаточно точно, счетчик ампер часов определяет текущее состояние аккумулятора достовернее, чем вольтметр. Однако у него тоже есть несколько недостатков

Как и в любом устройстве в аккумуляторе существуют потери, поэтому отдаваемый им заряд всегда меньше полученного. Потери не постоянны, а зависят от температуры, тока заряда-разряда и возраста батареи. Эффективность одного и того же аккумулятора в разных условиях разная.

Батарейный монитор Victron BMV-700 Sterling Power PMP1
   
Максимальный измеряемое напряжение, В 95 199
Максимальный измеряемый ток, А 500 199
Шунт 500А/50мВ 200А/100мВ
Количество подключаемых групп АКБ 1 4
Измерение напряжения групп АКБ, шт 1 4
Измерение тока групп АКБ, шт 1 4
Измерение заряженности групп АКБ, шт 1 1
Реле Высокое и низкое напряжение, высокий ток, низкий заряд аккумулятора -
Подключение Отрицательный проводник Положительный или отрицательный проводник
ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ

Однако кулонометр не учитывает потери и со  временем его показания все больше и больше отличаются от реального состояния аккумулятора. Чтобы избежать расхождений кулонометры необходимо регулярно перекалибровать

Если аккумулятор отключен от нагрузки и оставлен без подзарядки, то через токоизмеряющий датчик кулонометра ток не потечет. Но химические реакции в батарее по-прежнему будут идти и со временем ее энергия уменьшится. Через неделю напряжение ячеек и состояние аккумулятора изменятся, однако подсчет кулонов ничего об этом не скажет. Саморазряд аккумулятора кулонометр не учитывает

В процессе эксплуатации доступная емкость аккумулятора уменьшается. Текущее значение емкости кулонометр определить не может и ему регулярно приходится указывать верхнюю и нижнюю точки отсчета. Это делают полностью разряжая и заряжая аккумулятор. В реальных условиях это не всегда возможно и со временем показания кулонометра становятся все менее точными

Батарейный монитор

Схема подключения батарейного монитора Sterling Power PMP1
Схема подключения батарейного монитора Sterling Power PMP1. Устройство контролирует состояние всей электрической системы на катере или яхте. Ток измеряется на выходе с генератора, на входе и выходе сервисной аккумуляторной батареи. На стартовом аккумуляторе контролируется только напряжение

Современный батарейный монитор – это не просто счетчик ампер часов, а интеллектуальное устройство контроля аккумуляторов. Перед началом работы в монитор вводят номинальную емкость аккумулятора, в течении нескольких циклов устройство «обучается» и затем работает без постороннего вмешательства. Монитор следит за током, напряжением и температурой аккумуляторной батареи и сравнивает получаемые данные с собственной моделью аккумулятора. На основе фактических данных параметры модели корректируются и она  постоянно соответствует реальному состоянию работающего аккумулятора

Батарейные мониторы могут контролировать одну или несколько аккумуляторных батарей. Самое простое устройство измеряет напряжение, ток и заряженность единственного аккумулятора. Более продвинутые модели рассчитаны на две или три аккумуляторных группы. Для основной батареи они измеряют напряжение, ток и заряженность, а для дополнительных только ток и напряжение или только напряжение.

Модели, имеющие модульный принцип, позволяют добавлять в цепь до 20 независимых датчиков тока или «интеллектуальных» шунтов, и контролируют с их помощью до 6 аккумуляторных батарей. Такие мониторы имеют встроенный Wi-Fi модуль и передают информацию о состоянии аккумуляторов на смартфон или планшет владельца.

Установка устройства контроля аккумуляторов

Схема подключения устройства контроля аккумуляторов
«Интеллектуальные» шунты можно соединять между собой, чтобы на одном дисплее контролировать состояние до 6 аккумуляторных батарей. Один шунт не только измеряет напряжение, ток и заряженность аккумулятора, но и контролирует емкости и температуру

Если для запуска двигателя используется выделенный аккумулятор, то измерять потребляемый и отдаваемый им ток не обязательно. На стартовом аккумуляторе контролируют только напряжение. Зато на сервисной аккумуляторной батарее измеряют входной и выходной ток, напряжение и уровень заряда.

Если чисто стартового аккумулятора на лодке нет, а оба аккумулятора попеременно используются и для запуска двигателя и для питания бортового оборудования, устанавливают два шунта или перемещают шунт таким образом, чтобы через него протекал ток от обоих аккумуляторных батарей

В любой момент на лодке желательно знать куда уходит и откуда поступает энергия в аккумуляторную батарею. Несколько шунтов позволяют монитору отображать ток получаемый аккумуляторами от солнечных панелей и ветрогенератора или потребляемый микроволновой печью, холодильником и инвертором. Контроль мощных  устройств необходим, поскольку высокий ток способен быстро разрядить и повредить аккумулятор

Схема подключения батарейного монитора для контроля нескольких потребителей
Дисплей батарейного монитора отображает ток, который аккумуляторная батарея получает от дополнительных источников зарядки и отдает мощным потребителям. Голубая линия — солнечные панели. Желтые линии — потребители

Правильно установленный батарейный монитор – это незаменимый  инструмент для поиска неисправностей в электрической системе. С его помощью, например,  можно обнаружить, что солнечные панели стали грязными и больше не заряжают аккумуляторы как положено.

Большинство мониторов для измерения тока используют шунты, которые устанавливают на отрицательной стороне электрической цепи. Некоторые модели, позволяют использовать для этого и отрицательный и положительный проводники. Для контроля за потребителями (инверторами, подруливающими устройствами) или генераторами электрической энергии (зарядными устройствами, солнечными панелями) можно выбрать как положительную так и отрицательную сторону. Контроль за состоянием аккумулятора лучше производить на отрицательной стороне.

Стандартные шунты имеют номинал 200, 300 или 500 А. Однако если нагрузка в цепях не велика можно использовать шунт, состоящий из нескольких линий, каждая из которых рассчитана на  25 А.

Профилактический контроль аккумуляторов

Существует несколько способов выяснить состояния аккумулятора

  1. Проверить плотность электролита
  2. Проверить напряжение холостого хода
  3. Замерить напряжение под высокой нагрузкой
  4. Использовать тестер проводимости
  5. Выполнить полную проверку емкости

Плотность измеряют только у аккумуляторов с жидким электролитом. Соответствие заряженности аккумулятора плотности электролита приведено в таблице

Заряженность аккумулятора Плотность электролита при 27 С Плотность электролита при 16 С
100 1,265 1,273
75 1,225 1,233
50 1,190 1,198
25 1,155 1,163
0 1,120 1,128

 

Напряжение холостого хода

Заряженность аккумулятора можно приблизительно оценить по напряжению холостого хода, измеряемому между клеммами аккумулятора когда в цепи не течет никакой ток. Потребителей на лодке проще всего отключить от аккумуляторной батареи с помощью главного выключателя ( для этого достаточно перевести его в положение OFF). Однако так никогда не стоит делать при работающем двигателе – выпрямительные диоды генератора могут сгореть. Если на лодке установлены дополнительные источники зарядки — солнечные панели или ветрогенератор, то для получения правдивого результата измерения их также необходимо отключить.

Заряженность аккумулятора С жидким электролитом Гелевый AGM
100 12,7-12,6 12,95-12,85 12,9-12,8
75 12,4 12,65 12,6
50 12,2 12,35 12,3
25 12,0 12,0 12,0
0 11,8 11,8 11,8

 

Напряжение холостого хода зависит от того каким было начальное состояние аккумулятора, заряжался или разряжался он перед проверкой и от того сколько времени он находится в состоянии покоя. Напряжение правильно отразит состояние аккумулятора, если нагрузка и устройства зарядки отключены от него как минимум за десять минут до измерения. Результаты окажутся точнее, если аккумулятор находится в состоянии покоя 1-2 часа, а еще лучше в течении 12 часов. У гелевых и AGM аккумуляторов время выравнивания напряжения достигает 48 часов.

Проверка емкости аккумулятора

Емкость это — главная характеристика аккумулятора. Если она существенно меньше номинальной, то срок службы аккумулятора подходит к концу. Другие параметры, влияющие на работоспособность батареи — это внутреннее сопротивление и саморазряд. Внутреннее сопротивление ограничивает ток аккумулятора, а высокий саморазряд указывает на механические дефекты пластин.Напряжение холостого хода и заряд аккумулятора

Напряжение или плотность электролита свинцово-кислотного аккумулятора могут указывать на его полный или почти полный заряд, но батарея не будет нормально функционировать из-за существенной потери емкости, которая произошла из-за сульфатации пластин, коррозии решеток или осыпания активного материала. Правильные напряжение холостого хода и плотность электролита говорят о том, что доступная емкость аккумулятора заряжена полностью, но не дают информации о том какова она по отношению к первоначальной. Выяснить это позволяют тестер проводимости и нагрузочная вилка.

Нагрузочный тестер искусственно создает для аккумулятора высокую нагрузку и одновременно измеряет напряжение аккумулятора. Исправный 12-вольтовый аккумулятор удерживает под нагрузкой напряжение выше 10 Вольт в течении 10 и более секунд. Напряжение же на аккумуляторе с уменьшившейся емкостью быстро падает. Если напряжение 12-вольтового аккумулятора в течении 15 секунд опускается ниже 9,5 вольт, аккумулятор скорее всего надо менять.

Для гелевых и AGM аккумуляторов нагрузка должна быть равна половине тока холодного пуска (ССА) или утроенной номинальной емкости С20 аккумулятора.

В процессе эксплуатации внутреннее сопротивление аккумулятора возрастает. Это становится особенно заметно, если пластины поражены сульфатацией. Доступную площадь пластин, а значит и способность аккумулятора отдавать ток, характеризует проводимость —  величина обратная внутреннему сопротивлению. Значение проводимости также используют для поиска дефектных пластин, короткого замыкания или обрывов цепи в аккумуляторе

Проводимость аккумулятора измеряют с помощью тестера, который кроме этого определяет и текущую доступную емкость аккумулятора (SoH). Номинал тестера должен соответствовать типу, емкости и току холодного пуска проверяемой аккумуляторной батареи.

Реальную емкость аккумулятора можно выяснить полностью разрядив его током в 1/20 от его номинальной емкости.  Перед проверкой аккумулятор сначала полностью заряжают, а затем разряжают до тех пор пока его напряжение не опустится до 10,5 вольт. Емкость вычисляют умножая время работы аккумулятора под нагрузкой на ток разряда. Если полученное в ходе проверки значение составляет меньше 80% от номинальной емкости, аккумулятор необходимо зарядить и проверить еще раз. Если при повторной проверке емкость также не поднялась выше 80%, аккумулятор скорее всего необходимо менять

После испытания аккумулятор необходимо немедленно зарядить, чтобы не допустить его сульфатации.

Полную проверку емкости сервисных аккумуляторных батарей желательно проводить перед началом каждого сезона или перед любой многодневной поездкой на катере или яхте

Задайте вопрос,

и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты

captcha