Как проверить работоспособность аккумулятора мультиметром?

• Измерение напряжения
• Определение уровня заряда АКБ
• Измерение емкости
• О чем говорит емкость АКБ?
• Замер внутреннего сопротивления
• На что влияет внутреннее сопротивление?
• От чего зависит R_вн?
• Выводы

Мультиметр – удобный многофункциональный прибор, с помощью которого легко проверить работоспособность аккумулятора. Этот компактный прибор объединяет функции вольтметра, амперметра и омметра. Соответственно, он позволяет с высокой точностью измерить напряжение элементов питания. Кроме того, с его помощью можно определить уровень заряда аккумулятора, его емкость, внутреннее сопротивление и работоспособность в целом.

Измерение напряжения

Чтобы проверить работоспособность литий-ионного аккумулятора или накопителя энергии с другим химическим составом, нужно определить его напряжение. Для этого переводим мультиметр в режим DC. В зависимости от номинального напряжения АКБ, выбираем подходящий режим по вольтажу. Например, если номинальное значение в пределах 20 В, устанавливаем переключатель в позицию 20 В.

Затем:

• черный щуп мультиметра подсоединяем к» –» клемме, а красный – к» +»;
• отслеживаем на дисплее напряжение постоянного тока;
• сопоставляем измеренное значение с номинальным.

Каким должно быть напряжение конкретной модели АКБ, можно посмотреть в документации или рассчитать самостоятельно. Например, Li-ion аккумуляторы имеют номинальное напряжение 3,6 или 3,7 В и диапазон рабочих величин (от разряженного состояния до заряженного) – от 2,5 до 4,2 В. При последовательном соединении элементов их вольтаж суммируется.

В таблице представлены значения напряжения для разных вариантов Li-ion батарей, в зависимости от количества последовательно соединенных «банок»:

У аккумуляторов типа LiFePO4 номинальное напряжение составляет 3,2 В на ячейку, а диапазон рабочих величин – от 2,1 до 3,65 В. В таблице приведены значения вольтажа (минимум/номинал/максимум) для литий-железо-фосфатных АКБ в разных версиях сборки:

Определение уровня заряда АКБ

Рассмотрим, как проверить зарядку аккумулятора с помощью мультиметра. Определить уровень заряженности батареи можно по измеренной величине напряжения. Если измеренный вольтаж близок к максимальному значению для данной АКБ, она заряжена и готова к использованию. Если же он близок к минимальной границе, батарею необходимо зарядить. Если напряжение критически низкое, АКБ непригодна для эксплуатации, подлежит утилизации и замене.

В таблице приведены ориентировочные значения вольтажа АКБ разных типов (в вольтах) в зависимости от уровня заряда:

Измерение емкости

Мультиметр может служить тестером для определения емкости АКБ. Для этого производится контрольный разряд предварительно заряженной батареи. Вначале по максимуму заряжаем АКБ и измеряем ее напряжение. Затем подключаем к ней нагрузку известной мощности, к примеру, лампу на 24 Вт. Засекаем время и периодически замеряем вольтаж АКБ.

Для этого подключаем к полюсам батареи мультиметр в режиме DC и устанавливаем переключатель в позицию 20 В. Отслеживаем снижение напряжения под нагрузкой. Когда его значение достигнет допустимого минимума (для литий-ионных АКБ – 2,5 В на ячейку, для LiFePO4 – 2,1 В на ячейку), отключаем батарею от нагрузки.

Для расчета емкости батареи (в ампер-часах) умножаем мощность подключенной нагрузки (в ваттах) на время работы (в часах) и делим на номинальное напряжение (в вольтах). Например, если батарея номинальным вольтажом 18 В под нагрузкой 24 Вт разряжалась 2 часа получаем: (24 Вт х 2 ч)/18 В = 2,67 А·ч. По полученному значению емкости легко рассчитать время работы АКБ при ее подключении к нагрузке другой мощности.

О чем говорит емкость АКБ?

Если значение емкости, рассчитанное при контрольном цикле заряд-разряд, примерно соответствует номинальной величине, батарея исправна и работоспособна. В среднем Li-ion элементы форм-фактора 18650 имеют емкость от 1500 до 3600 мА·ч, а ячейки размера 21700 – от 3000 до 5000 мА·ч.

Если рассчитанная емкость намного ниже номинального значения, это говорит об износе, неисправности аккумуляторов и критическом падении их технических характеристик. В среднем емкость литиевых АКБ снижается на 20% после выработки 700–1000 циклов заряд-разряд, а у моделей технологии LiFePO4 – после 2000 циклов. Затем накапливаемый объем энергии постепенно снижается, и время автономной работы АКБ уменьшается. Но элементы питания могут выйти из строя до исчерпания циклического ресурса, например, если будут долго храниться в разряженном состоянии.

Замер внутреннего сопротивления

Для определения внутреннего сопротивления ячеек необходимо:

1. Подключить к батарее лампочку, электродвигатель, электроинструмент или другую нагрузку на 5–10 секунд.
2. Измерить мультиметром напряжение на клеммах. Записать его значение.
3. Отключить нагрузку.
4. Снова измерить напряжение на полюсах АКБ. Записать его значение.
5. От первого измеренного значения вольтажа вычесть второе. При токе нагрузки в 100 А допустимая потеря напряжения составляет 1 В, при токе 5 А – порядка 0,05 В. Больший разброс между измеренными значениями свидетельствует об износе АКБ.
6. Полученное число разделить на номинальный вольтаж батареи. Для перевода в проценты умножить на 100. При величине до 0,4% внутреннее сопротивление считается допустимым, а аккумуляторы – рабочими. При больших значениях использовать источники питания опасно.

На что влияет внутреннее сопротивление?

От этого параметра зависит склонность элементов питания к нагреву при токовых нагрузках. При высоких значениях внутреннего сопротивления прохождение тока затрудняется, происходит нагрев элементов и еще больше снижается токоотдача. При использовании в мощном оборудовании из-за перегрева срабатывает плата защиты и происходит отключение АКБ от нагрузки. Поэтому при выборе элементов питания необходимо сопоставлять их внутреннее сопротивление и мощность подключаемого электрооборудования.

Например, для использования в электронных сигаретах, шуруповертах и электротранспорте нужны АКБ с низким сопротивлением. Из-за хорошей токоотдачи их называют высокотоковыми. Например, у аккумуляторов 18650 Samsung с рабочими токами 15 А внутреннее сопротивление находится в диапазоне 12–15 мОм. Это низкие значения, характерные для высокотоковых элементов. Средними считаются показатели 35–42 мОм. Они рассчитаны на меньшие токовые нагрузки.

От чего зависит R_вн?

Внутреннее сопротивление элементов питания зависит от их химического состава, уровня заряженности, нагрузки, температуры и особенно увеличивается при использовании на морозе. В таких условиях химические процессы протекают медленнее, особенно у Li-ion и Li-Pol элементов. Модели типа LiFePO4 и LTO более адаптированы для работы при низких температурах, т.к. у них внутреннее сопротивление увеличивается незначительно.

Выводы

В вопросе, как правильно проверить аккумулятор мультиметром, все начинается с измерения напряжения. Если его значение не упало ниже допустимого минимума, это хорошо. Иначе аккумулятор негоден. По величине измеренного напряжения определяется ориентировочный уровень заряда АКБ.

Дальнейшая проверка «живого» аккумулятора производится после его полной зарядки. Засекается время, и АКБ разряжается под действием нагрузки известной мощности. Зная значения мощности нагрузки, времени разряда и номинального напряжения, можем рассчитать емкость аккумулятора. От нее зависит время автономной работы оборудования и, например, дальность пробега электротранспорта на 1 заряде.

Далее измеряем внутреннее сопротивление ячеек. На несколько секунд подключаем нагрузку и замеряем напряжение на клеммах АКБ. Следующий замер делаем после отключения нагрузки. Сопоставляем полученную разницу с допустимыми значениями. Если сопротивление в пределах 30 мОм, такие элементы питания подходят для использования при высоких токовых нагрузках.

Эти простые способы позволяют проверить работоспособность элементов питания и их технические характеристики.

Читайте в нашем блоге о выборе АКБ для газонокосилок и садовой техники.