Оперативная проверка степени заряженности аккумуляторных батарей является перспективным направлением развития системы бортовой диагностики автомобиля. Она позволит контролировать состояние батареи во время каждого запуска и своевременно определить критическое значение заряда, при котором двигатель может не запуститься при низкой температуре окружающего воздуха. Вместе с тем контроль степени заряженности аккумуляторной батареи можно осуществить разными методами, которые будут проанализированы ниже.
Первый метод проверки степени заряженности аккумуляторной батареи автомобиля — измерение времени разряда аккумуляторной батареи при постоянной, максимально допустимой для данного источника тока, нагрузке. Метод основан на измерении разрядного тока и времени, за которое осуществляется разряд до предельно допустимого значения тока, характеризующего полный разряд данной аккумуляторной батареи.
Основным достоинством является отражение самой сути параметра «номинальная емкость аккумуляторной батареи» — величина отдаваемого заряда при 20-часовом режиме разряда до минимально допустимого напряжения, при котором не происходит сульфатации пластин.
Недостатки этого метода: продолжительность измерения, полная разрядка аккумуляторной батареи, после чего требуется ее зарядка — как следствие, измеряется емкость аккумулятора, которую он имел до начала проверки заряженности. Наибольшее применение такой метод получил при производстве аккумуляторных батарей для контроля соответствия партии установленным требованиям ГОСТ Р 53165–2008.
Вторым методом проверки степени заряженности стартерной аккумуляторной батареи автомобиля может служить оценка значения напряжения разомкнутой цепи (НРЦ). Напряжение разомкнутой цепи — это напряжение, которое может быть зафиксировано и определено вольтметром либо тестером между полюсными выводами аккумулятора (рисунок 1) [1].
Достоинством этого метода является оперативность получения значений. Недостатком же является малая зависимость НРЦ от степени заряженности аккумулятора — так, при НРЦ равным 12.7 В степень заряженности с равной вероятностью может быть 75 % или 10 %.
Такой диапазон значений обусловлен влиянием на степень заряженности значения концентрации электролита и его электропроводности.
Рис. 1. Измерение степени заряженности аккумулятора от НРЦ
Третьим методом проверки степени заряженности аккумуляторной батареи является измерение плотности электролита специальным прибором — ареометром (рисунок 2). Для корректного измерения электролит должен иметь температуру от +20 до +30 градусов по Цельсию и необходим доступ к каждому аккумулятору аккумуляторной батареи.
Таким образом, если батарея считается необслуживаемой, т. е. не имеет пробок для восполнения электролита, воспользоваться этим методом не представляется возможным. Тем не менее существуют патенты на конструкции, которые могут измерять плотность электролита в необслуживаемых стартерных батареях — в частности они представляют собой поплавок и датчик потенциометрического типа, внедренные в корпус аккумуляторной батареи. Однако при таком методе измерения необходимо знать температуру электролита, чтобы корректировать значения плотности с поправкой на температуру — таким образом, необходим датчик температуры. Соответственно использование такой схемы приведет к существенному удорожанию самой аккумуляторной батареи [1].
Рис. 2. Измерение плотности электролита: 1 — Аккумуляторная батарея; 2 — ареометр
Четвертый метод измерения емкости аккумуляторной батареи — по отклику на тестовый сигнал прибора-анализатора. Сам прибор представляет собой модернизированную нагрузочную вилку, включающую в себя блок анализа сигнала, а так же передатчик собственно сигнала для анализа емкости аккумуляторной батареи. Питание устройство получает от диагностируемой аккумуляторной батареи, к которой подключается четырьмя зажимами типа «крокодил» — для более точного измерения. После подключения прибор подает на аккумуляторную батарею сигнал специальной формы, при этом по отклику аккумуляторной батареи прибор определяет площадь активной поверхности пластин, что характеризует его емкость. Кроме того, как и нагрузочная вилка, устройство может показать напряжение на полюсных выводах аккумулятора. К достоинствам относится оперативность контроля емкости аккумуляторной батареи, однако наиболее существенный недостаток — для точных показаний аккумуляторная батарея должна быть заряжена на сто процентов [2].
Пятый метод измерения емкости стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей — измерение внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи посредством подачи тестового напряжения на разных частотах в период всей эксплуатации аккумуляторной батареи. Таким образом можно оценить остаточную емкость аккумуляторной батареи в любой момент времени. К их недостаткам относится необходимость калибровки под конкретную аккумуляторную батарею, чувствительность к напряжению измеряемой аккумуляторной батареи и сложная математическая модель, что обуславливает возможность получения погрешности при определении емкости.
Шестой метод — проверка емкости аккумуляторной батареи по напряжению под нагрузкой (рисунок 3). Сущность метода состоит в оценке падения напряжения при определенном значении нагрузки. Этот метод так же можно назвать косвенным, т. к. измеряются несколько физических величин, по которым определяется степень заряженности аккумуляторной батареи. К достоинствам можно отнести простоту реализации метода и малые временные затраты. К недостаткам же относятся зависимость от текущего состояния аккумуляторной батареи с момента начала ее эксплуатации, температуры электролита и окружающей среды [2].
Рис. 3. Измерение заряженности аккумуляторной батареи под нагрузкой
На автомобильном транспорте используются следующие способы определения степени заряженности аккумуляторных батарей:
- Измерение степени заряженности по величине значения напряжения разомкнутой цепи — используется на автомобиле Лада Веста. Представляет собой вольтметр, подключенный параллельно аккумуляторной батарее.
- Измерение степени заряженности по значению напряжения под нагрузкой — этот способ, в частности, применяют бортовые компьютеры Multitronics, которые могут быть установлены на отечественные автомобили ВАЗ и ГАЗ. В качестве нагрузки бортовой компьютер использует лампы головного света автомобиля, проверка осуществляется в ручном режиме — водитель должен выбрать пункт «Тест АКБ» на панели управления бортовым компьютером.
- Измерение степени заряженности по значению внутреннего сопротивления — используется на некоторых автомобилях марки BMW (рисунок 4) [3]. Измерение осуществляется датчиком, установленным на отрицательной клемме аккумуляторной батареи. В состав датчика входит электронный блок обработки данных на печатной плате, датчик температуры клеммы аккумуляторной батареи и резистор, по силе тока на котором и определяется степень заряженности аккумуляторной батареи.
Рис. 4. Измерение степени заряженности по значению внутреннего сопротивления: 1 — Интеллектуальный датчик аккумуляторной батареи (IBS); 2 — минусовая клемма аккумуляторной батареи
В данной статье рассмотрены методы определения заряженности стартерных аккумуляторных батарей. На автомобильном транспорте используются наиболее простые методы определения степени заряженности аккумуляторных батарей, не требующие сложного программного обеспечения.
Литература:
- Аккумулятор на автомобиле[Электронный ресурс]. — Электрон. текст. дан. — Режим доступа:http://www.avtomosopt.ru/accumulators/folder12/, свободный. (Дата обращения: 21.07.2016).
- Зарядка аккумулятора при высоких и низких температурах[Электронный ресурс]. — Электрон. текст. дан. — Режим доступа:http://hobbyarea.ru/article_info.php?articles_id=120/, свободный. (Дата обращения: 22.07.2016).
- Интеллектуальный датчик BMW [Электронный ресурс]. — Электрон. текст. дан. — Режим доступа: http://tis.bmwcats.com/doc1088845/, свободный. (Дата обращения: 22.07.2016).
