Проверка аккумулятора мультиметром: напряжение покоя, просадка под нагрузкой и ток утечки
· Интермера
Проверить аккумулятор мультиметром можно за пару минут. В режиме постоянного напряжения прибор показывает напряжение покоя — по нему судят о степени заряда. Измерение под нагрузкой показывает, насколько батарея проседает, то есть каково её внутреннее сопротивление и насколько она изношена. А в режиме тока, включённый последовательно, мультиметр покажет ток утечки. Ёмкость в ампер-часах и пусковой ток мультиметром напрямую не измерить — для этого батарею разряжают известным током. Ниже — как проверить АКБ мультиметром на примере батареи на 12 В, как проверить аккумулятор 18650 и сборку шуруповёрта и как читать результаты.
Что можно проверить мультиметром, а что нет
Мультиметр измеряет напряжение, ток и сопротивление. Для аккумулятора это значит:
- Можно: напряжение покоя (заряжена ли батарея), напряжение под нагрузкой (просадка и износ), напряжение каждого элемента или группы в сборке, ток утечки в выключенном устройстве.
- Нельзя напрямую: ёмкость в Ач или мАч, пусковой ток стартерной батареи и точное внутреннее сопротивление в миллиомах. Для этого нужны разряд известным током, специальные тестеры или миллиомметр.
Режим измерения сопротивления (Ω) к аккумулятору не подключают: омметр рассчитан на обесточенные цепи, а батарея сама источник напряжения.
Подготовка: режим, щупы и безопасность
Чёрный щуп вставьте в гнездо COM, красный — в гнездо VΩ, переключатель поставьте на постоянное напряжение. Если у прибора нет автовыбора предела, выберите предел больше ожидаемого напряжения — для батареи на 12 В это обычно 20 В. Как устроены режимы и гнёзда, подробно разобрано в инструкции как пользоваться мультиметром.
Три правила, которые берегут и прибор, и батарею:
- Не касайтесь клемм, если красный щуп стоит в гнезде A или mA. Токовый вход почти не имеет сопротивления, и такое подключение — короткое замыкание через прибор.
- Не пытайтесь «измерить ампераж», замкнув клеммы через мультиметр. Большинство цифровых мультиметров измеряют ток не больше 10 А, а стартерная батарея способна отдавать сотни ампер.
- Литий-ионные элементы берегите от замыкания и глубокого разряда: глубокий разряд выводит их из строя.
Напряжение покоя: заряжен ли аккумулятор
Напряжение покоя — это напряжение на клеммах, когда к батарее ничего не подключено и она какое-то время не заряжалась и не разряжалась. Приложите красный щуп к плюсовой клемме, чёрный — к минусовой и прочитайте показания. Если на дисплее минус, щупы перепутаны — значение то же, только знак обратный.
| Тип аккумулятора | Номинал элемента | Ориентиры для проверки |
|---|---|---|
| Свинцово-кислотный 12 В (6 элементов) | 2,1 В | около 12,6 В без нагрузки — полный заряд (2,10 В на элемент); 1,8 В на элемент, то есть 10,8 В на батарею, — полный разряд под нагрузкой |
| Литий-ионный, в том числе 18650 | 3,6–3,7 В | максимум 4,2 В (у высоковольтных 4,35–4,40 В), минимум 2,5 В (у высоковольтных 2,8–3,0 В) |
| Литий-железо-фосфатный (LiFePO4) | 3,2 В | заряжают до 3,6 В |
| Никель-металл-гидридный и никель-кадмиевый | 1,2 В | элементы AA и AAA |
| Щелочной элемент (для сравнения) | 1,5 В | батарейка, не аккумулятор |
Чем ниже напряжение покоя относительно полного заряда, тем сильнее разряжена батарея. Точное соответствие «напряжение — процент заряда» зависит от конструкции и температуры, поэтому надёжнее всего пользоваться таблицей производителя конкретной батареи.
Почему сразу после зарядки напряжение завышено
Сразу после зарядки, особенно короткой и быстрой, заряд сосредоточен у поверхности пластин свинцово-кислотной батареи, и напряжение близко к напряжению зарядного устройства. За несколько часов этот поверхностный заряд уходит в объём пластин, и напряжение опускается до настоящего. Поэтому мерить напряжение покоя стоит после отдыха батареи без нагрузки, а не сразу после снятия с зарядки.
Плотность электролита
У обслуживаемых свинцово-кислотных батарей есть второй способ оценить заряд — плотность электролита. При разряде из электролита расходуется серная кислота, и плотность падает, при заряде — растёт. Её меряют ареометром, а в некоторых батареях есть встроенный индикатор. Если доступны отдельные элементы, по их напряжению или плотности видно, не отстаёт ли какой-то один.
Проверка под нагрузкой: внутреннее сопротивление и износ
Любую батарею можно представить как идеальный источник напряжения и последовательно включённое внутреннее сопротивление. Когда батарея отдаёт ток, напряжение на клеммах падает на величину тока, умноженного на это сопротивление. Отсюда простой способ его оценить:
- Измерьте напряжение без нагрузки — U₀.
- Подключите нагрузку с известным током — резистор, лампу или электронную нагрузку — и измерьте напряжение под нагрузкой U.
- Посчитайте внутреннее сопротивление: R = (U₀ − U) / I. Ток I можно измерить вторым мультиметром или вычислить по сопротивлению нагрузки.
Пример: без нагрузки батарея показывает 12,6 В, а при токе 10 А — 12,4 В. Внутреннее сопротивление — 0,2 В / 10 А = 0,02 Ом, или 20 мОм.
С циклами и возрастом внутреннее сопротивление растёт: под нагрузкой напряжение проседает сильнее, а максимальный ток, который батарея способна отдать, падает. Поэтому изношенный аккумулятор часто показывает нормальное напряжение покоя, но «садится» под нагрузкой. Для сравнения: у литий-ионного элемента внутреннее сопротивление обычно 4–15 мОм.
Сопротивление сильно зависит от температуры. У щелочного элемента AA оно около 0,9 Ом при −40 °C, около 0,15 Ом при комнатной температуре и около 0,1 Ом при 40 °C. Проверяйте батареи при комнатной температуре: на холоде любая выглядит хуже, чем есть.
В лабораториях внутреннее сопротивление меряют на переменном токе, обычно на частоте 1 кГц, — например, миллиомметром 4338B, который работает на 1 кГц и измеряет от 10 мкОм с основной погрешностью 0,4 %. Учтите, что на 1 кГц не успевают проявиться медленные электрохимические процессы, и такое измерение может дать меньшее сопротивление, чем проверка постоянным током. Сравнивать батареи нужно одним и тем же методом.
«Ампераж»: ёмкость и пусковой ток
Под «амперажом» аккумулятора обычно имеют в виду одно из двух: ёмкость или пусковой ток. Поэтому на вопрос, как проверить ампераж аккумулятора мультиметром, ответ такой: напрямую — никак, ни ёмкость, ни пусковой ток прибор не показывает. Зато мультиметр нужен, чтобы контролировать напряжение и ток во время настоящей проверки.
- Ёмкость (Ач, мАч) — заряд, который батарея отдаёт до конечного напряжения. Её определяют разрядом известным током: ёмкость равна току, умноженному на время. Если элемент при токе 2 А разрядился до минимума за 1,5 часа, его ёмкость — 3 Ач. Ёмкость зависит от скорости разряда (закон Пейкерта), поэтому сравнивают при одинаковом токе. Удобнее всего разряжать электронной нагрузкой: она держит заданный ток и сама точно измеряет ток и напряжение.
- Резервная ёмкость стартерной батареи по ГОСТ Р 53165-2008 — время, в течение которого батарея отдаёт ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В.
- Пусковой ток (CCA) — ток, который батарея отдаёт при −18 °C в течение 30 секунд, не опускаясь ниже 7,2 В. Методики разных стандартов отличаются конечным напряжением и температурой, поэтому цифры на этикетках разных систем не сравнивают напрямую. Мультиметр здесь покажет только, насколько проседает напряжение при большой нагрузке.
Как проверить ток утечки
Если батарея садится, пока устройство выключено, проверьте, какой ток она отдаёт в покое. Мультиметр для этого включают последовательно, в разрыв цепи:
- Выключите устройство и отсоедините провод от минусовой клеммы батареи.
- Переставьте красный щуп в гнездо A (до 10 А), переключатель — на измерение постоянного тока.
- Подключите один щуп к клемме, другой — к отсоединённому проводу и прочитайте ток.
- Если ток заведомо меньше предела гнезда mA (у многих приборов — 400 мА), можно перейти на него для большей точности.
- После измерения сразу верните красный щуп в гнездо VΩ.
Начинайте именно с гнезда 10 А: при включении устройства ток бывает намного больше ожидаемого, а токовые входы защищены предохранителями, которые при перегрузке сгорают. Допустимый ток покоя зависит от устройства — его смотрят в документации.
Аккумулятор 18650 и сборка шуруповёрта
18650 — это типоразмер, а не химия: цилиндр диаметром 18 мм и длиной 65 мм. Большинство таких элементов литий-ионные с номиналом 3,6–3,7 В, но встречаются и литий-железо-фосфатные. Проверка — та же: постоянное напряжение, красный щуп на плюс, чёрный на минус. Полностью заряженный литий-ионный элемент показывает около 4,2 В, разряженный — около нижней границы 2,5–3,0 В. Если напряжение ниже минимума, элемент глубоко разряжен; плата защиты может его отключить, и обычное зарядное устройство может такой элемент не принять.
В аккумуляторах электроинструмента элементы 18650 соединены в сборку с платой BMS, которая выравнивает напряжения последовательных элементов и защищает их от перезаряда и переразряда. Чтобы найти слабое место, измерьте напряжение каждой последовательной группы: у исправной сборки они почти одинаковы, а группа, которая заметно отстаёт или быстрее других теряет заряд при хранении, — первый кандидат на замену. Для ориентира: исправный литий-ионный элемент при 25 °C и полном заряде теряет около 1,6 % заряда в месяц.
Как зарядить аккумулятор после проверки
- Свинцово-кислотный. Пока зарядное напряжение не превышает напряжения газовыделения — около 14,4 В для обычной батареи, — повредить её трудно. Стартерные батареи не рассчитаны на глубокий разряд: повторные глубокие разряды уменьшают ёмкость. Храните их заряженными и подзаряжайте: герметичные свинцово-кислотные батареи теряют около 40 % заряда за год при 20 °C и около 15 % — при 5 °C.
- Литий-ионный. Заряжают сначала постоянным током до 4,2 В, затем постоянным напряжением, пока ток не упадёт. Именно так работают режимы CC и CV лабораторного блока питания: сначала ограничение тока, затем стабилизация напряжения.
Итог
- Мультиметром проверяют напряжение покоя, просадку под нагрузкой и ток утечки; ёмкость и пусковой ток напрямую не измерить.
- Заряженная свинцово-кислотная батарея на 12 В показывает около 12,6 В без нагрузки; литий-ионный элемент работает в пределах 2,5–4,2 В.
- Напряжение покоя мерят после отдыха: сразу после зарядки оно завышено из-за поверхностного заряда.
- Износ виден по росту внутреннего сопротивления: R = (U₀ − U) / I, сравнивать при одинаковой температуре и одним методом.
- Ёмкость определяют разрядом известным током, ток утечки — мультиметром в разрыве цепи, начиная с гнезда 10 А.
Частые вопросы о проверке аккумулятора мультиметром
Какое напряжение должно быть у заряженного аккумулятора 12 В?
У заряженной свинцово-кислотной батареи напряжение покоя около 12,6 В: шесть элементов по 2,1 В. Мерить его стоит не сразу после зарядки, а после отдыха без нагрузки, когда уйдёт поверхностный заряд. Заметно меньшее напряжение говорит о разряде, а точную таблицу соответствия даёт производитель батареи.
Как понять, что аккумулятор пора менять?
Главный признак износа — сильная просадка напряжения под нагрузкой при нормальном напряжении покоя: это значит, что выросло внутреннее сопротивление. Второй признак — ёмкость при разряде известным током заметно ниже номинальной. Сравнивайте результаты одним методом и при комнатной температуре: на холоде сопротивление любой батареи выше.
Можно ли проверить ёмкость аккумулятора мультиметром?
Напрямую нельзя: мультиметр измеряет напряжение и ток, а ёмкость — это заряд, который батарея отдаёт до конечного напряжения. Её определяют разрядом известным током: ёмкость равна току, умноженному на время разряда. Удобнее всего разряжать электронной нагрузкой, а напряжение контролировать мультиметром.
Как проверить аккумулятор 18650 мультиметром?
Переключите прибор на постоянное напряжение, приложите красный щуп к плюсу, чёрный — к минусу. У литий-ионного элемента напряжение должно быть в пределах примерно от 2,5 до 4,2 В, полностью заряженный показывает около 4,2 В. Если напряжение ниже минимума, элемент глубоко разряжен и обычное зарядное устройство может его не принять.
Почему сразу после зарядки мультиметр показывает завышенное напряжение?
Сразу после зарядки заряд сосредоточен у поверхности пластин, и напряжение близко к напряжению зарядного устройства. За несколько часов этот поверхностный заряд распределяется по объёму пластин, и напряжение опускается до настоящего напряжения покоя. Поэтому заряд свинцово-кислотной батареи надёжнее оценивать после отдыха без нагрузки.