Проблема передчасної заміни акумуляторів та сучасні методи діагностики
Чи замінюють акумулятори занадто рано чи занадто пізно? Відповідь криється в питаннях надійності, стратегіях обслуговування та економіці.
1 млн
придатних для використання літій-іонних акумуляторів щорічно відправляються на переробку, маючи до 80% залишкової ємності.
90%
повернутих по гарантії акумуляторів для мобільних телефонів не мають жодних проблем і були замінені безпідставно.
50%
повернутих стартерних акумуляторів (200 із 400 у дослідженні) виявилися повністю справними.
Доктор Гюк не самотній. Постачальники мобільних телефонів дізналися, що 90% повернутих гарантійних акумуляторів не мають проблем. Акумулятори замінюють за найменшої скарги без тестування; встановлення нового акумулятора рідко вирішує уявну проблему. У медичній галузі акумулятори часто замінюють за допомогою дати виготовлення незалежно від стану. Деякі акумулятори майже не використовуються, але все ще перебувають у відмінному стані. Провідний виробник акумуляторів виявив, що 200 з 400 повернутих стартерних акумуляторів не мали проблем. Ці організації ставлять під сумнів причину повернення та використані методи тестування.
Екологія та друге життя акумуляторів
Хоча свинцеві та кадмієві акумулятори становлять найбільшу проблему для навколишнього середовища, літій-іонні вперше додаються до списку забруднювачів. Цей хімічний склад класифікувався як лише слаботоксичний, але величезна кількість літій-іонних акумуляторів у споживчих товарах вимагає ретельнішого контролю.
Винахідливі підприємці відкрили бізнес-модель, яка дозволяє дати друге життя використаним батарейкам. Центри відновлення з'явилися в США, Великій Британії та Ізраїлі. Сервісний центр у Техасі обробляє до 700 000 батарей для мобільних телефонів щомісяця. Вони закуповують надлишки батарей тоннами та перевіряють їх за допомогою аналізаторів батарей. Звіти показують, що клієнти, які використовують ці батареї класу B, що обслуговуються аналізаторами батарей Cadex, мають ідентичні показники продуктивності, як і нові батареї; збільшення кількості повернень не зафіксовано. На рисунку 1 показано коробку з батареями, що надходять до служби.
Рисунок 1: Вики-нуті батареї мобільних телефонів. Вони перевіряються, сортуються та перерозподіляються для повторного використання. Сучасні методи експрес-тестування дозволяють швидко обслуговувати великі партії вхідних акумуляторів.
З появою електричних силових агрегатів з'являється все більше акумуляторів для ремонту. Хоча ці міцні промислові акумулятори мають меншу ємність, ніж 100%, термін служби ще достатньо великий для менш вимогливих застосувань. GM та ABB вже використовують акумуляторні блоки Chevrolet Volt для зберігання електроенергії для використання в мережі. Медичний технік, який працює у великій лікарні Мічигану, використовує відпрацьовані акумулятори від серцевих насосів пацієнтів для косіння трави електричною газонокосаркою. Це робить зелену енергію ще екологічнішою.
Свинцево-кислотні акумулятори AGM/GEL
Надійні свинцево-кислотні акумулятори для максимальної ефективності роботи
Акумулятор Victron 12V/110Ah GEL Deep Cycle
Є ідеальним вибором для застосувань, що вимагають надійного, довговічного і глибоко розрядного джерела живлення
Купити
Акумулятор Victron AGM Super Cycle 12V 125Ah (M8)
Завдяки технологіям електрохімії, цей акумулятор витримує до 300 циклів розряду до 100%, що робить його відмінним для автономних електричних систем
Купити
AGM акумулятор BB Battery MPL55-12 (12В 55Аг)
AGM VRLA батарея з високим струмом розряду, спеціально розроблена для критичних навантажень у системах ДБЖ, телекомунікаціях та енергетиці.
КупитиКлючовий показник: Ємність
Основним показником стану акумулятора є ємність. Ємність визначає енергію, яку акумулятор може утримувати, і визначає ціну відновленого акумулятора. Навіть якщо він зношений, справний літій-іонний акумулятор має вищу питому енергію, ніж новий свинцево-кислотний.
| Тип акумулятора | Питома енергія (новий) | Питома енергія (Li-ion 60% ємності) |
|---|---|---|
| Літій-іонний (Li-ion) | ~ 120 Вт·год/кг | ~ 72 Вт·год/кг |
| Свинцево-кислотний (Lead-Acid) | ~ 40 Вт·год/кг | - |
Крім того, літій-іонний акумулятор прослужить довше, ніж свинцево-кислотний, якщо його постійно використовувати в умовах відновлюваної енергії.
Методи тестування акумуляторів
Діагностика акумуляторів розвивалася не так швидко, як інші технології, і, здається, все ще залишається в середньовіччі. Жоден прилад не здатний оцінити стан акумулятора за один вимір. Подібно до того, як лікар оглядає пацієнта, або як метеоролог прогнозує погоду, тестування акумуляторів передбачає розгляд кількох характеристик для отримання чіткої оцінки стану. Хоча ємність є провідним показником стану, внутрішній опір та саморозряд також відіграють певну роль. Відповідне випробувальне обладнання, розуміння акумуляторів та інтуїція є важливими для того, щоб бізнес з ремонту був життєздатним.
Найбільш бажаним було б швидке тестування, але воно працює лише для визначеної групи акумуляторів, для якої розроблено матрицю. Матриця — це багатовимірна таблиця пошуку, з якою порівнюються показники. Розпізнавання тексту, ідентифікація відбитків пальців та візуальна візуалізація працюють за аналогічним принципом. Акумулятори мобільних телефонів підходять для швидкого тестування, і ці акумулятори можна перевірити за допомогою QuickSort ™.
Розроблений Cadex , QuickSort™ використовує електрохімічну динамічну реакцію для перевірки потоку іонів між катодом та анодом літій-іонних акумуляторів. Цифрове навантаження, що імітує мобільний телефон, збуджує акумулятор, а загальна матриця класифікує акумулятор на «хороший», «низький» та «поганий ». Тест триває 30 секунд, має точність 90% для широкого діапазону літій-іонних систем і може бути виконаний при стані заряду 40–100%. Система не залежить від внутрішнього опору, оскільки це призведе до ненадійних показників. Сучасні літій-іонні акумулятори підтримують низький опір при циклічному розрядженні/зарядженні, і Рисунок 2 ілюструє цей зв'язок.
Рисунок 2: Зв'язок між ємністю та опором. Опір сучасних Li-ion акумуляторів залишається низьким, поки ємність поступово падає. Тому одних лише вимірювань опору недостатньо для достовірних результатів.
Cadex продовжує дослідження для роботи з більшими упаковками, використовуючи методи часової та частотної областей . У часовій області застосовується серія імпульсів (як у QuickSort™) і спостерігається швидкість відновлення. Хороша батарея швидко відновлюється; розряджена – повільно. Можна провести аналогію із сухим фломастером, який все ще пише, але потребує відпочинку для поповнення чорнил. На рисунку 3 порівнюється хороша батарея зі швидким відновленням та розряджена, яка працює повільно.
Рисунок 3: Електрохімічна динамічна реакція. Вимірює потік іонів між електродами. Хороший акумулятор швидко відновлюється після навантаження; розряджений — повільно.
Частотна область базується на електрохімічній імпедансній спектроскопії (ЕІС) і передбачає сканування акумулятора з частотами від кількох кілогерц до мілігерц. Висока частота показує резистивні властивості акумулятора, також відомі як погляд з висоти пташиного польоту, а низькі частоти дають уявлення про унікальні характеристики акумулятора, включаючи оцінку ємності за допомогою відповідного алгоритму.
Оцінювання акумуляторів на частотах нижче герца збільшує час тестування. На частоті один мілігерц цикл триває 1000 секунд, і для точної оцінки акумулятора потрібно кілька точок даних. Розумне програмне моделювання може скоротити тривалість до секунд, застосовуючи моделі прогнозування.
Дослідницькі лабораторії вже багато років використовують електроімунну спектроскопію (EIS) для оцінки характеристик акумуляторів, але висока вартість обладнання, тривалий час випробувань та потреба в кваліфікованих фахівцях для розшифровки величезних обсягів даних обмежують використання цієї технології лабораторними середовищами. Незважаючи на її складність, вчені-акумулятори вважають, що передове тестування акумуляторів розвиватиметься саме навколо цієї технології.
Зарядні пристрої Victron Energy
Високоякісні зарядні пристрої для довговічної служби та надійності роботи
Зарядний пристрій Victron Blue Smart IP22 Charger 12/30 (1)
Ідеально підходить для використання в майстернях, а також для заряджання акумуляторів автомобілів, мотоциклів, човнів та кемперів.
Купити
Зарядний пристрій Blue Smart IP65 Charger 12/15
Завдяки класу захисту IP65, пристрій стійкий до пилу та води, що робить його ідеальним для використання в суворих умовах.
Купити
Зарядний пристрій Victron Phoenix Smart IP43 Charger 12/30 (3) 120/240V
Оснащений Bluetooth-інтерфейсом для простого налаштування й моніторингу через додаток VictronConnect. Висока ефективність та надійність роблять його ідеальним рішенням для комерційних, промислових та морських застосувань.
КупитиКомпанія Cadex розвинула технологію EIS та розробила багатомодельну електрохімічну імпедансну спектроскопію, або скорочено Spectro ™. Портативні випробувальні пристрої Spectro™, розроблені Cadex , сканують свинцево-кислотний акумулятор сигналом 20-2000 герц, ніби знімають ландшафт, але серцем системи є запатентований алгоритм, який виконує 40 мільйонів транзакцій для розрахунку ємності та показників CCA за 15 секунд.
Професійне обладнання для діагностики
Не всі акумулятори можна перевірити за допомогою швидких методів тестування. Для широкого спектру великих акумуляторів Cadex рекомендує використовувати аналізатори акумуляторів, щоб спочатку визначити, чи акумулятор справний. Завжди необхідно знати кінцеве значення ємності, і найнадійнішим методом є повний цикл зарядки та розрядки. Цей метод добре працює для свинцево-кислотних акумуляторів глибокого циклу розрядки, а також для нікелевих та літієвих акумуляторів, але його слід уникати для стартерних акумуляторів.
Обслуговування широкого спектру акумуляторів найкраще виконувати за допомогою Cadex серії C7000 . На рисунку 4 зображено C7400ER, програмований аналізатор акумуляторів, який обслуговує свинцеві, нікель- та літієві акумулятори з номінальною напругою до 36 В та струмом до 6 А на канал для роботи з акумуляторами ємністю до 24 А·год. Кожна з чотирьох станцій працює незалежно. Резервні алгоритми тестування забезпечують безпечне обслуговування акумуляторів з відомою несправністю.
Рисунок 4: Аналізатор акумуляторів Cadex C7400ER. Програмовані аналізатори, що обслуговують акумулятори напругою до 36 В. Автоматизовані програми розпізнають несправний акумулятор і за потреби зупиняють обслуговування.
Підключення акумуляторів завжди було складним завданням, і Cadex вирішив це за допомогою адаптерів для акумуляторів. Часто використовувані акумулятори найкраще обслуговувати за допомогою спеціального адаптера . Кожен адаптер містить 10 кодів конфігурації для обслуговування акумуляторів однакового розміру. Параметри можна редагувати на аналізаторі або за допомогою додаткового програмного забезпечення PC-BatteryShop™.
Розумний кабель Smart Cable найкраще підходить для широкого спектру різноманітних акумуляторів, а RigidArm ™ (Рисунок 5) найзручніший для акумуляторів мобільних телефонів. Пружинні важелі контактують з контактами акумулятора зверху вниз, що дозволяє проводити швидке та повторне тестування. Висувна підлога з пружинним навантаженням утримує акумулятор у вертикальному положенні, а датчик температури контролює стан акумулятора під час тестування.
Рисунок 5: RigidArm™ для клітинних акумуляторів. Цей універсальний адаптер підключається до контактів зверху вниз, що дозволяє легко проводити повторні випробування.
Короткий зміст
Методи діагностики та моніторингу акумуляторів розвиваються не так швидко, як того вимагає світовий ринок акумуляторів. Попереду ще багато роботи, і багато компаній, включаючи Cadex, роблять вирішальний прогрес у цій галузі. Ці поступові вдосконалення допоможуть продовжити термін служби акумуляторів без шкоди для надійності. Це узгоджується із захистом навколишнього середовища, оскільки ми можемо повною мірою використовувати термін служби кожного акумулятора та зменшувати кількість викиданих акумуляторів.
