Діагностичне управління акумулятором: ключ до надійності
Супербатарея, коли буде готова, буде неповною без діагностичного управління. Акумулятори мають визначений термін служби; деякі виходять з ладу рано, інші можуть зникнути з тріском. Посилення правил мало що зробить для покращення продуктивності та безпеки. Догляд за акумулятором починається зі спостереження за стресом, викликаним користувачем, та симптомами старіння. У цій статті представлено діагностичне управління акумулятором (DBM); методи тестування, які контролюють стан (SoH) акумулятора від робочої сили до виходу на пенсію. DBM перетворює акумулятор на надійного, безпечного, економічно ефективного та екологічно стійкого супутника в подорожах.
Фундаментальний недолік: невідомість стану
Акумулятор має фундаментальний недолік – невідомість його роботи. Зовнішній вигляд не показує його стан; акумулятор виглядає однаково, коли він повністю заряджений чи розряджений, новий чи старий. Автомобільна шина, на відміну від нього, деформується, коли в ній мало повітря, і сигналізує про закінчення терміну служби, коли протектор зношений. Зі зростанням кількості акумуляторів увага має бути зосереджена на кращій діагностиці для підвищення надійності та безпеки.
Можливо, акумуляторам не приділяють належної уваги. Багато інженерів досі ставляться до них як до другорядних елементів. У 1970-х роках у світі були комп'ютери, але мало програмного забезпечення — спільне ПЗ змінило це. Сьогодні світ обертається навколо акумулятора, але йому бракує управління. Промислова революція в акумуляторах вже на горизонті.
Надійність та стале зростання
Цей акумулятор добре підходить для портативних та портативних пристроїв, таких як смартфони, ноутбуки та кардіостимулятори. Викопне паливо з його забруднюючим та галасливим двигуном внутрішнього згоряння (ДВЗ) використовується лише для важких транспортних засобів, літаків та океанських суден. Ці дві енергетичні системи мають мало спільного, конкуренція з викопним паливом з чистою теплотворною здатністю, яка в 100 разів вища, ніж у акумулятора, забезпечує їм сильні позиції. І навпаки, нафта не може зрівнятися з акумулятором, який є чистим, тихим та миттєво запускається одним натисканням кнопки. ДВЗ у мобільному телефоні чи як кардіостимулятор був би немислимим.
Акумулятори все частіше просуваються як рішення для зеленої енергії, щоб звільнити суспільство від залежності від викопного палива. Хоча це благородна справа, акумулятори ще недостатньо зріли, щоб виконувати цю важливу роль. Розширення меж нагадує нам про їхні численні обмеження як електрохімічного джерела енергії, яке повільно заряджається, утримує обмежену енергію, працює певний час, як заводна іграшка, і має відносно короткий термін служби, перш ніж раптово вийти з ладу.
Ємність – це головний показник стану акумулятора. Вона відображає накопичення енергії, яке визначає час роботи та прогнозує кінець терміну служби при низькому рівні заряду. Інші характеристики, що впливають на стан акумулятора, – це внутрішній опір, який обмежує струм, а також саморозряд, який при високому рівні сигналізує про механічний дефект. Вважається, що підвищений саморозряд є передвісником займання літій-іонних акумуляторів. Старіші нікелеві акумулятори також мають високий саморозряд, але невідомо, чи це ставить під загрозу безпеку. Акумулятор може розрядитися лише за одну ніч.
Ключові показники стану акумулятора
🔋 Ємність
Головний показник стану, що відображає накопичення енергії. Визначає час роботи та прогнозує кінець терміну служби.
⚡ Внутрішній опір
Характеристика, що обмежує струм. Зростання опору свідчить про деградацію акумулятора та зниження його ефективності.
⏳ Саморозряд
Втрата заряду без навантаження. Високий рівень може сигналізувати про механічний дефект і бути передвісником займання.
Акумулятори часто мають індикатор рівня заряду. Хоча це корисно для прогнозування часу роботи, що залишився, ємність не відображається, і користувач запитає: «Заряд чого?» Індикатор рівня заряду завжди показує 100 відсотків після повного заряду, навіть якщо ємність знизилася до 50 відсотків. Показники стану заряду корисні лише за умови, що стан акумулятора відомий, як у випадку з персональним акумулятором. «Заряджений» не означає «здатний до заряду».
Батарейні монітори
Відстежуй основні показники акумуляторів та будь у курсі стану твого акб
Батарейний монітор Victron BMV-700
Монітор підходить для AGM, GEL, а також літієвих батарей LiFePO4, і вимірює напругу, струм, спожиту ємність, час до розрядження, а також може опціонально відображати температуру батареї.
Купити
Батарейний монітор Victron SmartShunt 500A
Це інтелектуальний шунт з функціями повноцінного батарейного монітору, який підключається до вашого смартфона або GX-пристрою через вбудований Bluetooth або VE.Direct порт.
Купити
Батарейний монітор Victron SmartShunt 500A IP65
Вдосконалена версія популярного SmartShunt, розроблена для використання у вологих, пилових або морських умовах, з повним захистом корпусу за стандартом IP65
КупитиВиробники вказують час роботи пристрою з ідеальним акумулятором, що забезпечує 100-відсоткову ємність. Цей стан короткочасний через зниження ємності. Отримання дозвілів регуляторними органами є складним, але після отримання штампа «гарантія» посадовці вмивають руки та перекладають всю відповідальність на користувача. Від початку роботи до виходу на пенсію потрібна діагностика акумулятора, яка контролює втрату ємності, виявляє аномалії та прогнозує, коли його слід замінити. Ці послуги рідко виконуються, оскільки відповідні технології недоступні, а акумулятор не можна вийняти для тривалого тестування.
☁️ Концепція системи: Розробки експрес-тестів є основою для діагностичного управління. Алгоритми інтегруються в зарядні пристрої та аналізатори. Результати тестів можна відображати та зберігати у веб-додатку (Battery Embassy), щоб забезпечити нагляд у режимі реального часу.
Рисунок 1 : Хмарний застосунок отримує дані тестування акумулятора від сервісних пристроїв
Навіщо потрібне діагностичне керування
Щоб забезпечити надійність, виробники пристроїв часто вимагають заміни батареї з фіксованою датою використання. Щоб забезпечити роботу батарей з низьким та високим рівнем використання, рекомендується заміна кожні два роки. Хоча експлуатація проста, вона є непомірно дорогою та обтяжує навколишнє середовище, оскільки більшість батарей замінюються передчасно. Якісний літій-іонний акумулятор зазвичай служить 5 років.
Акумулятори LiFePO4
Надійні літій-залізо-фосфатні акумулятори для сонячних та резервних систем.
LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Аг)
Компактний акумулятор із вбудованим BMS для безпечної роботи у сонячних та резервних системах.
Купити
LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг
Сучасна літій-залізо-фосфатна батарея (LiFePO4) з вбудованим BMS і захистом від перевантаження
Купити
LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah
Високоякісне джерело енергії з довгим терміном служби, високою безпекою та сумісністю з екосистемою Victron Energy
КупитиБіомедичні техніки виявили, що ємність більшості акумуляторів у медичних інструментах все ще перевищує 90% після закінчення терміну дії дати. Доктор Імре Гюк, керівник програми накопичення енергії Міністерства енергетики США, повідомив, що «щороку приблизно один мільйон придатних для використання літій-іонних акумуляторів відправляється на переробку».
Хоч би якою марнотратною здавалася дворічна політика штампування даних, вона не вирішує проблему з батареями. Опитування Управління з контролю за продуктами харчування та лікарськими засобами США (FDA) показує, що «до 50 відсотків звернень до служби підтримки в опитаних лікарнях пов’язані з проблемами з батареями». Медичні працівники AAMI (Асоціації сприяння розвитку медичних інструментів) повідомляють, що «керування батареями стало однією з 10 головних проблем медичних виробів». На семінарі з питань батарей, організованому FDA для підвищення надійності батарей в охороні здоров’я, були озвучені такі питання:
Проблеми в медичній галузі (за даними FDA)
- ⚠️ Недостатній контроль якості медичних батарей.
- ⚠️ Брак знань про інтеграцію батарей у медичні пристрої.
- ⚠️ Невідомо, коли саме потрібно замінити батарейку.
Короткий зміст та мета
Користувачі акумуляторів повинні стати кращими хранителями цього чудового джерела енергії. Розробка супербатареї є неповною без вирішення проблем, виявлених FDA та іншими галузями промисловості. З огляду на прогнозоване щорічне зростання використання акумуляторів на 20 відсотків, необхідно також вирішити екологічні проблеми. Саме тут важливу роль відіграватиме вбудована діагностика. Можливість використовувати кожен блок на повну потужність зменшує кількість акумуляторів, які щорічно викидаються. Діагностичне управління акумуляторами також підвищує надійність системи та знижує експлуатаційні витрати.
Ми захоплюємося технологічними досягненнями, але менше вражені діагностикою акумуляторів. Акумулятор все ще поводиться як «чорна скринька» з власним розумом. У найближчому майбутньому діагностика акумуляторів буде вбудована в зарядні пристрої, аналізатори та пристрої моніторингу у вигляді програмного забезпечення, що працює у фоновому режимі та забезпечуватиме контроль якості акумуляторів. Ці досягнення можна зробити економічно вигідними та з мінімальною ціновою премією. Галузі, які отримують вигоду від цих розробок - це громадська безпека, охорона здоров'я, оборона, автомобілебудування, логістика, транспорт та гірничодобувна промисловість.
