Позбавлення від стигми «чорної скриньки» шляхом забезпечення прозорості результатів діяльності

Користувачі акумуляторів уявляють собі акумуляторний блок як пристрій для зберігання енергії, що нагадує паливний бак, що видає рідке паливо. Для спрощення акумулятор справді можна сприймати як посудину, що зберігає електричну енергію, однак вимірювання енергії, що надходить в електрохімічний пристрій, а потім її вилучення, набагато складніше, ніж поводження з рідким паливом. У той час як гідравлічний паливомір вимірює рідини, що рухаються в резервуарі відомого розміру та з нього, паливомір акумулятора показує одиниці струму. Розмір акумулятора визначається в ампер-годинах (А·год), і оцінку стану заряду (SoC) та стану справності (SoH) акумулятора так складно оцінити через нестаціонарний стан; акумулятор втрачає ємність з кожним зарядом і витрачає енергію у вигляді саморозряду.

Зазначена ємність нового акумулятора становить (має бути) 100%, заміна зазвичай виконується на рівні 80%. Стандартний індикатор рівня палива показує лише шкалу SoC, ємність не розкривається. Повний заряд відображає всю шкалу SoC, навіть якщо ємність знизилася до 50% і забезпечує лише половину часу роботи.

Принцип кулонівського підрахунку

Оцінка заряду батареї (SoC) зазвичай здійснюється за допомогою кулонівського підрахунку. Ця теорія сягає 250 років тому, коли Шарль-Огюстен де Кулон вперше встановив «правило Кулона». Воно складається з одиниць електричного заряду, в яких один кулон (1 Кл) дорівнює одному амперу (1 А) протягом 1 секунди.

Кулонівський підрахунок має бути бездоганним, але трапляються помилки відстеження. Наприклад, якщо акумулятор заряджався протягом 1 години при 1 ампері, така ж кількість енергії має бути доступна при розряді. Жоден акумулятор не може цього зробити. Неефективність прийняття заряду, особливо ближче до кінця заряду та особливо при швидкому заряді, знижує енергоефективність. Втрати також відбуваються під час зберігання та розряду. Доступна енергія завжди менша за ту, що була подана в акумулятор.

Кулонівський підрахунок стає частиною системи керування акумулятором (BMS), яка також допомагає контролювати акумулятори мобільних телефонів та ноутбуків. Крім того, BMS контролює напругу та струм акумулятора, щоб забезпечити безпеку та продовжити термін служби акумулятора.

BMS для літієвих АКБ

Захищає батареї від перезаряду, глибокого розряду, перегріву та надвисокого струму

Victron VE.Bus BMS V2 – система управління літієвими акумуляторами LiFePO4 Smart

Розумна система керування батареями LiFePO4 Smart від Victron

Купити

SmallBMS – BMS для LiFePO4 Smart акумуляторів Victron

 Компактна система керування батареями Victron Lithium Smart (LiFePO4), що забезпечує базовий захист акумуляторів від глибокого розряду, надмірного заряду та перегріву.

Купити

Smart BMS CL 12/100 – інтелектуальний захист LiFePO4 батарей у 12В системах від Victron Energy

Поєднує обмеження струму з генератора, Bluetooth-моніторинг, аварійні виходи та модульну взаємодію з іншими пристроями Victron – все в одному пристрої!

Купити

Подивитися більше

Користувач нового гаджета зазвичай схильний довіряти вигадливому графіку індикатора рівня палива. Може виникнути хибне відчуття безпеки, але ця довіра руйнується, коли час роботи скорочується з кожним зарядом, оскільки пристрій старіє. Для звичайного користувача мобільного телефону або ноутбука помилка індикатора рівня палива є лише незначним подразником. Проблема загострюється з медичними та військовими пристроями, а також з дронами та електричними трансмісіями, які залежать від точних прогнозів дальності.

Необхідність калібрування

Для підтримки точності показника рівня заряду, розумний акумулятор слід періодично калібрувати, розряджаючи його, доки на пристрої не з'явиться символ «Низький заряд батареї». Це можна зробити безпосередньо в пристрої. Повний цикл встановлює відповідні прапорці. Між цими двома опорними точками утворюється лінійна лінія, що дозволяє здійснювати досить точні оцінки стану SoC протягом певного часу.

Як часто слід калібрувати акумулятор? Це залежить від застосування. Акумулятор, який постійно використовується, слід калібрувати кожні 3 місяці або після 40 часткових циклів. Якщо пристрій періодично повністю розряджається, то калібрування не потрібне. У посібнику користувача Apple iPad зазначено: «Для належного звітування про SoC обов’язково виконуйте принаймні один повний цикл заряджання/розряджання на місяць».

Що станеться, якщо акумулятор не калібрувати регулярно? Чи можна впевнено використовувати такий акумулятор? Акумулятор повинен працювати нормально, і немає жодних проблем із безпекою, але цифрові показники SoC стають ненадійними.

Під час проектування BMS інженери часто помиляються, припускаючи, що акумулятор завжди залишатиметься молодим. Як і у випадку з нами, люди, акумулятори старіють, і це проявляється у втраті ємності. Індикатор SoC завжди показуватиме 100% після кожного заряджання. Ємність зручно прихована від користувача.

Технології оцінки стану справності (SoH)

Існує кілька методів оцінки SoH акумулятора, які розробляються. У цій статті описано п’ять ключових технологій.

* SMBus розшифровується як System Management Bus (шина керування системою) і є однією з найпоширеніших «інтелектуальних акумуляторних систем» для портативних акумуляторних систем. Інші системи пропонують аналогічні функції.

Детальний огляд методів

1. Кулонівський рахунок

Деякі мобільні телефони та ноутбуки постачаються з програмним забезпеченням, яке оцінює струм розряду (SoH). Це робиться за допомогою кулонівського підрахунку, але сервісні техніки, знайомі з такими системами, кажуть, що показники не є надійними. Частково це пов'язано з неточністю вимірювання струму розряду під час роботи різних програм. Навантаження імпульсне, і не всі мобільні телефони дозволяють вимірювати струм.

Це перешкоджає використанню програми для вимірювання ємності в таких випадках. Кулонівський підрахунок також використовується для оцінки ємності електровелосипедів. Хоча показники SoH ретельно контролюються, вони не розкриваються користувачеві. З міркувань анонімності доступ має лише уповноважений персонал за допомогою коду безпеки. Виробники пристроїв побоюються, що відображення ємності менше 100% викличе забагато скарг споживачів, особливо протягом гарантійного періоду.

Така секретність зазвичай стосується лише споживчих товарів, промислове застосування відрізняється. SoC портативного пристрою зазвичай відображається у відсотках або в хвилинах роботи; електромобіль робить це з запасом ходу в кілометрах або милях. Справжня оцінка в Ah, як це можливо з баком бензину в транспортному засобі, неможлива з акумулятором. Кількість Ah, яку акумулятор може накопичити з часом старіння, приховується. Якщо не враховувати занепокоєння споживачів, знання ємності акумулятора має перевагу у зв'язку з часом роботи та прогнозуванні заміни акумулятора на основі ємності, що є головним показником стану акумулятора.

2. Зчитування регістру FCC в акумуляторі SMBus

Зарядні пристрої розвиваються і незабаром пропонуватимуть показники ємності акумулятора (SoH). Оскільки промисловість переходить на акумулятори SMBus, FCC (повна ємність заряду), що зберігається в акумуляторі, може інтерпретувати SoH за допомогою кулонівського підрахунку, виміряного під час експлуатації акумулятора. Це дозволяє перевіряти SoH, просто вставивши акумулятор у зарядний пристрій. Акумулятор SMBus має ще одну перевагу – надання цифрового серійного номера, який дозволить зберігати інформацію про історичну продуктивність акумулятора в базі даних.

Якщо показник FCC у такому зарядному пристрої перевищує встановлений користувачем поріг «Пройшов/Не пройшов», то акумулятор пройде випробування; якщо нижче, потрібне калібрування. Калібрування застосовує повний цикл заряду та розряду, щоб скинути прапорці та визначити справжню ємність «хімічного акумулятора». Якщо ємність перевищує цільовий показник, то акумулятор пройде випробування, і показник FCC коригується, результати нижче лінії вимагають заміни акумулятора. Цифрові периферійні пристрої FCC зазвичай мають нижчу ємність, ніж фактична ємність акумулятора, і це запобігає хибнопозитивному результату.

3. Зчитування та заряджання (RAC)

Зарядні пристрої UDC, що розробляються, будуть оснащені діагностичною технологією зчитування та заряджання (RAC) для оцінки ємності акумулятора за відсутності FCC. Зарядний пристрій на основі RAC вимагає одноразового калібрування для кожної моделі акумулятора; циклічна розрядка/зарядка справного акумулятора забезпечує цей параметр, який зберігається в зарядному пристрої або адаптері акумулятора.

Зарядний пристрій RAC оцінює SoC та ємність звичайного (нестандартного) акумулятора. Тести з RAC показують кращу точність, ніж те, що можливо за допомогою FCC-запису акумулятора SMBus. RAC перевіряє продуктивність акумулятора та здійснює контроль якості без додаткової логістики. Зелений індикатор «готовий» в кінці служби гарантує, що акумулятор повністю заряджений та відповідає необхідному порогу ємності. Згаслий акумулятор ідентифікується та показується як «задній ход».

4. Експрес-тест

Швидкий тест робить знімок хімічного акумулятора за секунди або хвилини. Електрохімічний динамічний відгук використовує імпульсну технологію; складніший багатомодельний електрохімічний імпедансний спектроскоп (Spectro™) сканує акумулятор з кількома частотами. Швидкі тести мають перевагу в тестуванні широкого спектру акумуляторів без використання «розумних» функцій на льоту, але це вимагає складного програмного та апаратного забезпечення, яке підтримується специфічними для акумулятора параметрами та матрицями.

Важливо зазначити, що ємність акумулятора не можна виміряти подібно до напруги, струму та температури. Опір акумулятора можна оцінити з різним ступенем точності на основі його симптомів; однак надійне вимірювання неможливе, якщо симптоми нечіткі або відсутні.

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

Купити

Подивитися більше

Багато виробників пристроїв для тестування акумуляторів обіцяють оцінку ємності шляхом вимірювання внутрішнього опору акумулятора. Це вводить в оману, і реклама функцій, які знаходяться поза можливостями обладнання, збиває з пантелику галузь, змушуючи повірити, що складні тести можна проводити за допомогою базових методів. Прилади на основі опору дійсно можуть ідентифікувати акумулятор, що вмирає або розряджається, — так само робить і користувач. Тестери акумуляторів часто завищують свої показники, подібно до реклами шампуню, який обіцяє відростити пишне волосся на лисій голові чоловіка.

5. Повний цикл

Цей метод застосовує повний цикл зарядки/розрядки для зчитування ємності хімічного акумулятора. Час розрядки акумулятора регульованим струмом розрядки визначає ємність. Хоча повний цикл є точним і також служить для калібрування розумного акумулятора, він займає багато часу і не завжди практичний, особливо під час перевірки акумуляторів мобільних телефонів.

Філософія та висновок

Багато виробників пристроїв не надають достатніх інструкцій щодо обслуговування акумуляторів, а користувач погано поінформований про їхню роботу та коли слід замінювати батарею, що розряджається. Передача пристрою працівникам є своєрідним «мийником рук», який каже: «Ви самі по собі — удачі вам з акумулятором».

Розробка кращого акумулятора є неповною без покращення діагностики. Тільки добре розроблена діагностична система, яка контролює стан функції (SoF), перетворить акумулятор на надійне, безпечне, економічно ефективне та екологічно стійке джерело живлення. Сучасний акумулятор взаємодіятиме з системою та користувачем, визначатиме свої потреби, проголошуватиме, що він може запропонувати, та встановлюватиме чіткі обмеження.