Поглиблена діагностика акумуляторів: від застарілих методів до інноваційних рішень
Тестування акумуляторів може бути здогадкою, а відсутність ефективних методів тестування призводить до того, що акумулятори замінюють занадто рано або занадто пізно (здебільшого занадто пізно). Деякі акумулятори замінюють неодноразово, не знаючи причини несправності, але більшість залишають недоторканими, доки не станеться несправність.
Ринок перенасичений тестерами акумуляторів. Більшість з них вимірюють лише напругу та внутрішній опір, але працюють не дуже добре. Вони справді знаходять розряджений або вимикаючийся акумулятор, але те саме робить і користувач. Акумулятори вдосконалені, а відмови, пов'язані з опором, ізольовані. Це робить одновимірний імпеданс, який вимірює лише опір, більш-менш застарілим. Рішення полягає в двовимірних методах, але про це пізніше.
Основним показником стану акумулятора є ємність, величина, яку важко оцінити. Багато тестерів акумуляторів стверджують, що вимірюють ємність, але це неможливо лише за допомогою напруги та опору, і тест навантаження не зможе цього досягти. Рекламні функції, які виходять за межі можливостей обладнання, вводять в оману та змушують галузь вірити, що багатогранних результатів можна досягти за допомогою базових методів тестування.
Діагностика акумуляторів є складною. У нас навіть немає надійного методу вимірювання стану заряду (SoC). Більшість покладається на напругу та кулонівський підрахунок; оцінка ємності значно відстає. Акумулятори неможливо виміряти як такі; їх стан можна лише передбачити або оцінити за допомогою непрямих вимірювань. Це синонім прогнозу погоди від метеоролога. Усі результати є оцінками з різним ступенем точності.
Еволюція методів тестування
Випробування акумуляторів не є чимось новим. Вуглецева батарея, представлена в 1980-х роках, прикладає навантаження протягом короткого часу. Падіння напруги показує внутрішній опір, а протікання струму гарантує здатність до запуску. Вуглецева батарея не може оцінити ємність, але кваліфікований механік може оцінити акумулятор за його кінетичною поведінкою.
Вимірювач провідності змінного струму, також відомий як тестер імпедансу, з'явився в 1992 році та був сприйнятий як прорив. Пристрій подає сигнал змінного струму для вимірювання внутрішнього опору. Сьогодні ці тестери перевіряють ємність стартерних акумуляторів та зміну опору акумуляторів ДБЖ. Хоча ці прилади невеликі та прості у використанні, вони не можуть вимірювати ємність.
Прорив: Електрохімічна імпедансна спектроскопія (ЕІС)
Було досягнуто критичного прогресу в галузі електрохімічної імпедансної спектроскопії (ЕІС). ЕІС не є новою технологією. Розмір, висока вартість, тривалий час випробувань та необхідні навички для інтерпретації результатів обмежили використання цієї технології лабораторними середовищами. Для полегшення оцінки ємності Cadex розширила ЕІС та розробила багатомодельну електрохімічну імпедансну спектроскопію, або Spectro™. Серцем Spectro™ є запатентований алгоритм, який виконує 40 мільйонів транзакцій під час сканування акумулятора сигналами низької амплітуди 20–2000 Гц. На рисунку 1 показано, як Spectro CA-12 забезпечує визначення ємності, CCA та SoC за 15-секундний тест.
Рисунок 1: Портативний тестер акумуляторів Spectro CA-12.
Вимірює ємність, струм заряду акумулятора (CCA) та стан заряду за 15 секунд, подаючи сигнали частотою 20–2000 герц. Створює платформу для багатьох випробувань свинцево-кислотних акумуляторів. Запатентована технологія.
Технологія матриць: Як це працює
Конфігурація здійснюється шляхом вибору матриці. Матриця – це багатовимірна таблиця пошуку, з якою порівнюються виміряні показники. Розпізнавання тексту, ідентифікація відбитків пальців та візуальна візуалізація працюють за схожим принципом.
🎯 Матриця, специфічна для акумулятора
Обслуговує визначену модель акумулятора та надає показники ємності у вигляді числа.
🌐 Загальна матриця
Враховує групу акумуляторів та видає оцінку «зараховано/не зараховано» на порозі ємності 40%.
🏭 Матриця, визначена застосунком
Перевіряє характеристики продуктивності нових акумуляторів.
Матриці акумуляторів для вимірювання ємності створюються шляхом сканування 10 або більше акумуляторів однієї моделі з різними рівнями ємності. Матриця SoC створюється шляхом зчитування акумуляторів з різними рівнями SoC, а матриця продуктивності виводиться шляхом зчитування справного, гранично працездатного та поганого акумулятора з конвеєра. Акумулятори скануються за допомогою CA-12, а дані надсилаються до Cadex через Інтернет для складання матриці.
Spectro™ створює платформу, яка оцінює більшість аномалій та характеристик свинцево-кислотних акумуляторів за допомогою одного сканування. У таблиці 1 підсумовано ці функції.
Платформа Spectro™
Таблиця 1: Платформа Spectro™ перевіряє характеристики свинцево-кислотних акумуляторів. Показники звіряються з матрицею.
| Функція | Застосування | Конфігурація |
|---|---|---|
| Spectro CA-12 (Зчитує ємність, CCA, SoC) |
Легкові автомобілі, вантажівки, морські судна, автофургони, військові, ДБЖ | Потрібна матриця, специфічна для батареї |
| Spectro CA-12 GA (Класифікує на порозі 40%) |
Автомобільні гаражі | Працює на універсальній матриці для стартерних акумуляторів |
| Spectro CA-12 DC (Зчитує ємність, SoC, опір) |
Гольф-кари, AWP, засоби для миття підлоги, скутери | Потрібна матриця, специфічна для батареї |
| Однокристальна система Spectro CA-12 (Вимірює SoC за імпедансом) |
Збірка транспортних засобів, транспортування, виставковий зал | Потрібна матриця SoC |
| Spectro CA-12 QA (Перевіряє потужність) |
Виготовлення акумуляторів, гарантійні претензії | Потрібна матриця контролю якості |
| Spectro CA-12 NQ (Перевірка за Найквістом) |
Лабораторія, забезпечення якості, польове обслуговування | Оцінка шляхом дослідження ділянки |
Spectro™ для стартерних акумуляторів
З моменту винаходу Cadillac стартера в 1912 році, система запуску, освітлення та запалювання (SLI) взяла на себе додаткові обов'язки. «Запустити легко, але чи можемо ми керувати та гальмувати?» — запитують водії. Головним завданням стартерного акумулятора було провертати двигун. Сьогодні обов'язок зміщується в бік забезпечення достатнього резерву енергії для допоміжних навантажень та функції старт-стоп. Акумулятор непомітно розряджається, і періодична перевірка ємності є життєво важливою. Акумулятор поводиться подібно до коня, який скаче, поки не впаде мертвим.
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.
КупитиБільшість тестерів стартерних акумуляторів працюють на основі імпедансу та зчитують лише значення CCA (сила холодного пуску). CCA керує подачею потужності, яка впливає на запуск двигуна та пов'язана з внутрішнім опором. CCA залишається стабільним з віком, і показання не підходять як індикатор справності. Ємність, з іншого боку, поступово зменшується та служить надійним предиктором продуктивності. На рисунку 2 показано CCA та ємність 20 старіючих стартерних акумуляторів. Усі акумулятори були справними на момент тестування.
Рисунок 2: Ємність та CCA старіючих акумуляторів.
Акумулятори 1–9 мають хороший CCA та високу ємність; акумулятори 10–20 вже вичерпали свій термін служби через втрату ємності. Усі акумулятори добре заводяться.
Метод випробування: CCA вимірювали за допомогою Spectro CA-12; ємність вимірювали за допомогою навантажувального банку Agilent шляхом застосування повних розрядів згідно зі стандартами BCI.
«Чи існує зв'язок між CCA та ємністю?» — запитують багато хто. Щоб з'ясувати це, Cadex дослідив 175 старіючих стартерних акумуляторів і виявив кореляцію з r 2 =0,55. Якби кореляція була ближчою до 1, ромбоподібні точки на рисунку 3 тяжіли б до червоної опорної лінії. Це не так, а це означає, що CCA не можна надійно використовувати для оцінки ємності або прогнозування кінця терміну служби акумулятора. Більш глибока оцінка результатів випробувань показує, що дуже мало акумуляторів виходять з ладу через низький CCA; саме низька ємність зрештою призводить до зниження CCA. Зверніть увагу на велику кількість акумуляторів, які знаходяться на межі 40% ємності. Ємність, а не CCA, визначає стан акумулятора і може бути використана для прогнозування кінця терміну служби.
Рисунок 3: Зв'язок між CCA та ємністю на 175 стартерних акумуляторах.
Кореляція становить лише 0,55. Стартерні акумулятори, що проходять випробування, знаходяться в зеленому полі прийнятності, обмеженому порогом 40% ємності та 50% CCA.
Метод випробування: Місткість та CCA випробовуються відповідно до SAE J537.
Точність тестування Spectro CA-12 залежить від аномалії акумулятора та якості використаної матриці. Авторитетна випробувальна лабораторія в Німеччині протестувала CA-12 у порівнянні з конкурентним тестером імпедансу на великій кількості стартерних акумуляторів. Використовуючи матрицю, специфічну для акумулятора, CA-12 досяг правильного прогнозування ємності на рівні 87%; CCA становив 97%. Для порівняння, точність CCA тестера імпедансу становила лише 51% (без зчитування ємності). Обслуговуючий персонал може не знати про низьку точність, яку забезпечують тестери імпедансу. В результаті багато несправних акумуляторів видаються справними, але виходять з ладу в дорозі, тоді як справні акумулятори замінюються помилково, що призводить до надмірних витрат для клієнтів.
Spectro™ для акумуляторів глибокого циклу
Традиційні тестери акумуляторів вимірюють ємність шляхом розряду, і для отримання правильних показників акумулятори необхідно спочатку повністю зарядити. Це не стосується Spectro CA-12 DC, і тестування ємності можливе при частковому заряді. Якщо рівень заряду нижче 60%, пристрій рекомендує зарядити акумулятор і повторно протестувати його. 15-секундний час тестування не навантажує акумулятор, як повний розряд. Прилад використовує матрицю, специфічну для акумулятора, і надає числові показники.
У режимі кошика ємність кожного моноблока відображається числово та графічно. Графічний дисплей дозволяє з першого погляду перевірити відповідність ємності всіх моноблоків. Відповідність важлива для гарної продуктивності та тривалого терміну служби; слабкі моноблоки можна виявити та замінити. Завдяки можливості вимірювати ємність на льоту, сильні моноблоки можна перегрупувати для отримання другого життя.
Стан заряду за імпедансом
Усунення несправностей електричних систем під час виробництва, а також транспортування та роботи в виставковому залі розряджає акумулятор транспортного засобу. Акумулятор повинен залишати завод із станом заряду близько 90%, але перевірка цього лише за напругою може бути неточною. Прикладання навантаження спотворює напругу акумулятора, а нейтралізація цього ефекту займає до 24 годин. Вимірювання SoC на основі напруги є за своєю суттю неточними.
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
КупитиІмпеданс акумулятора залишається стабільним під навантаженням. Це відкриває можливості для вимірювання SoC за імпедансом, і Spectro CA-12 SoC використовує це. Тест триває 15 секунд і може бути проведений з паразитним навантаженням, а також одразу після заряджання (але не під час заряджання). Коливання поверхневого заряду та напруги мінімально впливають на показання. Прилад використовує матрицю, визначену додатком, і відображає SoC у відсотках. На рисунку 4 показано співвідношення напруги акумулятора та «Spectro SoC» при застосуванні навантаження 50 А. Зверніть увагу на стабільний Spectro SoC порівняно зі зменшенням напруги.
Рисунок 4: Результати вимірювання напруги та Spectro™ під час завантаження акумулятора.
Напруга різко падає при навантаженні 50 А (фіолетова лінія). Тим часом лінія «Spectro SoC» залишається стабільною.
Перевірка якості у виробництві акумуляторів
Виробники акумуляторів часто не розуміють, чому деякі акумулятори мають низьку ємність. Перевірка кожного акумулятора на виробничій лінії з великим обсягом виробництва є непомірно складною, проте покупець оцінює якість за акумулятором з найнижчими показниками. CA-12 QA дозволяє перевіряти продуктивність шляхом порівняння з «золотим зразком».
Нові акумулятори покращуються з використанням, але слабкі, як правило, мають коротший термін служби, ніж сильні. Spectro CA-12 QA виявляє неефективні акумулятори та запобігає їх потраплянню в канали розподілу. Тестування продуктивності призводить до покращення виробничих практик та підвищення продуктивності. Крім того, оцінка продуктивності на місці виробництва дозволяє ефективно сортувати акумулятори за різними ціновими категоріями. Класифікація та усунення неефективних акумуляторних блоків забезпечує стабільну якість та зменшує гарантійні повернення.
Як виглядає імпеданс? Графік Найквіста
Імпеданс – це опір змінного струму (AC). Опір залежить від частоти та має дійсну та уявну частини. Імпеданс батареї можна представити за допомогою графіка Найквіста, на якому уявний імпеданс показано на вертикальній осі, а дійсний – на горизонтальній.
На рисунку 5 зображено три акумулятори з різними характеристиками на графіку Найквіста. Частота сканування становить 20–2000 герц; верхній кінець відповідає 20 герцам і містить найбільше інформації про акумулятор. Справний акумулятор має низький реальний омічний опір і тяжіє до лівої частини графіка. Зі старінням акумулятора його спектр зміщується праворуч і вгору. Хороші акумулятори мають прямі хвости та лише невеликий вигин над нейтральною лінією; старіючі зміщуються вгору праворуч і вигинаються.
Рисунок 5: Графік Найквіста для батарей з різною продуктивністю.
Діаграми Найквіста можна використовувати для порівняння тестових сигнатур із «золотим зразком», взятим з акумулятора з надійними характеристиками. Акумулятор A на рисунку 5 представляє один із них.
Щоб підготувати золотий зразок, користувач сканує один або кілька справних акумуляторів за допомогою Spectro CA-12 NQ та завантажує дані в програмне забезпечення PC-Companion для відображення. Найквіст також допомагає у виробництві та вхідному контролі, а також у гарантійних претензіях шляхом аналізу несправностей та польового обслуговування.
Короткий зміст
Ідеального приладу для тестування акумуляторів не існує, але вчені прогнозують, що індустрія акумуляторів рухається в напрямку електрохімічної імпедансної спектроскопії. Spectro CA-12 — один із перших тестерів акумуляторів, що використовує цю технологію поза межами дослідницьких лабораторій для оцінки ємності. Це значно підвищує точність прогнозування стану. Cadex працює над розширенням Spectro™, щоб включити літій-іонні акумулятори.
Удосконалені прилади часто використовують матричні системи, але розробка матриці може бути складною, якщо немає зразків, що пройшли природний вік. Акумулятори, що старіють під напруженням, можуть бути можливими, але це не відображає реальної життєвої ситуації. Випуск універсальної матриці є гарною новиною, особливо в секторі послуг. Загальна матриця для автомобільного ринку з'являється в той час, коли галузь усвідомлює важливість вимірювання ємності. Та сама матриця може протестувати більшість стартерних акумуляторів.
