Оцінка стану акумуляторів та проблеми тестування

Не існує практичного методу для кількісної оцінки всіх станів акумулятора за допомогою короткого, комплексного тесту. Стан справності (SoH) не можна виміряти як такий, його можна лише оцінити з різним ступенем точності на основі наявних симптомів. Якщо симптоми нечіткі або відсутні, надійне вимірювання неможливе. Під час тестування акумулятора необхідно оцінити три показники SoH:

• Ємність – здатність накопичувати енергію
• Внутрішній опір – здатність подавати струм
• Саморозряд – відображає механічну цілісність та умови, пов'язані з напруженням

Акумулятори бувають різних станів, і заряд може легко замаскувати симптом, дозволяючи слабкому акумулятору добре працювати. Так само потужний акумулятор з низьким зарядом має схожість з акумулятором, який демонструє втрату ємності. Характеристики акумулятора також залежать від нещодавнього заряду, розряду або тривалого зберігання. Ці перепади настрою необхідно чітко визначати під час тестування акумуляторів.

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

Концептуальна батарея

На рисунку 1 показано корисну ємність акумулятора в об'ємі, який можна заповнити рідиною, постійну втрату ємності у вигляді «кам'яного вмісту», що зменшує об'єм, та внутрішній опір у розмірі відводу, що символізує протікання струму.

Рисунок 1: Концептуальна батарея 

Основним показником стану акумулятора є ємність, вимірювання, яке відображає накопичення енергії. Новий акумулятор повинен забезпечувати 100% номінальної ємності. Наприклад, акумулятор ємністю 5 Аг повинен видавати п'ять ампер протягом 1 години. Якщо акумулятор розряджається через 30 хвилин, то ємність становить лише 50%. Ємність також підтверджує гарантійні зобов'язання, а заміна потрібна, коли заряд падає нижче 80%. Найголовніше, що ємність визначає кінець терміну служби акумулятора.

Свинцево-кислотні акумулятори починають працювати приблизно з 85% і збільшують свою ємність у процесі використання, перш ніж почнеться тривале та поступове зниження. Літій-іонні акумулятори починають досягати піку заряду та одразу ж починають знижуватися, хоча й дуже повільно. Нікелеві акумулятори потребують заправки, щоб досягти повної ємності, коли вони нові або після тривалого зберігання.

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.

Купити

Подивитися більше

Виробники базують характеристики пристроїв на новому акумуляторі. Цей стан тимчасовий і не відображає стан акумулятора в реальних ситуаціях, оскільки згасання продуктивності починається з дня його виготовлення. Зниження продуктивності стає помітним лише тоді, коли блиск нового пристрою зникає, а щоденні справи сприймаються як належне. Аналогія може бути зі старіючою людиною, чия витривалість починає згасати після найпродуктивніших років (Рисунок 2).

Рисунок 2: Акумулятор можна порівняти зі старінням людини

Питання заміни акумулятора

Мало хто знає, коли потрібно замінювати батарейку, деякі замінюють її занадто рано, але більшість тримають її занадто довго.

Для багатьох користувачів акумуляторів питання, коли потрібно замінити акумулятор, є розмитим. Коли їх запитують: «Під час якої ємності замінювати акумулятор?», більшість спантеличено відповідають: «Вибачте?». Мало хто знайомий з терміном «ємність» як мірою часу роботи, і ще менше знає, що ємність використовується як поріг для виведення акумуляторів з експлуатації. У багатьох організаціях проблеми з акумуляторами стають очевидними лише зі збільшенням кількості поломок, що може бути спричинено недостатнім обслуговуванням акумуляторів.

Виведення з експлуатації акумулятора з експлуатації залежить від застосування. Організації, що використовують аналізатори акумуляторів, зазвичай встановлюють поріг заміни на рівні 80 відсотків. Деякі галузі можуть зберігати акумулятор довше, ніж інші, і виникає вагання між «що, якби» та економічністю. Скануючі пристрої на складах можуть працювати до 60 відсотків і все ще забезпечувати повний робочий день. Стартовий акумулятор в автомобілі все ще добре заводиться при 40 відсотках, але це вже скорочення його терміну служби.

Будь-яка місія, що працює від батареї, повинна планувати найгірший сценарій. Хоча виробники включають певний резерв, вказуючи час роботи, ця величина рідко чітко визначається. Критичні місії вимагають жорсткіших допусків, і батарею необхідно замінювати раніше, ніж тоді, коли раптовий вихід з ладу є допустимим.

Медичні та військові пристрої вважаються критично важливими, а батареї часто замінюються занадто рано. Замість того, щоб тестувати їх, виробники пристроїв надають перевагу використанню лічильника циклів або дати, щоб зобов'язати їх вивести з експлуатації. Щоб охопити всі непередбачувані випадки, термін служби на даті часто обмежується 2 або 3 роками.

Медичні техніки виявили, що багато батарей для дефібриляторів мають понад 90 відсотків ємності після закінчення обов'язкового 2-річного терміну придатності, що передчасно замінює цілком справні медичні батареї. Незважаючи на цю очевидну втрату, опитування FDA США 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) також стверджують, що «керування батареями стало однією з 10 головних проблем медичних пристроїв». 

Ще одне застосування, де ємність акумулятора має значення, – це безпілотник. З хорошим акумулятором пристрій може бути розрахований на 60 хвилин польоту, але якщо центру управління польотом невідомо, що ємність знизилася зі 100 до 75 відсотків, час польоту скорочується до 45 хвилин. Це може призвести до аварії апарату вартістю 25 000 доларів, коли потрібно буде виконати другий захід на посадку. Маркуючи ємність на кожному комплекті акумуляторів як частину технічного обслуговування, акумулятори, що забезпечують близьку до 100 відсотків ємності, можна використовувати для тривалих польотів, тоді як старіші комплекти можна використовувати для коротших доручень. Це дозволяє повноцінно використовувати кожен акумулятор і встановлює обґрунтовану політику виведення з експлуатації.

Поломки акумуляторів

Багато акумуляторів та портативних пристроїв мають індикатор рівня заряду, який показує залишок енергії. Повний заряд завжди показує 100 відсотків, незалежно від того, чи акумулятор новий, чи розряджений. Це створює хибне відчуття безпеки, оскільки очікується, що розряджений акумулятор, який показує повний заряд, забезпечить такий самий час роботи, як і новий. Акумулятори з індикаторами рівня заряду показують лише рівень заряду (SoC), а не ємність.

Поломки акумуляторів трапляються не лише з портативними пристроями. Стартерні акумулятори в автомобілях також стали схильними до виходу з ладу. У 2008 році ADAC (Allgemeiner Deutscher Automobil-Club eV) заявив, що 40 відсотків усіх автомобільних поломок на дорозі пов'язані з акумуляторами. У звіті ADAC за 2013 рік йдеться, що кількість проблем з акумуляторами зросла в чотири рази між 1996 і 2010 роками.

ADAC, найбільший автомобільний клуб Європи, також стверджує, що кожна третя поломка пов'язана з розрядженим або несправним акумулятором. У звіті, опублікованому німецьким Motorwelt у травні 2013 року, також зазначається, що лише кілька стартерних акумуляторів досягають середнього віку п'яти років, і це стосується всіх автомобілів. Статистика була отримана на основі понад чотирьох мільйонів поломок, які автоклуб ADAC зазвичай отримує протягом року. Дослідження включало лише новіші автомобілі; транспортні засоби, що потребують обслуговування, віком понад 6 років були виключені.

BCI (Міжнародна рада з питань акумуляторів) повідомляє про аналогічні результати. Дослідження технічного підкомітету BCI, проведене у 2010 році, показало, що кількість несправностей, пов'язаних з мережею, зросла на 9 відсотків порівняно з попередніми 5 роками. Експерти підозрюють, що вищі електричні вимоги сучасних транспортних засобів призводять до вищих показників несправностей.

Вихід з ладу акумулятора в Японії є найбільшою скаргою серед власників нових автомобілів. Середній пробіг автомобіля становить 13 км (8 миль) на день, здебільшого в перевантажених містах. Найпоширенішою причиною виходу з ладу акумулятора є недостатній заряд, що призводить до розвитку сульфатації. Продуктивність акумулятора є ключовою, проблеми протягом гарантійного періоду реєструються як вихід з ладу компонентів та знижують задоволеність клієнтів.

Німецький виробник автомобілів класу люкс повідомив, що кожен другий стартерний акумулятор, повернутий за гарантією, не мав проблем. Німецький виробник високоякісних стартерних акумуляторів заявив, що заводські дефекти становлять лише від 5 до 7 відсотків усіх гарантійних претензій. Поломка акумулятора протягом гарантійного терміну рідко є заводським дефектом; основними винуватцями є звички водіння. Ретельна оцінка за допомогою сучасних приладів для перевірки акумуляторів, здатних виявляти різні симптоми несправності, може значно зменшити кількість гарантійних претензій.

Індустрія мобільних телефонів стикається з аналогічними проблемами з гарантією на акумулятори. Дев'ять із десяти повернутих акумуляторів, як кажуть, не мають жодних проблем. Замість того, щоб вирішити скаргу клієнта через нижчий, ніж очікувалося, час роботи, продавець просто замінює акумулятор. Це обтяжує продавця, не вирішуючи проблему, це також може призвести до повторних скарг.

Дилема тестування акумуляторів

Частина проблеми полягає у складності тестування акумуляторів, і це стосується вітрин магазинів, лікарень, полів бойових дій та автосервісів. Методи експрес-тестування акумуляторів, здається, сягають середньовіччя, і це особливо очевидно, якщо порівняти досягнення на інших фронтах. У нас навіть немає надійного методу оцінки стану заряду, який базується здебільшого на напрузі та кулонівському підрахунку. Оцінка ємності, основного показника стану акумулятора, відстає ще більше. Вимірювання напруги холостого ходу та перевірка внутрішнього опору не дають переконливих доказів стану акумулятора.

Користувач акумуляторів може запитати: «Чому галузь так відстає?» Відповідь проста: «Діагностика акумуляторів є складною». Оскільки не існує єдиного аналітичного приладу для оцінки здоров'я людини, немає також інструментів, які могли б швидко та надійно перевірити стан акумулятора. Як і людський організм, акумулятори можуть мати численні приховані недоліки, які жоден окремий метод тестування не може точно виявити.

Розряджений акумулятор легко перевірити, і всі тестери мають 100-відсоткову точність. Складність полягає в оцінці акумулятора в діапазоні продуктивності 80–100 відсотків під час роботи. Регуляторні органи намагаються запровадити процедури тестування акумуляторів. Це здебільшого пов'язано з відсутністю відповідної технології, яка може оцінити стан акумулятора на ходу. Акумулятор недарма позначено як «некерований»; це забезпечує йому імунітет.

Світ акумуляторів приділяє багато зусиль розробці супербатарей, але ця вдосконалена батарея буде неповною без можливості перевірки її продуктивності під час експлуатації. Покращення продуктивності та надійності полягає не лише в кращому акумуляторі, а й у відстеженні продуктивності в міру його старіння.

Професор Марк Оразем порівнює складність тестування батарейок з індійською казкою, в якій сліпі чоловіки торкаються слона, щоб дізнатися, що це таке ( рис. 3 ). Оскільки кожна людина відчуває лише частину тіла, між ними виникають розбіжності. Тестування батарейок є складним навіть для зрячої людини, але прогрес спостерігається. Зрештою з'являться кращі технології.

Історія про сліпих чоловіків, які намагаються зрозуміти слона за допомогою дотику. Казка дає уявлення про релятивізм та непрозорість такої теми, як батарейка.