Диагностика и Прогнозирование Жизненного Цикла Аккумуляторов
С ростом электрификации мира к аккумуляторам предъявляются новые требования. Чистая энергия должна иметь такую же прозрачность производительности, как и традиционные источники энергии, сжигающие ископаемое топливо, но мы понимаем, что диагностика аккумуляторов отстает. Без зрелых способов оценки состояния аккумулятора (SoH), пользователи аккумуляторов задаются вопросом: «Разрядится ли мой аккумулятор тихо, или с треском?»
Вывод напоминает нам о железнодорожных путях, проложенных по всему континенту в середине 1800-х годов, которые были слишком хрупкими и требовали замены двойными шпалами, чтобы перевозить тяжелые поезда, движущиеся с высокой скоростью.
Рисунок 1: Трансконтинентальная железная дорога в 1800-х годах
Авиация также извлекла урок из ранних реактивных путешествий. В 1950-х годах на элегантном самолете Comet после 9000 часов полета появились трещины в местах заклепок вокруг оконных рам, что привело к разрушению фюзеляжа и крушению самолета. Усиление круглыми окнами решает эту проблему в современных самолетах.
Рисунок 2: В ранних пассажирских самолетах появились трещины, которые приводили к авариям
В 1960-х годах промышленность достигла важной вехи, внедрив техническое обслуживание, ориентированное на надежность (RCM), со стратегическими графиками технического обслуживания оборудования. RCM впервые было применено на Boeing 747 для улучшения безопасности полетов. Позже эти практики распространились на другие отрасли, такие как атомные электростанции, оборонная промышленность и железные дороги.
Инновационные методы тестирования
Батареи для критического использования требуют инновационного тестирования, чтобы полностью использовать каждую батарею и заменять ее до выхода из строя. Одним из таких методов испытаний является электрохимическая импедансная спектроскопия (EIS), также известная как Spectro™.
Частотное сканирование создает график Найквиста, отображающий электрохимические данные об аккумуляторе. Сигнатура сравнивается с матрицей аккумуляторов той же модели с различными характеристиками, концепция, которая используется в распознавании лиц с помощью искусственного интеллекта.
Сканирование с частотой от 2000 Гц до 4 Гц является минимально инвазивным. Время тестирования составляет 30 секунд, более длительное из-за емкой батареи с расширенным сканированием до 0,1 Гц.
Рисунок 4: Моделирование комплексного EIS оценивает пропускную способность и CCA
Отсканированные данные проходят фильтрацию и извлечение величины. Моделирование и объединение данных соотносят значения для получения емкости, CCA, SoC и других показателей. Матрицы доступны для свинцово-кислотных и литий-ионных аккумуляторов.
Глубокая Диагностика Аккумулятора (DBD)
Оценка емкости портативных литий-ионных аккумуляторов в основном осуществляется с помощью шины управления системой (SMBus). Зная объем полезной энергии аккумулятора, пользователь должен установить минимальный рабочий резерв энергии (MORE). Глубокая диагностика аккумулятора (DBD) делает это возможным, устанавливая селектор целей на порог емкости, который обеспечивает достаточный остаточный заряд для заданного ежедневного режима. DBD также оценивает прогнозируемое угасание заряда на основе спецификаций производителя. Сбор данных, как показано на рисунке 5, приводит к RUL, что является окончательным показателем для пользователей аккумуляторов.
Рисунок 5: Четырехэтапный подход определяет остаточный срок службы аккумулятора
Алгоритм DBD может быть встроен в сервисные устройства, такие как зарядные устройства, анализаторы аккумуляторов и системы мониторинга, обслуживающие аккумуляторы для портативных, мобильных, автомобильных и стационарных применений.
BMS для литиевых АКБ
Защищает батареи от перезаряда, глубокого разряда, перегрева и сверхвысокого тока
Victron VE.Bus BMS V2 – система управления литиевыми аккумуляторами LiFePO4 Smart
Умная система управления батареями LiFePO4 Smart от Victron
Купить
SmallBMS – BMS для LiFePO4 Smart аккумуляторов Victron
Компактная система управления батареями Victron Lithium Smart (LiFePO4), обеспечивающая базовую защиту аккумуляторов от глубокого разряда, чрезмерного заряда и перегрева.
Купить
Smart BMS CL 12/100 – интеллектуальная защита LiFePO4 батарей в 12В системах от Victron Energy
Совмещает ограничение тока от генератора, Bluetooth-мониторинг, аварийные выходы и модульное взаимодействие с другими устройствами Victron – всё в одном устройстве!
КупитьСовременные зарядные устройства для аккумуляторов больше не предназначены для работы в автономном режиме. На рисунке 6 показано подключение зарядного устройства или анализатора к хосту на уровне 2 и облачной аналитике на уровне 3 для формирования мощной системы контроля аккумуляторов, которая обслуживает умные аккумуляторы. Оценка емкости «глупых» аккумуляторов также возможна с помощью технологии парсера.
Рисунок 6: Cloud Analytics работает в автономном режиме, подключается к хосту и сохраняет данные в облаке.
Современные системы ухода за аккумуляторами должны быть экономически эффективными и простыми в эксплуатации. На рисунке 6 показаны функции полностью расширенной системы, начиная с единственного зарядного устройства. Масштабируемость делает парк аккумуляторов прозрачным, позволяя установить «золотую середину» между высокой надежностью и длительным сроком службы аккумулятора.
Уровни Контроля и Аналитики
👤 Уровень 1: Пользователь
В автономном режиме индикатор SoH показывает емкость. Зеленый цвет означает готовность; желтый — требует калибровки или замены.
🖥️ Уровень 2: Супервайзер
С помощью ПК проверяет остаточный заряд (10–20% в конце дня). Корректировка осуществляется с помощью селектора целей.
☁️ Уровень 3: Облачная аналитика
Предлагает анализ тенденций парка аккумуляторов на основе остаточного заряда, использованной энергии и остаточного срока службы.
«Аквариум» отображает состояние аккумулятора прозрачным способом, обозначая остаточный заряд в процентах. Внешнее кольцо показывает состояние заряда, которое движется по часовой стрелке по мере заряда и против часовой стрелки по мере разряда. Черный потолок отслеживает емкость, которая медленно падает до установленной красной линии целевого селектора по мере старения аккумулятора. Касание купола состояния отображает данные об аккумуляторе, включая дату производства аккумулятора, номиналы, а также несоответствие элементов в некоторых «умных» аккумуляторах. Сообщение о состоянии показывает готовность аккумулятора.
Рисунок 8: Иконка аквариума
Остаточный заряд устанавливается с помощью селектора цели. Аналогично, это самолет, у которого достаточно топлива для посадки.
Рисунок 9: Облачная аналитика с уровнем 3
Если остаточный заряд низкий, целевую емкость следует установить выше, чтобы увеличить резервную энергию для определенного применения. Если значение постоянно высокое, его можно уменьшить, чтобы аккумуляторы дольше служили.
Рекомендуемые целевые настройки емкости:
🎯 85-90%: Критически важная миссия; меньше аккумуляторов пройдут этот порог.
⚖️ 80%: Значение по умолчанию; золотая середина для большинства применений.
💡 60-70%: Ненапряженный режим работы; аккумуляторы можно использовать дольше.
Современные зарядные устройства с Target Selector могут иметь разные настройки. Например, 90% заряда пропускают только аккумуляторы для критического использования. После снижения емкости аккумулятор помещается в зарядное устройство с 80% заряда для общего использования. При дальнейшем спаде емкости этот аккумулятор хранится в зарядном устройстве с 70% заряда для менее критического использования. Такая система снижает стоимость владения, не жертвуя надежностью системы и уменьшая экологические проблемы.
Батарейные мониторы
Отслеживай основные показатели аккумуляторов и будь в курсе состояния твоего АКБ
Батарейный монитор Victron BMV-700
Монитор подходит для AGM, GEL, а также литиевых батарей LiFePO4, и измеряет напряжение, ток, потреблённую ёмкость, время до разряда, а также может опционально отображать температуру батареи.
Купить
Батарейный монитор Victron SmartShunt 500A
Это интеллектуальный шунт с функциями полноценного батарейного монитора, который подключается к вашему смартфону или GX-устройству через встроенный Bluetooth или VE.Direct порт.
Купить
Батарейный монитор Victron SmartShunt 500A IP65
Улучшенная версия популярного SmartShunt, разработанная для использования во влажных, пыльных или морских условиях, с полной защитой корпуса по стандарту IP65.
КупитьВывод и Экологический Аспект
Чиновник Министерства энергетики США заявил: «Ежегодно примерно миллион пригодных для использования литий-ионных аккумуляторов отправляется на переработку». Армия США также выбрасывает тонны аккумуляторов, частично из-за их бездействия. Примерно 75% транспортных средств, находящихся в режиме ожидания, проезжают менее 3000 миль в год, что вызывает сульфатацию аккумуляторов – образование пленки, которая возникает, когда свинцово-кислотный аккумулятор лишен полного заряда. Изоляция часто может быть повреждена, если ее вовремя обслуживать.
Согласно данным, аккумуляторы в бронетехнике заменялись в среднем каждые 13 месяцев, что превышает ожидаемый срок службы от 6 до 8 лет. Только в 2016 финансовом году Министерство обороны заменило более 373 000 аккумуляторов из общего объема 400 000 стоимостью более 80 миллионов долларов. Доступны технологии, которые оценивают состояние аккумулятора и применяют корректирующие работы для возвращения его в эксплуатацию.
Рисунок 11: Непригодные для использования автомобильные аккумуляторы в Кувейте
