Методы экспресс-тестирования, которые больше не работают

Проблема точной диагностики

Рынок предлагает широкий выбор тестеров аккумуляторов, все из которых дают правильные прогнозы, когда аккумулятор разряжен, но то же самое касается и пользователя. Задача состоит в отслеживании ёмкости рабочего аккумулятора, который используется нормально, но в конечном итоге потребует замены.

Большинство тестеров измеряют напряжение и внутреннее сопротивление, также известное как импеданс, но оценка ёмкости недостижима. Несмотря на это ограничение, некоторые производители тестеров аккумуляторов рекламируют возможность оценки ёмкости. Это сбивает с толку отрасль, заставляя её верить, что многогранных результатов можно достичь с помощью основных методов импеданса. Термин «ёмкость» как способность накапливать энергию не всегда чётко понятен.

Эволюция аккумуляторов и устаревшие методы

Быстрое тестирование аккумуляторов было проще в прошлом. Ранние тестеры просто измеряли внутреннее сопротивление аккумулятора, которое увеличивалось с возрастом. Современные аккумуляторы улучшились, и универсальный подход больше не применяется. Добавки в электролит и усовершенствования в электродных материалах уменьшили коррозию, а сопротивление остаётся низким на протяжении большей части срока службы аккумулятора. Эти усовершенствования касаются как литий-ионных, так и свинцово-кислотных аккумуляторов.

Ситуация в автомобильной промышленности

Усовершенствование технологии аккумуляторов не устранило постепенной потери ёмкости, и у аккумуляторов есть определённый срок службы. Это также отражается в автомобильной промышленности, особенно в стартерных аккумуляторах. Короткий срок службы в основном вызван функцией старт-стоп и дополнительными нагрузками современных автомобилей, поглощающих энергию.

Проверка ёмкости путём разрядки полностью заряженного аккумулятора обеспечила бы самую надёжную оценку, но это непрактично для больших систем и требует вывода аккумулятора из эксплуатации. Существует также фактор стресса. Свинцово-кислотный аккумулятор навсегда теряет примерно два процента своей ёмкости с каждым полным циклом. Стартерный аккумулятор теряет до восьми процентов при полном разряде и не должен подвергаться глубокому циклу.

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.

Купить

Посмотреть больше

Немецкий производитель автомобилей класса люкс сообщает, что половина всех аккумуляторов, заменённых по гарантии, не имела никаких дефектов. Ведущий производитель аккумуляторов утверждает, что лишь от 5 до 7 процентов гарантийных аккумуляторов имеют заводской дефект. Это означает, что большинство неисправностей вызваны пользователем. В Японии поломка аккумулятора является самой большой жалобой владельцев новых автомобилей, часто из-за сульфатации вследствие недостаточного заряда.

Ограничения тестирования тока холодной прокрутки (CCA)

Аккумулятор, который хорошо запускает двигатель, не всегда исправен. Это даёт водителям ложное чувство безопасности. Ёмкость определяет состояние, но это значение трудно измерить на ходу. Большинство тестеров измеряют ток холодной прокрутки (CCA), который связан с внутренним сопротивлением. Однако, как было отмечено, сопротивление современных аккумуляторов почти не меняется. Cadex протестировал 175 стартерных аккумуляторов и обнаружил, что корреляция между CCA и ёмкостью составляет всего 0,55 (где 1 — идеальное совпадение). Определение состояния аккумулятора на основе CCA – это как подбрасывание монеты.

Инновационные технологии тестирования

Быстрое тестирование аккумуляторов развивается по нескольким направлениям и включает временную область с импульсами разряда и частотную область со сканированием частоты. Cadex разработала электрохимический динамический отклик (EDR) для проверки малых литий-ионных элементов путём наблюдения за восстановлением напряжения при применении малых импульсов. Быстрое восстановление указывает на хороший ионный поток, медленная реакция указывает на потерю ёмкости. Аналогией может быть высохший фломастер, который всё ещё пишет, но требует отдыха для пополнения чернил. Некоторые старые аккумуляторы также могут демонстрировать повышенное отклонение напряжения из-за более высокого внутреннего сопротивления, и EDR также оценивает это. На рисунке 2 сравнивается хороший аккумулятор с быстрым восстановлением с аккумулятором с угасшим зарядом и медленной реакцией.

Технологии, использующие частотную область, в основном базируются на электрохимической импедансной спектроскопии (EIS). Учёные считают, что будущее экспресс-тестирования аккумуляторов заключается в EIS. Аккумулятор сканируется с частотой от менее чем одного герца до нескольких килогерц. Высокая частота обнаруживает резистивные качества, также известные как вид с высоты птичьего полёта, но уникальные характеристики аккумулятора скрыты в низких частотах.

Cadex усовершенствовал EIS и разработал многомодельную электрохимическую импедансную спектроскопию, или сокращённо Spectro™. Аккумулятор сканируется для создания графика Найквиста, который характеризует отдельные компоненты модели Рэндлса. Рэндлс разбивает аккумулятор на омические и реактивные компоненты. Затем для оценки значений ёмкости и CCA подбираются электрохимические модели, или матрицы, расчёты, которые включают 40 миллионов транзакций для получения конечного результата. Spectro™ и его матрицы похожи на устройства, считывающие буквы, отпечатки пальцев, сетчатку глаз и черты лица.

Перспективные применения и будущее

Spectro™ может работать на специфической для аккумулятора или универсальной матрице. Обе создаются путём сканирования нескольких аккумуляторов разного уровня производительности. Матрицы, специфичные для аккумулятора, имеют преимущество отображения ёмкости в числовом виде (процент от полной ёмкости). Общая матрица может включать группу стартерных аккумуляторов ёмкостью от 40 до 100 Ач и предлагает результат в классификации «зачтено/не зачтено». Многие обслуживающие сотрудники ценят этот метод, поскольку он даёт чёткую оценку «да/нет» и устраняет вмешательство клиента.

Технология Spectro™ встроена в Spectro CA-12, портативный тестер аккумуляторов, который оценивает ёмкость и CCA менее чем за 30 секунд неинвазивным способом. Аккумулятор должен иметь минимальный заряд 60 процентов. Наилучшие результаты достигаются путём тестирования «исправного» аккумулятора, взятого с обычного обслуживания. Новые аккумуляторы, не прошедшие форматирование, или аккумуляторы, которые долго хранились, могут не проявлять тех же симптомов.

Ещё одним перспективным применением для оценки ёмкости является интеграция технологии Spectro™ в систему управления аккумуляторами (BMS). Резервные аккумуляторы часто устанавливаются и забываются. Показатели напряжения и импеданса не могут оценить ёмкость, и очень мало больших аккумуляторов разряжаются с целью проверки достаточного накопления энергии. BMS, оценивающая ёмкость, может подсказать пользователю, когда нужно заменить аккумулятор. 

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!

Купить

Посмотреть больше

Технологии измерения состояния аккумулятора также могут быть интегрированы в зарядное устройство. Такая система будет не только заряжать аккумулятор, но и гарантировать, что аккумулятор обеспечивает ёмкость от 80 до 100 процентов, когда загорается индикатор готовности. Проверка исправности в зарядном устройстве обеспечивает контроль качества без дополнительных усилий и сообщает менеджерам автопарка, когда нужно показать выцветшие аккумуляторы.

Итог

Аккумуляторы не демонстрируют видимых изменений по мере износа и старения; они выглядят одинаково, когда полностью заряжены или разряжены, новые или старые и требуют замены. Автомобильная шина, в отличие от неё, деформируется, когда в ней мало воздуха, и сигнализирует об окончании срока службы, когда протектор изношен. 

Аккумуляторы должны получать такое же отношение, как и критическая деталь в самолёте, медицинском устройстве или промышленной машине, где износ подпадает под строгие правила технического обслуживания. Органы власти пытаются внедрить такую процедуру для аккумуляторов, отсутствие соответствующей технологии испытаний усложняет это. Плохие аккумуляторы могут скрываться и пользоваться иммунитетом среди конкурентов. Новые технологии, которые разрабатываются, в конечном итоге вторгнутся в давний эксклюзивный статус и сделают аккумуляторы ответственными. Cadex является частью этого развития.