Тестирование аккумулятора с помощью EIS

11 сентября 2025

Тестирование аккумулятора с помощью EIS

Диагностика аккумуляторов: преодоление «инновационных слепых зон»

Новые технологии часто приводят к «инновационным слепым зонам», и это происходит с электрификацией аккумуляторов. Литий-ионный аккумулятор – это успешный химический способ хранения электрической энергии, но существует страх выхода из строя, который часто начинается в неисправном элементе, распространяется и охватывает аккумулятор огнем. Такие инциденты известны с аккумуляторами для электровелосипедов и другими устройствами.

Аккумуляторы LiFePO4

Надежные литий-железо-фосфатные аккумуляторы для солнечных и резервных систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Ач)

Компактный аккумулятор с встроенным BMS для безопасной работы в солнечных и резервных системах.

Купить

Аккумулятор LiFePO4 Sacred Sun 12В 50Ач с BMS

LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Современная литий-железо-фосфатная батарея (LiFePO4) со встроенным BMS и защитой от перегрузки

Купить

Аккумулятор Sacred Sun SCIFP1250 LiFePO4 12В 50Ач

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah

Высококачественный источник энергии с длительным сроком службы, высокой безопасностью и совместимостью с экосистемой Victron Energy

Купить

Посмотреть больше

Cadex разрабатывает технологию, которая считывает электрохимические данные аккумулятора с помощью частотного сканирования и отображает результаты на графике Найквиста. На рисунке 1 показаны графики Найквиста, полученные со 100 высококачественных литий-ионных элементов 18650 с помощью Spectro Explore.

Рисунок 1: Диаграммы Найквиста для 100 ячеек 18650 для контроля качества. Тест проводился в контролируемой среде.

Spectro Explorer обслуживает литий-ионные и свинцово-кислотные аккумуляторы от 3 В до 48 В емкостью до 300 Ач. Тест является малоинвазивным, со сканированием частоты от 2000 Гц до 0,1 Гц, которое занимает около 30 секунд, дольше для больших аккумуляторов. Explorer используется для контроля качества в производстве, проверки однородности поступающих аккумуляторов и проверки аккумуляторов перед отправкой. Лучшие результаты достигаются с помощью такой подготовки, как предварительная полная зарядка с последующим коротким отдыхом.

В неработающих свинцово-кислотных аккумуляторах развивается сульфатация, дефицит которой можно устранить с помощью физических упражнений, если сульфатация мягкая. Твердая сульфатация, возникающая во время длительного состояния покоя при низком заряде, может быть постоянной.

Литиевые батареи первичного типа также пассивируются во время хранения. Слой пассивации можно удалить с помощью кратковременного разряда. Это дополнительные функции, которые может выявить сканирование Найквиста.

Что такое график Найквиста?

График Найквиста состоит из резистивного показателя (Real Z), расположенного на горизонтальной оси, и реактивного анализа, размещенного на вертикальной оси. Полученная сигнатура, отображающая характеристики батареи, делится на миграцию на высокой частоте слева от шкалы; перенос заряда в среднем диапазоне, и диффузию на низких частотах справа.

На рисунке 2 изображен график Найквиста, который служит «золотым образцом» с регулируемыми границами приемлемости/неприемлемости для установления уровней приемлемости для контроля качества в производстве и проверки производительности перед развертыванием.

Рисунок 2: Найквист служит золотым образцом с допустимыми допусками.

На рисунке 3 сравниваются графики Найквиста для различных аккумуляторов, на рисунке 4 наложен график Найквиста для исправного аккумулятора на график для аккумулятора низкой емкости, а на рисунке 5 показан аккумулятор с ростом дендритов. На рисунке 6 сравниваются характеристики Найквиста для старых свинцово-кислотных аккумуляторов с сульфатированными аккумуляторами. Если не указано иное, все показатели были получены в лабораториях Cadex в Канаде и Германии.

Рисунок 3: Найквист показывает литий-ионный аккумулятор разной емкости.

Рисунок 4: Литий-ионный аккумулятор, выделенный красным, имеет аномалию.

Рисунок 5: Ячейка красного цвета имеет дендрит.

Рисунок 6: Диаграммы Найквиста для сульфатированного и старого свинцового аккумулятора.

Свинцово-кислотные аккумуляторы, хранящиеся в течение шести месяцев или дольше, развивают сульфатацию; эффект покоя, который снижает производительность, но является обратимым с помощью своевременной физической нагрузки. На рисунке 7 показаны графики Найквиста свинцово-кислотного аккумулятора с низким переносом заряда и показателем емкости 75% при первом обслуживании. После физической нагрузки с циклом заряда/разряда принятие заряда улучшилось, а емкость выросла до 92%. Другие свинцово-кислотные аккумуляторы, протестированные с различными эффектами покоя, имели подобные улучшения. Требуются дополнительные исследования того, как Найквист может идентифицировать сульфатацию, которая приводит к восстановлению.

Рисунок 7: Физические упражнения улучшили работоспособность с 75% до 92%.

Свинцово-кислотные аккумуляторы AGM/GEL

Надежные свинцово-кислотные аккумуляторы для максимальной эффективности работы

Аккумулятор Victron 12V/110Ah GEL Deep Cycle

Является идеальным выбором для применений, требующих надежного, долговечного и глубоко разрядного источника питания

Купить

Аккумулятор Victron AGM Super Cycle 12V 125Ah (M8)

Благодаря технологиям электрохимии, этот аккумулятор выдерживает до 300 циклов разряда до 100%, что делает его отличным решением для автономных электрических систем

Купить

AGM аккумулятор BB Battery MPL55-12 (12В 55Ач)

AGM VRLA батарея с высоким током разряда, специально разработанная для критических нагрузок в системах ИБП, телекоммуникациях и энергетике

Купить

Посмотреть больше

Тестирование аккумуляторов для электровелосипедов

Аккумуляторы для электровелосипедов выходят из строя, а в некоторых случаях и загораются. Однако, при правильном обращении, литий-ионные аккумуляторы безопасны, но их химический состав менее устойчив к ним, чем свинцово-кислотные и никелевые.

Рисунок 8: Тест EIS на аккумуляторе электровелосипеда. Блок на 40 В имеет 4 элемента, соединенных параллельно, и 10 пар последовательно.

Теперь мы сканируем аккумуляторы с помощью Explorer как целого комплекта, так и параллельных пар. На рисунке 8 показан открытый аккумулятор электровелосипеда; на рисунках 9, 10 и 11 показаны результаты тестирования.

Имея приобретенные знания, технический персонал может легко расшифровать график Найквиста. Задача упрощается путем сравнения неисправного блока с хорошим, известным как золотой образец. Как показано на рисунке 9, обычный аккумулятор имеет небольшой размер, который находится в регулируемом пользователем поле приемлемости, тогда как неисправный аккумулятор выходит за установленные пределы. Формы «кошачьих хвостов» могут когда-нибудь помочь определить природу дефекта.

Рисунок 9: Сравнительное испытание четырех аккумуляторов для электровелосипедов с различными недостатками.

На рисунке 10 показан целый блок с одной ячейкой, имеющей короткое замыкание. На графике также проведено сравнение с параллельной парой, в которой все ячейки исправны, как показано на маленьком овале. Добавление одного плохого яблока меняет порядок. Защитная схема и последовательное соединение добавляют нереактивное сопротивление, которое смещает график Найквиста пакета вправо.

Рисунок 10: Ячейки в хороших парах содержатся в маленьком круге; закороченная ячейка в параллельной паре увеличивает график Найквиста.

Смешивание нереактивного сопротивления с реактивной составляющей аккумулятора дополнительно показано на рисунке 11. Здесь схема защиты и длинные кабели смещают график Найквиста вправо, сохраняя при этом его характер. Сдвиг отражает чисто резистивную часть аккумулятора, что также поможет в решении проблем.

Рисунок 11: Влияние защитной схемы.
■ Синий: В обход защитной схемы.
■ Красный: Включает защитную схему через разъем с коротким кабелем.
■ Зеленый: Включает защитную схему с длинным кабелем.

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

Заключение и сферы применения

Тестирование аккумуляторов с помощью EIS не является чем-то новым, но ученые прогнозируют, что будущая диагностика аккумуляторов будет основываться на EIS-анализе. Оценка с помощью Найквиста с помощью Spectro Explorer имеет потенциал стать общеизвестной благодаря универсальности, простоте использования и низкой стоимости. Использование этих технологий уменьшит инновационные слепые зоны для обеспечения безопасности, поскольку мир электрифицируется с помощью аккумуляторов. Типичные применения EIS включают:

🔬