Оценка емкости и состояния аккумулятора 🔋
Емкость является главным показателем состояния аккумулятора, но оценить ее "на лету" сложно. Традиционный цикл заряда/разряда/заряда все еще является самым надежным методом измерения емкости аккумулятора. Хотя портативные аккумуляторы можно относительно быстро разрядить, полный цикл на больших свинцово-кислотных аккумуляторах непрактичен для измерения емкости.
SAE (Общество автомобильных инженеров) определяет емкость стартерного аккумулятора как резервную емкость (RC). RC отражает время работы в минутах при постоянном разряде 25 А. DIN (Немецкий институт стандартизации) и IEC (Международная электротехническая комиссия) маркируют аккумулятор в Ач при типичной скорости разряда 0,2 C (5 часов) для стартерных аккумуляторов. Аккумулятор емкостью 60 Ач будет разряжаться током 12 А. Точного преобразования RC в Ач не существует, но самая распространенная формула — RC, разделенное на 2, плюс 16. Упрощенный метод — разделить RC на 1,9.
Метод разряда ⚡
Можно было бы предположить, что измерение емкости путем разряда является самым точным методом, но это не всегда так, особенно со свинцово-кислотными аккумуляторами. Даже при использовании высокоточного оборудования в условиях контролируемой температуры и соблюдении установленных стандартов заряда и разряда, между идентичными тестами случаются различия. Это не до конца понятно, кроме того, что аккумуляторы – это электрохимические устройства, которые обладают "человеческими" качествами. Наш уровень IQ также меняется в зависимости от времени суток и других условий. Литиевые и никелевые аккумуляторы обеспечивают более стабильные результаты разряда, чем свинцово-кислотные.
Защита от глубокой разрядки
Защита АКБ от воздействия глубокой разрядки и продление срока его эксплуатации
Smart BatteryProtect 12/24V 65A Victron Energy
Автоматически отключает нагрузку, когда напряжение на аккумуляторе падает ниже критического уровня, что защищает АКБ от глубокой разрядки. Предусмотрена поддержка Bluetooth.
Купить
Smart BatteryProtect 12/24V 220A Victron Energy
Умный контроллер нагрузки, который поддерживает интеграцию с VE.Bus BMS, режим работы с литиевыми аккумуляторами, а также имеет низкое энергопотребление и защиту от перенапряжения.
Купить
BatteryProtect 12/24V 100A Victron Energy
Защищает как AGM / GEL, так и LiFePO₄ аккумуляторы от глубокой разрядки, которая может значительно сократить срок службы или полностью вывести АКБ из строя.
КупитьЛаборатории Cadex проверили 91 стартерный аккумулятор с разным уровнем производительности, а результаты представлены на рисунке 1. Горизонтальная ось X показывает аккумуляторы от слабого до сильного заряда, а вертикальная ось Y отображает емкость. Испытания проводились в соответствии со стандартами SAE J537, применяя полный заряд и 24-часовой отдых, а затем регулируемый разряд 25 А до 10,50 В (1,75 В/элемент). Результаты, обозначенные ромбами, представляют Испытание 1. Испытание было повторено в идентичных условиях, а емкости, показанные в квадратах, характеризуют Испытание 2. Испытание 1 и 2, проведенные с разницей всего в несколько дней, отличаются в среднем на +/-15 процентов по емкости. Другие лаборатории наблюдают аналогичные расхождения.
Рисунок 1: Колебания емкости во время двух одинаковых испытаний заряда/разряда 91 стартерной батареи [1]
Емкость отличается на +/–15% между испытанием 1 и испытанием 2. Испытания проводились в соответствии с SAE J537
При оценке результатов тестирования аккумулятора возникает вопрос: «С каким стандартом сравниваются показания?» Если это делается по классическому циклу заряда/разряда, который имеет большие погрешности, то современные технологии тестирования не имеют эталона, и ученые могут спросить: «Какой метод точнее: метод разряда/заряда или другие развивающиеся технологии?» Это справедливый вопрос, поскольку появляются неинвазивные технологии, которые занимают всего несколько секунд для тестирования аккумулятора.
Неинвазивный метод 🔬
Spectro™ (от Cadex) использует многомодельную электрохимическую импедансную спектроскопию (EIS), которая проверяет состояние аккумулятора за считанные секунды с помощью процесса сканирования. Неинвазивная технология сочетает EIS со сложным моделированием для оценки емкости, CCA и SoC с помощью матриц, также известных как таблицы поиска. Вот как это работает:
Синусоидальный сигнал нескольких частот подается в аккумулятор под напряжением в несколько милливольт. После цифровой фильтрации полученный сигнал формирует диаграмму Найквиста, на которую накладываются различные электрохимические модели. Spectro™ выбирает модели, которые лучше всего соответствуют требованиям; неподходящие реплики отбрасываются. Затем объединение данных коррелирует значения ключевых параметров для получения оценок емкости и CCA. Рисунок 2 иллюстрирует запатентованный процесс в упрощенном виде.
Рисунок 2: Spectro™ сочетает EIS со сложным моделированием для оценки емкости аккумулятора и улучшения измерений CCA [2]
Синусоидальный сигнал создает диаграмму Найквиста; объединение данных коррелирует значения ключевых параметров для оценки емкости и CCA.
Диаграмма Найквиста была изобретена Гарри Найквистом (1889–1976) во время работы в Bell Laboratories. Она представляет частотную характеристику линейной системы, отображая как амплитуду, так и фазовый угол на одном графике, используя частоту в качестве параметра. Горизонтальная ось x диаграммы Найквиста показывает реальный импеданс, тогда как вертикальная ось y представляет мнимый импеданс.
Емкость против CCA ⚖️
Стартовые аккумуляторы имеют два разных значения: CCA и емкость. Эти два показателя различны; одно не может предсказать другое, и корреляция между ними почти отсутствует, разве что ближе к концу срока службы аккумулятора.
Большинство экспресс-тестеров измеряют внутреннее сопротивление и выполняют приблизительный расчет с помощью CCA. Измерение сопротивления аккумулятора относительно просто, но само по себе это не может предсказать емкость, а также не может сказать, когда нужно заменить аккумулятор, поскольку характеристика конца срока службы в первую очередь связана с емкостью. Большинство стартерных аккумуляторов запускают двигатель с очень малой емкостью; внезапный выход из строя может произойти, когда емкость падает ниже 30 процентов.
Модель Рэндлса ⚙️
Некоторые тестеры аккумуляторов, в частности Spectro™, отображают сообщение «Высокое сопротивление», когда омические показатели повышены, что обычно связано с тепловым повреждением. Исправный стартерный аккумулятор отображает однозначное значение в мОм, которое представлено R1 в модели Рэндлса справа. Показатели аккумуляторов, развивающих высокое сопротивление, переходят к двузначным, и это может быть вызвано следующими условиями:
- Низкий уровень электролита
- Стратификация электролита
- Сульфатация электродов
- Плохие или изношенные сварные соединения коллекторных пластин и стоек
- Трещина в коллекторной пластине, подвергшейся коррозии
- Плохое соединение на клеммах аккумулятора или внутри него
R1 представляет сопротивление электролита, на которое влияют пункты 1 и 2 выше. Пункты с 3 по 6 относятся к тому, что R1 характеризует сопротивление электролита, созданное низким уровнем электролита и/или кислотной стратификации, как это отражено в пунктах 1 и 2 вышеупомянутых условий. Пункты с 3 по 6 относятся к сульфатации, коррозии и контактному сопротивлению от клемм аккумулятора до электродов, а также от электродов до электролита.
Параллельная цепь R2/C отображает сопротивление и скорость переноса заряда. Это означает энергию, необходимую для преодоления потенциального барьера на границе электрод-электролит, который активирует ион внутри электролита, что приводит к перемещению электронов от электрода к клеммам. В плохом аккумуляторе сопротивление барьера выше, чем в хорошем аккумуляторе с высокой емкостью. Ветвь R2/C содержит секрет оценки емкости и отличается от более механических условий, отображаемых в R1.
Возможность разделять отдельные компоненты в модели Рэндлса, как это делает Spectro™, позволяет улучшить оценку состояния аккумулятора, что уменьшает количество замен аккумулятора, особенно в течение гарантийного периода. «Высокое сопротивление» отличает аккумулятор с низким зарядом от аккумулятора с настоящим дефектом. Тест можно провести с частичным зарядом.
«Насколько точны показания?» — спрашивают автомеханики. Это зависит от аккумулятора. Неисправность можно диагностировать с уверенностью только при наличии четких симптомов. Новый аккумулятор или тот, что хранился, может иметь исключение при оценке емкости. Лучшие результаты достигаются с «исправным» аккумулятором, который выведен из эксплуатации. Точность также зависит от качества матрицы.
Хотя показатели емкости и CCA четко обозначены на аккумуляторе, эти значения не всегда верны. CCA некоторых стартерных аккумуляторов может быть выше или ниже, чем указано; это может знать только производитель. Из-за высокой стоимости тесты CCA редко проводятся после продажи аккумулятора. Кроме того, аккумуляторы глубокого цикла разряда/заряда показывают низкие показатели емкости, когда они новые, и это может привести к возврату средств по гарантии. Значения будут увеличиваться по мере форматирования аккумулятора и использования.
