Прогнозирование остаточного срока службы (RUL) аккумуляторов
Все продукты имеют остаточный срок службы (RUL), который определяется состоянием здоровья (SoH). Это также относится к аккумуляторам, и лучшая оценка SoH улучшит оценки RUL. Аккумуляторы редко выходят из строя неожиданно; большинство достигают конца срока службы, следуя за SoH. Ёмкость является ведущим показателем здоровья, который линейно и предсказуемо уменьшается. Аномалии случаются; многие из них имеют механический характер, вызванный агрессивным использованием, что может привести к увеличению внутреннего сопротивления (Ri) или короткому замыканию. Дендриты в литий-ионных аккумуляторах являются примером этого.
Установка RUL требует минимальной жизнеспособной производительности (MVP) путем установления самого низкого приемлемого уровня функциональности, ниже которого аккумулятор больше не пригоден для данного применения. Конец срока службы для большинства аккумуляторов составляет ёмкость 80%. Вместо 10-часового срока службы, насколько это возможно со 100% ёмкостью, 80% обеспечат лишь 8 часов работы.
Стартерный аккумулятор в транспортном средстве обеспечивает большую толерантность, и запуск двигателя все еще возможен при ёмкости 30% или ниже. Прохождение теста на ёмкость выше 40% гарантирует один год льготы до следующего обслуживания. На рисунке 1 показано падение ёмкости стартерного аккумулятора с точкой окончания срока службы 30%.
Рисунок 1: Примерный остаточный срок службы стартерного аккумулятора. MVP в большинстве применений аккумуляторов установлен на конечную ёмкость 80%. Стартовый аккумулятор все еще запускается с ёмкостью ниже 30%.
Рисунок 2: Данные о производительности, передаваемые в облако веб-приложениями.
Более точные оценки RUL возможны благодаря отслеживанию состояния аккумулятора с помощью облачной аналитики. Это становится возможным благодаря хранению данных о производительности, полученных от диагностических зарядных устройств, анализаторов, мониторов и экспресс-тестеров в течение определенного времени.
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.
КупитьОтрасли, которые получают выгоду от облачной аналитики, включают здравоохранение, общественную безопасность, оборону, логистику, операторов дронов и роботов, отслеживая потерю мощности со временем и оценивая время падения до красной линии, обозначающей конец срока службы. Красная линия, обозначающая MVP, устанавливается встроенным селектором целей.
В конце дня аккумулятор должен иметь 20% остаточного заряда. Если уровень заряда постоянно низкий, следует установить более высокий уровень для выбора цели, чтобы обеспечить достаточную ёмкость для непредвиденных событий. Однако, при наличии достаточного SoC, порог заряда можно снизить, чтобы аккумуляторы дольше служили. Наблюдение за остаточным зарядом напоминает пилота авиакомпании, у которого должно быть достаточно топлива для безопасной посадки при встречном ветре.
Методы тестирования аккумуляторов
Тестирование аккумуляторов и диагностические оценки зависят от аккумуляторной системы и их применения. Чтобы оценить допустимое время работы (RUL), показатели емкости необходимо отслеживать со временем, и это проблема для больших систем. Большинство систем управления аккумуляторами (BMS) измеряют напряжение, Ri и температуру. Эти характеристики сами по себе не могут обеспечить характеристики емкости; однако, имея исторические данные и известный MVP, URL можно предусмотреть со временем. Самые распространенные методы тестирования аккумуляторов:
Искусственные нейронные сети (ИНС)
Анализ больших данных: дата, схемы нагрузки, условия окружающей среды. Подходит для больших систем хранения энергии, сопоставляет периферийные данные без электрохимических измерений.
EIS и анализ Найквиста
Электрохимическая импедансная спектроскопия оценивает SoH отдельных модулей. Частотное сканирование и AI-анализ помогают определять состояние нагрева и деградацию.
Данные SoH из BMS
Использование BMS для оценки RUL через циклы, глубину разряда и кулоновский подсчет. Ограниченная точность без знания реальной емкости.
FCC через SMBus
Цифровая емкость, основанная на кулоновском подсчете при зарядке/разрядке. Данные легко доступны, точность улучшается калибровкой.
Полный цикл с анализатором
Калибровка «умных» батарей, подготовка к хранению и транспортировке, проверка химической емкости перед заменой.
Облачная аналитика
Современные зарядные устройства имеют диагностические функции, которые оценивают ёмкость, считывая FCC аккумулятора SMBus. Обычные аккумуляторы используют технологию парсера, устанавливая остаточное состояние заряда (SoC) с помощью интеллектуальной фильтрации, а затем измеряя кулоны, необходимые для полного заряда аккумулятора. SoC плюс заряд равняется полезной ёмкости. Парсеру нужна длинная «взлетно-посадочная полоса» для измерения ёмкости; один лишь максимальный заряд не может дать достоверных показателей.
Рисунок 3: Парсер измеряет ёмкость литий-ионного аккумулятора, считывая остаточный заряд с помощью расширенного фильтра Калмана и подсчитывая кулоны до полного заряда. Остаточный заряд плюс добавленная энергия показывают полезную ёмкость.
Диагностические зарядные устройства – это гибридные устройства, которые одновременно обслуживают умные и «глупые» аккумуляторы. Индикатор SoH проверяет, достигнута ли ёмкость, регулируемая встроенным селектором целей. Индикатор SoH светится только при наличии диагностических данных. Анализ SoH в современных диагностических зарядных устройствах работает в фоновом режиме.
Заключение
Облачное подключение открывает путь к системам обеспечения надежности и обслуживания (RAMS), что делает состояние парков аккумуляторов прозрачным как для пользователей, так и для руководителей парков. Диагностика аккумуляторов отстает от других сервисов, таких как RCM (техническое обслуживание, ориентированное на надежность), которое прогнозирует механический износ. Аккумуляторы больше нельзя установить и забыть. Знание RUL позволяет планировать замену до возникновения неисправности. Современные диагностические системы доступны для управления рисками в аккумуляторах.
