Проблемы и инновации в тестировании аккумуляторов

«Машину завести можно, но сможет ли аккумулятор завести двигатель завтра?»

С быстрой электрификацией транспортных средств также возникают проблемы с рулевым управлением и торможением, которые потребляют от аккумулятора 100 ампер. Аккумулятор является наиболее подверженной отказам деталью системы. Большинство тестеров аккумуляторов и систем управления аккумулятором (BMS) считывают напряжение разомкнутой цепи аккумулятора и вычисляют внутреннее сопротивление (Ri) при падении напряжения под нагрузкой. Этот метод выявляет аномалии аккумулятора, но не может оценить емкость – главный показатель исправности.

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

Емкость аккумулятора незаметно снижается, пока двигатель не перестанет запускаться. Чтобы обеспечить профилактическое обслуживание при отсутствии оценки емкости, некоторые системы управления автомобилем (BMS) советуют водителю заменять аккумулятор после фиксированного количества запусков.

Новая технология оценки емкости аккумулятора с помощью электрохимической импедансной спектроскопии (EIS) приобретает все большее распространение. Эта технология является неинвазивной и доступна в коммерческих продуктах, известных как Spectro™. На рисунке 1 показан компактный Spectro Modular.

Рисунок 1: Модульный Spectro

EIS применяет синусоидальный сигнал от 2000 Гц до 100 мГц для создания диаграммы Найквиста. Моделирование соотносится с матрицами, полученными из аккумуляторов одного типа, но с разными уровнями производительности. Объединение данных коррелирует значения для получения емкости, CCA, SoC и других показателей аккумулятора. Рисунок 2 иллюстрирует сложное моделирование в виде упрощенной блок-схемы.

Рисунок 2. Моделирование комплексной электрохимической импедансной спектроскопии (EIS) неинвазивным способом оценивает емкость, CCA и SoC свинцово-кислотных и литий-ионных аккумуляторов.

ПАТЕНТЫ США: 6,778,913; 7,072,871; 10,302,709

Важность емкости, которая влияет на окончание срока службы аккумулятора, демонстрируется снова и снова. ADAC, немецкий автоклуб, сообщает, что 46% поломок автомобилей вызваны аккумулятором, по сравнению с 42% в 2010 году. Исследование, проведенное Johnson Control (JCI), которое охватило 800 стартерных аккумуляторов AGM, показало, что 48% аккумуляторов стали непригодными для использования из-за низкой емкости, в то время как лишь 12% вышли из строя из-за низкого CCA. Отказ из-за плохой прокрутки является предупредительным сигналом, снижение емкости остается незамеченным. Оценка емкости ценна, поскольку корреляция между емкостью и CCA составляет в среднем 55%.

Тестовая выборка JCI на графике 3 также показывает 23% низкого заряда. Это часто вызвано ездой по городу с включенным вспомогательным оборудованием. Короткое замыкание элемента также может быть причиной снижения напряжения аккумулятора после полного заряда. Это распространенное явление в больших грузовиках из-за вибрации.

Аккумуляторы часто заменяют без видимой причины, и в этом тесте JCI это составляет 15%. Эту ошибку можно исправить с помощью лучших технологий тестирования.

График 3: Частые причины отказа аккумулятора
Источник: Johnson Controls Power Solutions EMEA; AABC Europe 2017, Майнц, Германия

Секрет емкости аккумулятора 💡

Емкость стартерного аккумулятора может упасть ниже 30%, но двигатель все равно будет запускаться. Порог успешного/неуспешного тестирования большинства тестеров аккумуляторов Spectro™ установлен на 40%. Это дает льготный период для перехода к следующему обслуживанию, однако, в случае неудачного тестирования требуется замена, даже если стартер все еще работает хорошо. Емкость определяет конечный срок службы.

Зарядные устройства Victron Energy

Высококачественные зарядные устройства для долговечной службы и надежной работы

Зарядное устройство Victron Blue Smart IP22 Charger 12/30 (1)

Идеально подходит для использования в мастерских, а также для зарядки аккумуляторов автомобилей, мотоциклов, лодок и кемперов.

Купить

Зарядное устройство Blue Smart IP65 Charger 12/15

Благодаря классу защиты IP65, устройство устойчиво к пыли и воде, что делает его идеальным для использования в жестких условиях.

Купить

Зарядное устройство Victron Phoenix Smart IP43 Charger 12/30 (3) 120/240V

Оснащено Bluetooth-интерфейсом для простого настройки и мониторинга через приложение VictronConnect. Высокая эффективность и надежность делают его идеальным решением для коммерческих, промышленных и морских применений.

Купить

Посмотреть больше

Время тестирования составляет 30 секунд, для больших аккумуляторов оно дольше из-за расширенного диапазона частот. Тестеры аккумуляторов Spectro™ можно настроить для большинства аккумуляторов, включая литиевые системы. Стартовые аккумуляторы используют общую матрицу с классификацией «прошел/не прошел»; для аккумуляторов, специфичных для определенной модели, требуется специально разработанная матрица. Точность предназначенной матрицы зависит от уровня целостности матрицы (MIL), который можно разработать для получения числовых показателей. На рисунке 4 показано прогнозируемое снижение емкости с порогом «прошел/не прошел» 40%.

Рисунок 4: Иллюстрирует обеспеченную рабочую емкость с льготным периодом и требованием замены аккумулятора, когда емкость падает ниже 40%.

Измерения CCA недостаточно ❄️

Показатель CCA стартерного аккумулятора, как правило, остается стабильным, в то время как емкость постепенно уменьшается. На рисунке 5 изображены 20 стареющих стартерных аккумуляторов, которые обеспечивают приемлемые показатели CCA, тогда как емкость у половины тестовой выборки упала ниже рабочего уровня.

Рисунок 5: Результаты испытаний 20 стареющих стартерных аккумуляторов. CCA, как правило, остается стабильным до конца, в то время как емкость предсказуемо падает.

Немецкий производитель автомобилей класса люкс исследовал емкость и снижение CCA у 175 аккумуляторов AGM. На рисунке 6 показана тенденция с помощью стрелки, которая проходит через отметку «Конец срока службы по емкости», установленную на уровне 40%.

Порог емкости 40% хорошо подходит для потребительских автомобилей; для аккумуляторов грузовиков и автобусов может потребоваться резервная емкость 50% и выше, чтобы выдерживать "гостиничные" нагрузки. Измерение емкости с помощью EIS приближает нас к прогнозированию остаточного срока службы, что включает большие аккумуляторы емкостью до 300 Ач.

Рисунок 6: Снижение емкости аккумуляторов AGM 175. Большинство аккумуляторов выходят из строя из-за низкой емкости. Немногие выходят из строя из-за недостаточного CCA.
Тестовые аккумуляторы были установлены в багажнике (AGM) и работали в умеренном климате.
Метод испытания: Емкость и CCA были протестированы в соответствии со стандартами DIN и IEC.

Патент США 7,072,871 Патент США 6,778,913

Подключение ☁️

Современные устройства для тестирования аккумуляторов позволяют сохранять результаты тестов в облачной базе данных для проведения аналитики. Spectro Modular, показанный на рисунке 7, отображает результаты тестов на вычислительном устройстве, которое также подключается к облаку.

Передовые системы тестирования аккумуляторов включают литиевые аккумуляторы напряжением до 48 В. Для них требуются специальные матрицы для обеспечения качества в производстве и проверки аккумуляторов, поступающих в цепочку поставок. Точность тестирования базируется на индикаторе целостности матрицы (MIL), который можно постоянно улучшать.

Рисунок 7: Подключение Spectro Modular

Заключение ✅

EIS открывает неинвазивный способ тестирования аккумуляторов. Характеристика аккумуляторов с помощью EIS используется уже десятилетиями для изучения влияния старения аккумуляторов, но интерпретация проводилась вручную. Многомодельный EIS автоматизирует оценку состояния (SoH). Ученые прогнозируют, что диагностика аккумуляторов тяготеет к EIS, технологии, которая еще не полностью раскрыла свой потенциал.

Cadex первым на рынке начал тестировать аккумуляторы с EIS под брендом Spectro™. Неинвазивность и компактность этой технологии позволят включить ее в систему управления зданием (BMS) для оценки емкости аккумуляторов в реальных условиях эксплуатации.