Как сделать аккумуляторы более надежными и долговечными
Проблема измерения состояния исправности (SoH)
Знание исправности аккумулятора важно, но не существует быстрого метода для его точной проверки. Состояние исправности (SoH) нельзя измерить само по себе, его можно лишь оценить с разной степенью точности на основе имеющихся симптомов. Аккумулятор ведет себя подобно живому организму, на который влияют такие условия, как состояние заряда (SoC), зарядка и разрядка, периоды покоя, условия окружающей среды и старение. Аккумулятор с низким зарядом ведет себя подобно аккумулятору, который демонстрирует потерю емкости, и эти два симптома становятся размытыми. Методы тестирования аккумуляторов должны выходить за рамки перепадов настроения и фиксировать характеристики, касающиеся только SoH.
Емкость как ключевой показатель здоровья
Основным показателем состояния аккумулятора является емкость, единица измерения, которая отражает способность накапливать энергию. Новый аккумулятор обеспечивает (должен обеспечить) 100 процентов номинальной емкости в Ач. Свинцово-кислотный аккумулятор начинает работать примерно с 85 процентов, и емкость будет увеличиваться с использованием, прежде чем начнется длительное и постепенное снижение. Литий-ионный аккумулятор вводится в эксплуатацию с пиковой емкостью и начинает снижаться с использованием и старением, хотя и очень медленно. Никелевые аккумуляторы требуют подпитки, чтобы достичь полной емкости, а также постепенного снижения емкости с использованием.
Советы для долговечности литий-ионных аккумуляторов
Чтобы уменьшить нагрузку, заряжайте литий-ионные аккумуляторы умеренным током в течение двух-трех часов, а не сверхбыстрым током, который длится менее одного часа. Избегайте резких и нестабильных разрядов. Лучше не разряжать аккумулятор полностью, а заряжать его чаще.
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
LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг
Современная литий-железо-фосфатная батарея (LiFePO4) со встроенным BMS и защитой от перегрузки
Купить
LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah
Высококачественный источник энергии с длительным сроком службы, высокой безопасностью и совместимостью с экосистемой Victron Energy
КупитьАналогия старения: аккумулятор и человек
Производители устройств основывают спецификации производительности на новом аккумуляторе, но это лишь краткий обзор в начале карьеры. Как и у спортсмена, производительность со временем будет снижаться, и потеря станет заметной только после того, как блеск нового устройства исчезнет, а повседневные дела начнут восприниматься как должное. С сокращением времени работы поломки, связанные с аккумулятором, начинают случаться чаще, и аккумулятор становится проблемой. Аналогией может служить стареющий человек, чья сниженная выносливость начинает проявляться после окончания самых продуктивных лет.
Когда наступает время для замены?
Мало кто знает, когда нужно заменять аккумулятор; некоторые заменяют его слишком рано, но большинство держат его слишком долго.
Когда пользователей аккумуляторов спрашивают: «При какой емкости вы заменяете аккумулятор?», большинство из них озадаченно отвечают: «Простите?». Емкость как мера вместимости и времени работы плохо изучена. Емкость также не используется как порог для вывода аккумулятора из эксплуатации, если его не обслуживают с помощью анализатора аккумуляторов.
Вывод из эксплуатации аккумулятора зависит от применения. Организации здравоохранения, обороны и общественной безопасности, имеющие анализаторы аккумуляторов, обычно устанавливают порог замены на уровне 80 процентов. Существуют применения, где аккумулятор можно хранить дольше, и существует баланс между стоимостью и риском, также известный как экономика и «что, если». Некоторые сканирующие устройства на складах могут заряжаться до 60 процентов и все еще обеспечивать полный рабочий день. Стартерный аккумулятор в автомобиле все еще хорошо работает при 40 процентах. Запуск двигателя требует лишь кратковременного разряда, который пополняется во время движения, но снижение емкости значительно ниже порога в 40 процентов может привести к тому, что водитель окажется в затруднительном положении без предупреждения.
Профессиональный подход: использование анализаторов
Надежным показателем для обеспечения достаточного времени работы является проверка резервной емкости после возвращения с миссии или дневной смены. Анализаторы аккумуляторов Cadex делают это, применяя разряд перед зарядом. Аккумулятор всегда должен иметь 10–20 процентов резервной емкости в конце смены, чтобы покрыть неизвестные ситуации и чрезвычайные ситуации. Если самый слабый аккумулятор в парке возвращается с 30 процентами остаточной емкости, то целевой показатель можно снизить, скажем, с 80 до 70 процентов. Такая точная настройка максимизирует срок службы аккумулятора без дополнительного риска, что приводит к экономии средств.
Обслуживает четыре аккумулятора от 1,2 до 36 В и до 6 А на станцию. Аккумуляторы подключаются с помощью специальных адаптеров и программируемых кабелей. Устройство работает в автономном режиме или с ПК.
Важность регулярной проверки заряда аккумулятора иллюстрируется на примере беспилотника с аккумуляторным питанием. В нашем примере беспилотник рассчитан на 60 минут полета с хорошим аккумулятором. Центру управления полетом неизвестно, что емкость могла упасть со 100 до 75 процентов, что сократило время полета с 60 до 45 минут. Если не знать о снижении емкости, то более короткое время работы может привести к аварии самолета стоимостью 50 000 долларов, когда он будет вынужден выполнять второй заход на посадку.
Опция печати анализатора позволяет отображать емкость, внутреннее сопротивление аккумулятора и даты обслуживания на этикетке, прикрепленной к каждому аккумулятору.
На этикетке отображается важная информация об аккумуляторе. Отображение сроков обслуживания и сроков ремонта помогает в обслуживании аккумулятора.
Благодаря этой информации, имеющейся на каждом комплекте, аккумуляторы, обеспечивающие почти 100 процентов заряда, можно использовать для длительных поездок, тогда как более старые комплекты будут использоваться для более коротких поездок. Другой метод маркировки заключается в идентификации каждого аккумулятора с помощью номера штрих-кода. Сканирование кода позволяет получить историческую информацию об аккумуляторе, настроить анализатор на правильные параметры аккумулятора и добавить новую информацию об обслуживании.
Ограничения стандартных индикаторов и "умных" батарей
Многие аккумуляторы и портативные устройства оснащены индикаторами заряда. Хотя они показывают остаток заряда, оценка емкости невозможна. Состояние заряда всегда будет показывать 100 процентов после полной зарядки, независимо от того, новый аккумулятор или разряженный. Это создает ложное чувство безопасности, поскольку предполагается, что полностью заряженный аккумулятор точно обеспечит ожидаемое время работы.
Со временем и использованием у аккумулятора не только падает емкость, но и теряется точность указателя уровня заряда, и аккумулятор требует калибровки. В инструкции по эксплуатации Apple iPad указано: «Для правильного отображения состояния SoC обязательно выполняйте по крайней мере один полный цикл зарядки/разрядки в месяц». Инженеры называют это «цифровой памятью».
Отрасль осознает недостатки и с середины 1990-х годов добавляет «интеллектуальные» функции в критически важные аккумуляторы. SMBus – это широко используемый формат, который измеряет напряжение и ток во время зарядки и разрядки. Хотя это предоставляет ценную информацию об аккумуляторе, такую как SoC, количество циклов и диагностика ошибок, истинная оценка емкости невозможна. Цифровой аккумулятор, управляемый SMBus, основывается исключительно на периферийных устройствах химического аккумулятора, информации, которая является предположением и меняется со временем. Калибровка выполняется путем полного цикла разрядки/зарядки в устройстве или с помощью анализатора аккумулятора.
Экологические, экономические и медицинские последствия
При отсутствии регулярного обслуживания аккумуляторов некоторые производители устройств требуют замены аккумуляторов в соответствии с датой их замены или количеством циклов. Аккумулятор может выйти из строя раньше установленного срока службы, но большинство из них служат гораздо дольше, что приводит к преждевременной утилизации вполне исправных аккумуляторов. Доктор Имре Гюк, руководитель Программы исследований накопления энергии в Министерстве энергетики США, говорит, что «ежегодно примерно миллион пригодных для использования литий-ионных аккумуляторов отправляются на переработку, большинство из которых имеют емкость до 80 процентов».
Проблемы с батареями также влияют на здравоохранение. Опрос FDA показывает, что «до 50% обращений в службу поддержки в опрошенных больницах связаны с проблемами с батареями». Медицинские работники Ассоциации содействия развитию медицинских инструментов (AAMI) утверждают, что «управление батареями стало одной из 10 главных проблем медицинских изделий».
Когда простого одобрения недостаточно
Просто выбрать лучший аккумулятор из партии, чтобы получить одобрение от органов сертификации, недостаточно. Не менее важным, или даже более важным, является обеспечение постоянной работы устройства до запланированного вывода из эксплуатации. Хотя процесс одобрения может быть слишком детальным и кропотливо медленным, мало правил применяются для обеспечения постоянной надежности после одобрения и выпуска. Органы выполнили свою работу; они умывают руки и перекладывают ответственность на пользователя.
Утверждение стандартов кажется проще, чем обеспечение постоянной надежности в полевых условиях. Производители устройств являются легкой мишенью, и органы власти могут закрыть их за незначительные нарушения. Чрезмерное значение этапа «от колыбели до выпуска» может затмить жизненно важный этап «от развертывания до выхода на пенсию». Именно аккумулятор разряжается первым и требует замены. В течение срока службы главное устройство может иметь несколько зарядов аккумуляторов, поэтому процедура проверки исправности должна быть более эффективной.
Современные и будущие методы тестирования
Малые и средние аккумуляторы следует проверять с помощью полного цикла разряда/заряда на анализаторе аккумуляторов. Это измеряет емкость аккумулятора и калибрует интеллектуальную схему. Экспресс-тестирование было бы желательным, но разработки недостаточно зрелые для всех применений, а экспресс-тестирование не калибрует аккумулятор. Однако лучше проводить экспресс-тестирование менее надежным методом, чем вообще игнорировать тест.
Более крупные аккумуляторные системы, которые невозможно вывести из эксплуатации или нецелесообразно циклически разряжать/заряжать, оснащены системой управления аккумуляторами (BMS). Исследования продолжаются, включая оценку емкости с помощью электрохимической импедансной спектроскопии (EIS). Эта технология разрабатывается для экспресс-тестирования широкого спектра аккумуляторов, включая стартерные аккумуляторы на транспортных средствах.
Краткое содержание
Кажется, что с момента изобретения свинцово-кислотного аккумулятора Гастоном Планте в 1859 году мало что изменилось. У нас даже нет надежного метода измерения состояния заряда, не говоря уже о получении точных оценок емкости в рамках экспресс-тестирования. Простого измерения напряжения и внутреннего сопротивления, как это делали раньше, больше недостаточно для оценки состояния заряда и емкости. Аккумуляторы улучшились и сохраняют низкое сопротивление в течение всего срока службы. Исследовательская группа Cadex работает над несколькими разработками, которые сделают производительность аккумуляторов более прозрачной и подотчетной для пользователя.
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
