Тестування акумулятора за допомогою EIS

Діагностика акумуляторів: подолання «інноваційних сліпих зон»

Нові технології часто призводять до «інноваційних сліпих зон», і це відбувається з електрифікацією акумуляторів. Літій-іонний акумулятор – це успішний хімічний спосіб зберігання електричної енергії, але існує страх виходу з ладу, який часто починається в несправному елементі, поширюється та охоплює акумулятор вогнем. Такі інциденти відомі з акумуляторами для електровелосипедів та іншими пристроями.

Акумулятори LiFePO4

Надійні літій-залізо-фосфатні акумулятори для сонячних та резервних систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Аг)

Компактний акумулятор із вбудованим BMS для безпечної роботи у сонячних та резервних системах.

Купити

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Сучасна літій-залізо-фосфатна батарея (LiFePO4) з вбудованим BMS і захистом від перевантаження

Купити

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

 Високоякісне джерело енергії з довгим терміном служби, високою безпекою та сумісністю з екосистемою Victron Energy

Купити

Подивитися більше

Cadex розробляє технологію, яка зчитує електрохімічні дані акумулятора за допомогою частотного сканування та відображає результати на графіку Найквіста. На рисунку 1 показано графіки Найквіста, отримані зі 100 високоякісних літій-іонних елементів 18650 за допомогою Spectro Explore.

Рисунок 1: Діаграми Найквіста для 100 комірок 18650 для контролю якості. Тест проводився в контрольованому середовищі.

Spectro Explorer обслуговує літій-іонні та свинцево-кислотні акумулятори від 3 В до 48 В ємністю до 300 А·год. Тест є малоінвазивним, зі скануванням частоти від 2000 Гц до 0,1 Гц, яке займає близько 30 секунд, довше для великих акумуляторів. Explorer використовується для контролю якості у виробництві, перевірки однорідності вхідних акумуляторів та перевірки акумуляторів перед відправкою. Найкращі результати досягаються за допомогою такої підготовки, як попередня повна зарядка з подальшим коротким відпочинком.

У непрацюючих свинцево-кислотних акумуляторах розвивається сульфатація, дефіцит якої можна усунути за допомогою фізичних вправ, якщо сульфатація м’яка. Тверда сульфатація, що виникає під час тривалого стану спокою при низькому заряді, може бути постійною.

Літієві батареї первинного типу також пасивуються під час зберігання. Шар пасивації можна видалити за допомогою короткочасного розряду. Це додаткові функції, які може виявити сканування Найквіста.

Що таке графік Найквіста?

Графік Найквіста складається з резистивного показника (Real Z), розташованого на горизонтальній осі, та реактивного аналізу, розміщеного на вертикальній осі. Отримана сигнатура, що відображає характеристики батареї, поділяється на міграцію на високій частоті ліворуч від шкали; перенесення заряду в середньому діапазоні, та дифузію на низьких частотах праворуч.

На рисунку 2 зображено графік Найквіста, який слугує «золотим зразком» з регульованими границями прийнятності/неприйнятності для встановлення рівнів прийнятності для контролю якості у виробництві та перевірки продуктивності перед розгортанням.

Рисунок 2: Найквіст слугує золотим зразком з допустимими допусками.

На рисунку 3 порівнюються графіки Найквіста для різних акумуляторів, на рисунку 4 накладено графік Найквіста для справного акумулятора на графік для акумулятора низької ємності, а на рисунку 5 показано акумулятор зі зростанням дендритів. На рисунку 6 порівнюються характеристики Найквіста для старих свинцево-кислотних акумуляторів із сульфатованими акумуляторами. Якщо не зазначено інше, усі показники були отримані в лабораторіях Cadex у Канаді та Німеччині.

Рисунок 3: Найквіст показує літій-іонний акумулятор різної ємності.

Рисунок 4: Літій-іонний акумулятор, виділений червоним, має аномалію.

Рисунок 5: Клітина червоного кольору має дендрит.

Рисунок 6: Діаграми Найквіста для сульфатованого та старого свинцевого оксиду.

Свинцево-кислотні акумулятори, що зберігаються протягом шести місяців або довше, розвивають сульфатацію; ефект спокою, який знижує продуктивність, але є оборотним за допомогою своєчасного фізичного навантаження. На рисунку 7 показано графіки Найквіста свинцево-кислотного акумулятора з низьким переносом заряду та показником ємності 75% під час першого обслуговування. Після фізичного навантаження з циклом заряду/розряду прийняття заряду покращилося, а ємність зросла до 92%. Інші свинцево-кислотні акумулятори, протестовані з різними ефектами спокою, мали подібні покращення. Потрібні додаткові дослідження того, як Найквіст може ідентифікувати сульфатацію, яка призводить до відновлення.

Рисунок 7: Фізичні вправи покращили працездатність з 75% до 92%.

Свинцево-кислотні акумулятори AGM/GEL

Надійні свинцево-кислотні акумулятори для максимальної ефективності роботи

Акумулятор Victron 12V/110Ah GEL Deep Cycle

 Є ідеальним вибором для застосувань, що вимагають надійного, довговічного і глибоко розрядного джерела живлення

Купити

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

Завдяки технологіям електрохімії, цей акумулятор витримує до 300 циклів розряду до 100%, що робить його відмінним для автономних електричних систем

Купити

AGM акумулятор BB Battery MPL55-12 (12В 55Аг)

 AGM VRLA батарея з високим струмом розряду, спеціально розроблена для критичних навантажень у системах ДБЖ, телекомунікаціях та енергетиці.

Купити

Подивитися більше

Тестування акумуляторів для електровелосипедів

Акумулятори для електровелосипедів виходять з ладу, а в деяких випадках і займаються. Однак, за умови правильного поводження, літій-іонні акумулятори безпечні, але їх хімічний склад менш стійкий до них, ніж свинцево-кислотні та нікелеві.

Рисунок 8: Тест EIS на акумуляторі електровелосипеда. Блок на 40 В має 4 елементи, з'єднані паралельно, та 10 пар послідовно.

Тепер ми скануємо акумулятори за допомогою Explorer як цілого комплекту, так і паралельних пар. На рисунку 8 показано відкритий акумулятор електровелосипеда; на рисунках 9, 10 та 11 показано результати тестування.

Маючи набуті знання, технічний персонал може легко розшифрувати графік Найквіста. Завдання спрощується шляхом порівняння несправної пачки з хорошою, відомою як золотий зразок. Як показано на рисунку 9, звичайний акумулятор має невеликий розмір, який знаходиться в регульованому користувачем полі прийнятності, тоді як несправний акумулятор виходить за встановлені межі. Форми «котячих хвостів» можуть колись допомогти визначити природу дефекту.

Рисунок 9: Порівняльне випробування чотирьох акумуляторів для електровелосипедів з різними недоліками.

На рисунку 10 показано цілу пачку з однією коміркою, що має короткий зрив. На графіку також проведено порівняння з паралельною парою, в якій усі комірки справні, як показано на маленькому овалі. Додавання одного поганого яблука змінює порядок. Захисне коло та послідовне з'єднання додають нереактивний опір, який зміщує графік Найквіста пакета праворуч.

Рисунок 10: Клітини в хороших парах містяться в маленькому колі; закорочена клітина в паралельній парі збільшує графік Найквіста.

Змішування нереактивного опору з реактивною складовою акумулятора додатково показано на рисунку 11. Тут схема захисту та довгі кабелі зміщують графік Найквіста праворуч, зберігаючи при цьому його характер. Зсув відображає чисто резистивну частину акумулятора, що також допоможе у вирішенні проблем.

Рисунок 11: Вплив захисного кола.
■ Синій: Обхід захисного кола.
■ Червоний: Включає захисне коло через роз'єм з коротким кабелем.
■ Зелений: Включає захисне коло з довгим кабелем.

Батарейні монітори

Відстежуй основні показники акумуляторів та будь у курсі стану твого акб

Батарейний монітор Victron BMV-700

Монітор підходить для AGM, GEL, а також літієвих батарей LiFePO4, і вимірює напругу, струм, спожиту ємність, час до розрядження, а також може опціонально відображати температуру батареї.

Купити

Батарейний монітор Victron SmartShunt 500A

Це інтелектуальний шунт з функціями повноцінного батарейного монітору, який підключається до вашого смартфона або GX-пристрою через вбудований Bluetooth або VE.Direct порт.

Купити

Батарейний монітор Victron SmartShunt 500A IP65

Вдосконалена версія популярного SmartShunt, розроблена для використання у вологих, пилових або морських умовах, з повним захистом корпусу за стандартом IP65

Купити

Подивитися більше

Висновок та сфери застосування

Тестування акумуляторів за допомогою EIS не є чимось новим, але вчені прогнозують, що майбутня діагностика акумуляторів базуватиметься на EIS-аналізі. Оцінювання за допомогою Найквіста за допомогою Spectro Explorer має потенціал стати загальновідомим завдяки універсальності, простоті використання та низькій вартості. Використання цих технологій зменшить інноваційні сліпі зони для забезпечення безпеки, оскільки світ електрифікується за допомогою акумуляторів. Типові застосування EIS включають:

Рисунок 12: Spectro Explorer

За даними Науково-дослідного інституту UL, теплові перегрівання є основною причиною пожежі в літій-іонних акумуляторах.