Методи експрес-тестування акумуляторів

З огляду на велику кількість літій-іонних акумуляторів, що використовуються, та зростання їх застосування, метод функціонального експрес-тестування стає необхідністю. Було зроблено кілька спроб, включаючи вимірювання внутрішнього опору, і результати були неоднозначними. Добавки підтримують низький внутрішній опір сучасних літій-іонних акумуляторів протягом більшої частини терміну служби, що робить омічні випробування ненадійними. Внутрішній опір вимірюється або методом змінного, або методом постійного струму. 

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

Електрохімічна динамічна реакція, метод, який використовує QuickSort™, вимірює рухливість потоку іонів між електродами. На основі аналізу в часовій області шляхом застосування коротких імпульсів навантаження вимірюється час реакції на атаку та відновлення, алгоритм обчислює результати та порівнює їх з набором параметрів. Як видно на рисунку 1, хороший акумулятор протистоїть атаці та швидко відновлюється, тоді як вплив слабшого акумулятора більший, а відновлення повільніше. Рисунок 1 ілюструє концепцію технології.

Рисунок 1: Електрохімічна динамічна реакція

Електрохімічна динамічна реакція вимірює потік іонів між позитивною та негативною пластинами. Потужна батарея швидко відновлюється після атаки, тоді як слабша батарея поводиться повільніше. 

Літій-іонні акумулятори мають різну швидкість дифузії. З точки зору електрохімічної динамічної реакції, літій-іонний полімер з гелеподібним електролітом виявився швидшим за стандартний літій-іонний, і для досягнення точності потребує модифікованих параметрів. Унікальні активні матеріали та добавки, які виробники акумуляторів тримають у суворій таємниці, ускладнюють процедуру випробування.

Cadex доклав багато зусиль для тестування невеликих окремих літій-іонних елементів у мобільних телефонах. Метою є також тестування більших літій-іонних акумуляторів у багатоелементній конфігурації в широкому діапазоні станів заряду, що включає поєднання випробувань у часовій області з частотною областю.

Під час сканування акумулятора від кілогерц до мілігерц у частотній області, діапазон високих частот, який називається міграцією, показує резистивні властивості акумулятора, що дають уявлення про ландшафт з висоти пташиного польоту. Однак унікальні характеристики літій-іонних акумуляторів лежать у середньому діапазоні частот, який називається переносом заряду, та низькому діапазоні, який називається дифузією. Акумулятори зі зниженою ємністю страждають від низького переносу заряду та повільної активної дифузії літій-іонних акумуляторів.

Оцінювання акумуляторів на частоті менше одного герца вимагатиме тривалого часу випробувань. Наприклад, на частоті один мілігерц один цикл займає 1000 секунд, або 16 хвилин, і для завершення аналізу потрібно кілька точок даних. Швидкі тести повинні тривати лише кілька секунд і не довше 5 хвилин. За допомогою розумного програмного моделювання тривалість можна скоротити, щоб вона потрапила в бажаний короткий час випробування.

Рисунок 2: Частотне сканування справних та слабких акумуляторів мобільних телефонів [2]

На рисунку 2 показано сканування справного та розрядженого акумуляторів від 0,1 Гц до 1 кГц. Різниця в імпедансі (-Imp -Z) найбільш помітна між 1 Гц та 10 Гц. Слід зазначити, що зняття лише резистивних показників має обмежену цінність, оскільки стан заряду (SoC) та температура також впливають на сигнатуру та плутанину опорних точок заряду (SoH). Крім того, на результати також впливають різні архітектури літій-іонних акумуляторів та те, як акумулятор старів. Природне старіння створює іншу сигнатуру, ніж штучне старіння, і причина цієї розбіжності до кінця не зрозуміла.

Результати випробувань, отримані в частотній області, найкраще відображаються за допомогою графіка Найквіста. Винайдений Гаррі Найквістом (1889–1976) під час роботи в Bell Laboratories, графік Найквіста представляє частотну характеристику лінійних систем, відображаючи як амплітуду, так і фазовий кут на одному графіку, використовуючи частоту як параметр. Горизонтальна вісь x графіка Найквіста показує реальний імпеданс Ома, тоді як вертикальна вісь y представляє уявний імпеданс.

На рисунку 3 результати сканування акумулятора, отримані за допомогою графіка Найквіста, поділяються на міграцію, перенос заряду та дифузію. Міграція, отримана на високій частоті ліворуч, забезпечує резистивні характеристики акумулятора, надзвичайно важливий перенос заряду посередині утворює півколо, яке представляє кінетику акумулятора, а низькочастотна частина праворуч представляє дифузію.

Рисунок 3: Графік Найквіста поділено на ділянки високих, середніх та низьких частот

Півколо середньої частоти найкраще відображає характеристики акумулятора. Більші акумулятори потребують нижчих частот.

Швидкий тест повинен тривати від кількох секунд до не більше 5 хвилин, але застосування наднизьких частот подовжує час. Наприклад, при частоті один мілігерц (мГц) один цикл займає 1000 секунд, або 16 хвилин, і для завершення аналізу потрібно кілька точок даних. Тривалість тесту часто можна скоротити за допомогою розумного програмного моделювання.

Літій-іонні акумулятори мають схожість зі свинцево-кислотними, технологія Spectro™, яка використовується для вимірювання ємності свинцево-кислотних акумуляторів, також зможе обслуговувати літій-іонні.

Короткий зміст 📋

Жоден експрес-тест не може оцінити всі симптоми розрядки акумулятора, і завжди є винятки, які не відповідають протоколу тестування. Правильне прогнозування має бути 9 з 10. QuickSort™ (від Cadex) перевершує цю вимогу для більшості літій-іонних акумуляторів для мобільних телефонів, але ця технологія тестує лише одноелементні акумулятори ємністю до 1500 мАг. Нові технології, що розробляються, обіцяють тестувати більші літій-іонні акумулятори, але це може продовжити тест до кількох хвилин, щоб забезпечити низькочастотну вибірку.

BMS для літієвих АКБ

Захищає батареї від перезаряду, глибокого розряду, перегріву та надвисокого струму

Victron VE.Bus BMS V2 – система управління літієвими акумуляторами LiFePO4 Smart

Розумна система керування батареями LiFePO4 Smart від Victron

Купити

SmallBMS – BMS для LiFePO4 Smart акумуляторів Victron

 Компактна система керування батареями Victron Lithium Smart (LiFePO4), що забезпечує базовий захист акумуляторів від глибокого розряду, надмірного заряду та перегріву.

Купити

Smart BMS CL 12/100 – інтелектуальний захист LiFePO4 батарей у 12В системах від Victron Energy

Поєднує обмеження струму з генератора, Bluetooth-моніторинг, аварійні виходи та модульну взаємодію з іншими пристроями Victron – все в одному пристрої!

Купити

Подивитися більше

Ємність є вирішальним фактором стану акумулятора, а технології швидкого тестування з оцінкою ємності також покращують системи керування акумуляторами (BMS). Такі технології швидкого тестування можуть бути включені в зарядні пристрої для оцінки цілісності акумулятора під час кожного заряду, подаючи зелений індикатор готовності лише за умови досягнення встановленої цільової ємності, акумулятори низької ємності не піддаються контролю. Це забезпечує контроль якості без додавання додаткових витрат.