Оцінка ємності та стану акумулятора 🔋
Ємність є головним показником стану акумулятора, але оцінити її на льоту складно. Традиційний цикл заряджання/розряджання/заряджання все ще є найнадійнішим методом вимірювання ємності акумулятора. Хоча портативні акумулятори можна відносно швидко розрядити, повний цикл на великих свинцево-кислотних акумуляторах не є практичним для вимірювання ємності.
SAE (Товариство автомобільних інженерів) визначає ємність стартерного акумулятора як резервну ємність (RC). RC відображає час роботи в хвилинах при постійному розряді 25 А. DIN (Німецький інститут нормування) та IEC (Міжнародна електрохімічна комісія) позначають акумулятор в Аг при типовій швидкості розряду 0,2 C (5 годин) для стартерних акумуляторів. Акумулятор ємністю 60 Аг розряджатиметься при 12 А. Точного перетворення RC в Аг не існує, але найпоширеніша формула - RC поділено на 2 плюс 16. Короткий метод - поділити RC на 1,9.
Метод розряду ⚡
Можна було б припустити, що вимірювання ємності шляхом розряду є найточнішим методом, але це не завжди так, особливо зі свинцево-кислотними акумуляторами. Навіть при використанні високоточного обладнання в умовах контрольованої температури та дотриманні встановлених стандартів заряджання та розряджання, між ідентичними тестами трапляються відмінності. Це не до кінця зрозуміло, окрім того, що акумулятори – це електрохімічні пристрої, які мають людські якості. Наш рівень IQ також змінюється залежно від часу доби та інших умов. Літієві та нікелеві акумулятори забезпечують більш стабільні результати розряду, ніж свинцево-кислотні.
Захист від глибокої розрядки
Захист АКБ від впливу глибокої розрядки та подовження терміну його експлуатації
Smart BatteryProtect 12/24V 65A Victron Energy
Автоматично відключає навантаження, коли напруга на акумуляторі падає нижче критичного рівня, що захищає АКБ від глибокого розряду. Передбачено підтримку Bluetooth
Купити
Smart BatteryProtect 12/24V 220A Victron Energy
Розумний контролер навантаження, який підтримує інтеграцію з VE.Bus BMS, режим роботи з літієвими акумуляторами, а також має низьке енергоспоживання та захист від перенапруги.
Купити
BatteryProtect 12/24V 100A Victron Energy
Захищає як AGM / GEL, так і LiFePO₄ акумулятори від глибокого розряду, який може серйозно зменшити строк служби або повністю вивести АКБ з ладу.
КупитиЛабораторії Cadex перевірили 91 стартерний акумулятор з різним рівнем продуктивності, а результати представлені на рисунку 1. Горизонтальна вісь X показує акумулятори від слабкого до сильного заряду, а вертикальна вісь Y відображає ємність. Випробування проводилися відповідно до стандартів SAE J537, застосовуючи повний заряд та 24-годинний відпочинок, а потім регульований розряд 25 А до 10,50 В (1,75 В/елемент). Результати, позначені ромбами, представляють Випробування 1. Випробування було повторено за ідентичних умов, а ємності, показані у квадратах, характеризують Випробування 2. Випробування 1 та 2 , проведені лише з різницею в кілька днів, відрізняються в середньому на +/-15 відсотків за ємністю. Інші лабораторії спостерігають аналогічні розбіжності.
Рисунок 1: Коливання ємності під час двох однакових випробувань заряду/розряду 91 стартерної батареї [1]
Ємність відрізняється на +/–15% між випробуванням 1 та випробуванням 2. Випробування проводилися відповідно до SAE J537
Під час оцінки результатів тестування акумулятора виникає питання: «З яким стандартом порівнюються показання?» Якщо це робиться за класичним циклом заряду/розряду, який має великі похибки, то сучасні технології тестування не мають еталону, і вчені можуть запитати: «Який метод є точнішим, метод розряду/заряду чи інші технології, що розвиваються?» Це слушне питання, оскільки з'являються неінвазивні технології, які займають лише кілька секунд для тестування акумулятора.
Неінвазивний метод 🔬
Spectro™ (від Cadex) використовує багатомодельну електрохімічну імпедансну спектроскопію (EIS), яка перевіряє стан акумулятора за лічені секунди за допомогою процесу сканування. Неінвазивна технологія поєднує EIS зі складним моделюванням для оцінки ємності, CCA та SoC за допомогою матриць, також відомих як таблиці пошуку. Ось як це працює:
Синусоїдальний сигнал кількох частот подається в акумулятор під напругою кількох мілівольт. Після цифрової фільтрації отриманий сигнал формує графік Найквіста, на який накладаються різні електрохімічні моделі. Spectro™ вибирає моделі, що найкраще відповідають вимогам; невідповідні репліки відкидаються. Потім об'єднання даних корелює значення ключових параметрів для отримання оцінок ємності та CCA. Рисунок 2 ілюструє запатентований процес спрощеним способом.
Рисунок 2: Spectro™ поєднує EIS зі складним моделюванням для оцінки ємності акумулятора та покращення вимірювань CCA [2]
Синусоїдальний сигнал створює графік Найквіста; об'єднання даних корелює значення ключових параметрів для оцінки ємності та CCA.
Графік Найквіста був винайдений Гаррі Найквістом (1889–1976) під час роботи в Bell Laboratories. Він представляє частотну характеристику лінійної системи, відображаючи як амплітуду, так і фазовий кут на одному графіку, використовуючи частоту як параметр. Горизонтальна вісь x графіка Найквіста показує реальний імпеданс, тоді як вертикальна вісь y представляє уявний імпеданс.
Ємність проти CCA ⚖️
Стартові акумулятори мають два різних значення: CCA та ємність. Ці два показники різні; одне не може передбачити інше, і кореляція між ними майже відсутня, хіба що ближче до кінця терміну служби акумулятора.
Більшість експрес-тестерів вимірюють внутрішній опір і виконують наближений розрахунок за допомогою CCA. Вимірювання опору акумулятора є відносно простим, але саме по собі це не може передбачити ємність, а також не може сказати, коли потрібно замінити акумулятор, оскільки характеристика кінця терміну служби в першу чергу пов'язана з ємністю. Більшість стартерних акумуляторів запускають двигун з дуже малою ємністю; раптовий вихід з ладу може статися, коли ємність падає нижче 30 відсотків.
Модель Рендлса ⚙️
Деякі тестери акумуляторів, зокрема Spectro™, відображають повідомлення «Високий опір», коли показники омічного опору підвищені, що зазвичай пов'язано з тепловим пошкодженням. Справний стартерний акумулятор відображає однозначне значення в мОм, яке представлено R1 у моделі Рендлса праворуч. Показники акумуляторів, що розвивають високий опір, переходять до двозначних, і це може бути спричинено такими умовами:
- Низький рівень електроліту
- Стратифікація електроліту
- Сульфатація електродів
- Погані або зношені зварні з'єднання колекторних пластин та стійок
- Тріщина в колекторній пластині, що піддалася корозії
- Погане з'єднання акумулятора на клемах або всередині акумулятора
R1 представляє опір електроліту, на який впливають пункти 1 та 2 вище. Пункти з 3 по 6 стосуються того, що R1 характеризує опір електроліту, створений низьким рівнем електроліту та/або кислотної стратифікації, як це відображено в пунктах 1 та 2 вищезазначених умов. Пункти з 3 по 6 стосуються сульфатації, корозії та контактного опору від клем акумулятора до електродів, а також від електродів до електроліту.
Паралельне коло R2/C відображає опір та швидкість переносу заряду. Це означає енергію, необхідну для подолання потенційного бар'єру на межі електрод-електроліт, який активує іон всередині електроліту, що призводить до переміщення електронів від електрода до клем. У поганому акумуляторі опір бар'єру вищий, ніж у хорошому акумуляторі з високою ємністю. Гілка R2/C містить секрет оцінки ємності та відрізняється від більш механічних умов, що відображаються в R1.
Можливість розділяти окремі компоненти в моделі Randles, як це робить Spectro™, дозволяє покращити оцінку стану акумулятора, що зменшує кількість заміни акумулятора, особливо протягом гарантійного періоду. «Високий опір» відрізняє акумулятор з низьким зарядом від акумулятора зі справжнім дефектом. Тест можна провести з частковим зарядом.
«Наскільки точні показники?» — запитують автомеханіки. Це залежить від акумулятора. Несправність можна діагностувати з упевненістю лише за наявності чітких симптомів. Новий акумулятор або той, що зберігався, може мати виняток при оцінці ємності. Найкращі результати досягаються з «справним» акумулятором, який виведено з експлуатації. Точність також залежить від якості матриці.
Хоча показники ємності та CCA чітко позначені на акумуляторі, ці значення не завжди є правильними. CCA деяких стартерних акумуляторів може бути вищим або нижчим, ніж зазначено; це може знати лише виробник. Через високу вартість тести CCA рідко проводяться після продажу акумулятора. Крім того, акумулятори з глибоким циклом розрядки/зарядки показують низькі показники ємності, коли вони нові, і це може призвести до повернення коштів за гарантією. Значення збільшуватимуться під час форматування акумулятора та використання.
