Як зробити акумулятори надійнішими та довговічнішими
Проблема вимірювання стану справності (SoH)
Знання справності акумулятора є важливим, але не існує швидкого методу для його точної перевірки. Стан справності (SoH) не можна виміряти сам по собі, його можна лише оцінити з різним ступенем точності на основі наявних симптомів. Акумулятор поводиться подібно до живого організму, на який впливають такі умови, як стан заряду (SoC), заряджання та розряджання, періоди спокою, умови навколишнього середовища та старіння. Акумулятор з низьким зарядом поводиться подібно до акумулятора, який демонструє втрату ємності, і ці два симптоми стають розмитими. Методи тестування акумуляторів повинні виходити за рамки перепадів настрою та фіксувати характеристики, що стосуються лише SoH.
Ємність як ключовий показник здоров'я
Основним показником стану акумулятора є ємність, одиниця вимірювання, яка відображає здатність накопичувати енергію. Новий акумулятор забезпечує (повинен забезпечити) 100 відсотків номінальної ємності в Аг. Свинцево-кислотний акумулятор починає працювати приблизно з 85 відсотків, і ємність збільшуватиметься з використанням, перш ніж почнеться тривале та поступове зниження. Літій-іонний акумулятор входить в експлуатацію з піковою ємністю та починає знижуватися з використанням та старінням, хоча й дуже повільно. Нікелеві акумулятори потребують підживлення, щоб досягти повної ємності, а також поступового зниження ємності з використанням.
Поради для довговічності літій-іонних акумуляторів
Щоб зменшити навантаження, заряджайте літій-іонні акумулятори помірним струмом протягом двох-трьох годин, а не надшвидким струмом, який триває менше однієї години. Уникайте різких та нестабільних розрядів. Краще не розряджати акумулятор повністю, а заряджати його частіше.
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
КупитиАналогія старіння: акумулятор та людина
Виробники пристроїв базують специфікації продуктивності на новому акумуляторі, але це лише короткий огляд на початку кар'єри. Як і у спортсмена, продуктивність з часом знижуватиметься, і втрата стане помітною лише після того, як блиск нового пристрою зникне, а щоденні справи почнуть сприйматися як належне. Зі скороченням часу роботи поломки, пов'язані з акумулятором, починають траплятися частіше, і акумулятор стає проблемою. Аналогією може служити старіючий чоловік, чия знижена витривалість починає проявлятися після закінчення найпродуктивніших років.
Коли настає час для заміни?
Мало хто знає, коли потрібно замінювати акумулятор; деякі замінюють його занадто рано, але більшість тримають його занадто довго.
Коли користувачів акумуляторів запитують: «Під час якої ємності ви замінюєте акумулятор?», більшість із них спантеличено відповідають: «Вибачте?». Ємність як міра ємності та часу роботи погано вивчена. Ємність також не використовується як поріг для виведення акумулятора з експлуатації, якщо його не обслуговують за допомогою аналізатора акумуляторів.
Вихід з експлуатації акумулятора залежить від застосування. Організації охорони здоров'я, оборони та громадської безпеки, що мають аналізатори акумуляторів, зазвичай встановлюють поріг заміни на рівні 80 відсотків. Існують застосування, де акумулятор можна зберігати довше, і існує баланс між вартістю та ризиком, також відомий як економіка та «що, якби». Деякі скануючі пристрої на складах можуть заряджатися до 60 відсотків і все ще забезпечувати повний робочий день. Стартовий акумулятор в автомобілі все ще добре працює при 40 відсотках. Запуск двигуна вимагає лише короткочасного розряду, який поповнюється під час руху, але зниження ємності значно нижче порогу 40 відсотків може призвести до того, що водій залишиться в скрутному становищі без попередження.
Професійний підхід: використання аналізаторів
Надійним показником для забезпечення достатнього часу роботи є перевірка резервної ємності після повернення з місії або денної зміни. Аналізатори акумуляторів Cadex роблять це, застосовуючи розряд перед зарядом. Акумулятор завжди повинен мати 10–20 відсотків резервної ємності наприкінці зміни, щоб покрити невідомі ситуації та надзвичайні ситуації. Якщо найслабший акумулятор у парку повертається з 30 відсотками залишку ємності, то цільовий показник можна знизити, скажімо, з 80 до 70 відсотків. Таке точне налаштування максимізує термін служби акумулятора без додаткового ризику, що призводить до економії коштів.
Обслуговує чотири акумулятори від 1,2 до 36 В та до 6 А на станцію. Акумулятори підключаються за допомогою спеціальних адаптерів та програмованих кабелів. Пристрій працює в автономному режимі або з ПК.
Важливість регулярної перевірки заряду акумулятора ілюструється на прикладі безпілотника з акумуляторним живленням. У нашому прикладі безпілотник розрахований на 60 хвилин польоту з хорошим акумулятором. Центру управління польотом невідомо, що ємність могла впасти зі 100 до 75 відсотків, що скоротило час польоту з 60 до 45 хвилин. Якщо не знати про зниження ємності, то коротший час роботи може призвести до аварії літака вартістю 50 000 доларів, коли він буде змушений виконувати другий захід на посадку.
Опція друку аналізатора дозволяє відображати ємність, внутрішній опір акумулятора та дати обслуговування на етикетці, прикріпленій до кожного акумулятора.
На етикетці відображається важлива інформація про акумулятор. Відображення термінів обслуговування та термінів ремонту допомагає в обслуговуванні акумулятора.
Завдяки цій інформації, наявній на кожному комплекті, акумулятори, що забезпечують майже 100 відсотків заряду, можна використовувати для тривалих поїздок, тоді як старіші комплекти використовуватимуть для коротших поїздок. Інший метод маркування полягає в ідентифікації кожного акумулятора за допомогою номера штрих-коду. Сканування коду дозволяє отримати історичну інформацію про акумулятор, налаштувати аналізатор на правильні параметри акумулятора та додати нову інформацію про обслуговування.
Обмеження стандартних індикаторів та "розумних" батарей
Багато акумуляторів та портативних пристроїв оснащені індикаторами заряду. Хоча вони показують залишок заряду, оцінка ємності неможлива. Стан заряду завжди показуватиме 100 відсотків після повного заряджання, незалежно від того, чи акумулятор новий, чи розряджений. Це створює хибне відчуття безпеки, оскільки передбачається, що повністю заряджений акумулятор точно забезпечить очікуваний час роботи.
З часом та використанням акумулятор не лише падає ємність, але й втрачає точність покажчика рівня заряду, а акумулятор потребує калібрування. В інструкції з експлуатації Apple iPad зазначено: «Для правильного відображення стану SoC обов’язково виконуйте принаймні один повний цикл заряджання/розряджання на місяць». Інженери називають це «цифровою пам’яттю».
Галузь усвідомлює недоліки та з середини 1990-х років додає «інтелектуальні» функції до критично важливих акумуляторів. SMBus – це широко використовуваний формат, який вимірює напругу та струм під час заряджання та розряджання. Хоча це надає цінну інформацію про акумулятор, таку як SoC, кількість циклів та діагностика помилок, справжня оцінка ємності неможлива. Цифровий акумулятор, яким керує SMBus, базується виключно на периферійних пристроях хімічного акумулятора, інформації, яка є припущенням і змінюється з часом. Калібрування виконується шляхом повного циклу розряджання/заряджання в пристрої або за допомогою аналізатора акумулятора.
Екологічні, економічні та медичні наслідки
За відсутності регулярного обслуговування акумуляторів деякі виробники пристроїв вимагають заміни акумуляторів відповідно до дати їхньої заміни або кількості циклів. Акумулятор може вийти з ладу раніше встановленого терміну служби, але більшість із них служать набагато довше, що призводить до передчасної утилізації цілком справних акумуляторів. Доктор Імре Гюк, керівник Програми досліджень накопичення енергії в Міністерстві енергетики США, каже, що «щороку приблизно мільйон придатних для використання літій-іонних акумуляторів відправляються на переробку, більшість з яких мають ємність до 80 відсотків».
Проблеми з батареями також впливають на охорону здоров’я. Опитування FDA показує, що «до 50% звернень до служби підтримки в опитаних лікарнях пов’язані з проблемами з батареями». Медичні працівники Асоціації сприяння розвитку медичних інструментів (AAMI) стверджують, що «керування батареями стало однією з 10 головних проблем медичних виробів».
Коли простого схвалення недостатньо
Просто вибрати найкращий акумулятор з партії, щоб отримати схвалення від органів сертифікації, недостатньо. Не менш важливим, або навіть більш важливим, є забезпечення постійної роботи пристрою до запланованого виведення з експлуатації. Хоча процес схвалення може бути надто детальним і кропітко повільним, мало правил застосовуються для забезпечення постійної надійності після схвалення та випуску. Органи виконали свою роботу; вони вмивають руки та перекладають відповідальність на користувача.
Затвердження стандартів здається простішим, ніж забезпечення постійної надійності в польових умовах. Виробники пристроїв є легкою мішенню, і органи влади можуть закрити їх за незначні порушення. Надмірне значення етапу «від колиски до випуску» може затьмарити життєво важливий етап «від розгортання до виходу на пенсію». Саме акумулятор розряджається першим і потребує заміни. Протягом терміну служби головний пристрій може мати кілька зарядів акумуляторів, тому процедура перевірки справності має бути ефективнішою.
Сучасні та майбутні методи тестування
Малі та середні акумулятори слід перевіряти за допомогою повного циклу розряду/заряду на аналізаторі акумуляторів. Це вимірює ємність акумулятора та калібрує інтелектуальну схему. Експрес-тестування було б бажаним, але розробки недостатньо зрілі для всіх застосувань, а експрес-тестування не калібрує акумулятор. Однак краще проводити експрес-тестування менш надійним методом, ніж взагалі ігнорувати тест.
Більші акумуляторні системи, які неможливо вивести з експлуатації або недоцільно циклічно розряджати/заряджати, оснащені системою керування акумуляторами (BMS). Дослідження продовжуються, включаючи оцінку ємності за допомогою електрохімічної імпедансної спектроскопії (EIS). Ця технологія розробляється для експрес-тестування широкого спектру акумуляторів, включаючи стартерні акумулятори на транспортних засобах.
Короткий зміст
Здається, що з моменту винаходу свинцево-кислотного акумулятора Гастоном Планте у 1859 році мало що змінилося. У нас навіть немає надійного методу вимірювання стану заряду, не кажучи вже про отримання точних оцінок ємності в рамках експрес-тестування. Простого вимірювання напруги та внутрішнього опору, як це робили раніше, більше недостатньо для оцінки стану заряду та ємності. Акумулятори покращилися та зберігають низький опір протягом усього терміну служби. Дослідницька група Cadex працює над кількома розробками, які зроблять продуктивність акумуляторів більш прозорою та підзвітною для користувача.
Зарядні пристрої Victron Energy
Високоякісні зарядні пристрої для довговічної служби та надійності роботи
Зарядний пристрій Victron Blue Smart IP22 Charger 12/30 (1)
Ідеально підходить для використання в майстернях, а також для заряджання акумуляторів автомобілів, мотоциклів, човнів та кемперів.
Купити
Зарядний пристрій Blue Smart IP65 Charger 12/15
Завдяки класу захисту IP65, пристрій стійкий до пилу та води, що робить його ідеальним для використання в суворих умовах.
Купити
Зарядний пристрій Victron Phoenix Smart IP43 Charger 12/30 (3) 120/240V
Оснащений Bluetooth-інтерфейсом для простого налаштування й моніторингу через додаток VictronConnect. Висока ефективність та надійність роблять його ідеальним рішенням для комерційних, промислових та морських застосувань.
Купити
