Наша сеть партнеров Banwar
Опубліковано 18.09.2016 16:06 Abramova Olesya
Ємність є провідним індикатором працездатності акумулятора, але оцінити її "на льоту" досить складно. Традиційний цикл зарядка / розрядка / зарядка і раніше залишається найнадійнішим методом вимірювання ємності. Але в той час як невеликі портативні акумулятори можуть пройти таке тестування відносно швидко, для великих свинцево-кислотних моделей даний метод непрактичний.
SAE (від англ. Society of Automobile Engineers - Спільнота автомобільних інженерів) визначає емкостную характеристику тягово-стартерного акумулятора виходячи з поняття резервної ємності (англ. Reserve Capacity - RC). Резервна ємність відображає час роботи в хвилинах, яке здатний забезпечити акумулятор при розрядному струмі 25А. За стандартом DIN (від нім. Deutsches Institut für Normung - Німецький інститут по стандартизації) і IEC (від англ. Internacional Electrochemical Commission - Міжнародна електротехнічна комісія) стартерні акумулятори повинні маркуватися Ач при стандартному розрядному С-рейтингу 0,2 с (5-годинний розряд ). Тобто 60Аг акумулятор зможе 5 годин підтримувати розрядний струм значенням 12А. Не існує абсолютно точного способу перетворення резервної ємності в Ач, але найбільш поширеною формулою є поділ резервної ємності на 2 плюс 16. У спрощеному варіанті це просто поділ на 1,9.
метод розрядки
Можна було б припустити, що вимір ємності за допомогою розрядки є найбільш точним методом, але це не завжди так, особливо у випадку зі свинцево-кислотного електрохімічної системою . Навіть при використанні високоточного обладнання, регулювання температури навколишнього середовища і дотриманні всіма встановленими стандартами зарядки і розрядки, все одно будуть присутні відмінності між ідентичними тестами. Причини такої поведінки ще до кінця не з'ясовані, електрохімічні процеси всередині акумуляторів досить складні, маючи навіть деякий порівняльне схожість з процесами всередині нас, людей. Наприклад, наш рівень IQ варіюється в залежності від часу доби та інших умов, але пояснити це, і тим більше математично або фізично описати, неймовірно складно, якщо взагалі можливо. У той же час в порівнянні з свинцево-кислотними акумуляторами, версії на основі нікелю і літію мають більш стабільні розрядні результати.
В лабораторії компанії Cadex був перевірений 91 стартерний акумулятор з різним ступенем працездатності, і результат цього дослідження представлений на малюнку 1. Горизонтальна вісь X показує працездатність акумуляторів, а вертикальна вісь Y - їх ємність. Випробування проводилися відповідно до стандарту SAE J537, тобто застосовувалася повна зарядка і 24-годинний період спокою, після чого акумулятори розряджалися силою струму 25А до напруги 10,50В (1,75В на елемент). Отримані результати (Тест 1) на малюнку показані позначками у вигляді ромбів. Пізніше випробування повторили при аналогічних умовах, і їх результати (Тест 2) на малюнку показані у вигляді квадратів. І хоча між Тестом 1 і Тестом 2 пройшло всього лише кілька днів, отримані результати відрізняються на +/- 15%. У схожих випробуваннях інших компаній також спостерігаються подібні невідповідності.
Малюнок 1: Коливання ємності при двох однакових зарядних / розрядних випробуваннях 91 стартерного акумулятора. Отримані результати ємності в Тесті 1 і Тесті 2 мають відмінності в +/- 15%. Випробування проводили відповідно до SAE J537.
При оцінці результатів тестування акумулятора необхідно знати, яким саме методом дані результати були отримані. І якщо ми вже знаємо, що метод зарядки / розрядки має досить велику похибку, то і бути впевненим у відсутності таких же неточностей в нових технологіях тестування вже не доводиться. Адже справді, чи може метод, використання якого займає всього лише кілька секунд, повноцінно оцінити акумуляторну батарею?
Метод електрохімічного імпедансної спектроскопії
Технологія Spectro ™ від компанії Cadex використовує електрохімічний імпедансної спектроскопії (англ. Electrochemical Impedance Spectroscopy - EIS) для перевірки ступеня працездатності акумулятора протягом всього декількох секунд за допомогою процесу сканування. Даний метод поєднує в собі EIS з комплексним моделюванням, і здатний вимірювати ємність, пусковий струм і ступінь зарядженості акумулятора. Оцінювання проводиться за допомогою матриць, також відомих як переглядові таблиці. Ось як це працює:
Синусоїдальний сигнал з мінливою частотою і напругою в кілька мілівольт прикладається до досліджуваної акумуляторної батареї. Витягнутий сигнал, пройшовши через цифрову фільтрацію, формує графік Найквиста, на який накладаються графіки різних електрохімічних моделей. Spectro ™ відбирає найбільш відповідні зразки, відкидаючи все зайве. Комбінування отриманих даних потім зіставляє ключові параметри для оцінювання ємності і пускового струму. На малюнку 2 спрощено зображений даний процес.
Малюнок 2: Spectro ™ поєднує в собі електрохімічний імпедансної спектроскопії та комплексне моделювання для оцінки ємності акумулятора і вдосконалення вимірювань пускового струму. Синусоїдальний сигнал формує графік Найквиста; комбінування даних зіставляє значення ключових параметрів для оцінювання ємності і пускового струму.
Графік Найквиста (амплітудно-фазова частотна характеристика) був розроблений Гаррі Найквистом (1889-1976) під час його роботи в Лабораторії Белла (Bell Laboratories). Даний графік являє собою частотну характеристику, що відображає як і амплітуду, так і кут зсуву фаз, і все на одній діаграмі з використанням частоти як параметра. Горизонтальна вісь X графіка Найквиста розкриває реальний імпеданс, в той час як його вертикальна вісь Y являє собою уявний імпеданс. (Дивіться: Тестування акумуляторів на основі літію , Малюнок 3).
Ємність vs. Пусковий ток
У акумуляторів дві важливі характеристики - ємність і пусковий струм. Ці два параметри не пов'язані між собою, значення одного з них не підкаже значення іншого; кореляція між ними практично відсутній, за винятком, мабуть, тільки періоду закінчення терміну служби акумулятора. (Дивіться: Відстеження змін ємності і внутрішнього опору в плані моніторингу старіння акумулятора ).
Більшість швидкодіючих тестерів вимірюють внутрішній опір і дають лише наближене значення пускового струму. Зняття показника опору акумулятора є досить простим, але сама по собі ця характеристика не може передбачити ємність, і не може показати, коли акумулятор вже необхідно змінювати, так як дане стан найчастіше пов'язано з деградацією саме ємності. Більшість акумуляторів все ще здатні завести двигун з невеликою кількістю залишкової ємності, проблеми починаються тоді, коли вона опускається нижче 30 відсотків від номіналу.
Деякі акумуляторні тестери, в тому числі що використовують технологію Spectro ™, можуть сигналізувати про підвищений опір в разі перевищення знімаються омических показників, так як дана ситуація зазвичай має відношення до теплових пошкоджень. Робочий стартерний акумулятор має показник опору R1 еквівалентної схеми Рендл (дивіться зображення праворуч) не більш 10МОм. (Дивіться: Як виміряти внутрішній опір ). Якщо ж це опір перевищило нормальний рівень, це може свідчити про такі обставини:
R1 співвідноситься з опором електроліту, і на нього впливають пункти 1 і 2 зі списку вище. Пункти 3 і 6 пов'язані з контактним опором від зовнішніх затискачів до електродів, або від електродів до електроліту, що додається до опору R1. R2 являє собою опір переносу заряду, або швидкість, з якою електрони передаються від електродів до іонів в електроліті. Опір R2 стійко до зовнішнього впливу і має приймати більш низьке значення в порівнянні з R1.
Можливість поділу опору на окремі компоненти за схемою Рендл, як це робить технологія Spectro ™, дозволяє підвищити ефективність оцінки параметрів акумулятора, що призводить до зменшення випадків його передчасної заміни, особливо протягом гарантійного терміну. Індикація підвищеного опору дозволяє відрізняти акумулятор з низьким зарядом від примірників з реальними дефектами. Подібний тест може проводітсяь і при частковій ступеня зарядженості.
Автовласники можуть поцікавитися, наскільки ж точні вимірювання? Це залежить від акумулятора. Несправність може бути діагностована з упевненістю тільки в тому випадку, коли присутні явні симптоми. Новий акумулятор або той, який знаходився на зберіганні, навряд чи дасть точне значення оцінюваної ємності. Найкращі результати досягаються з екземплярами, які знаходяться в регулярній експлуатації. Точність вимірювань також залежить від якості використовуваних матриць (переглядових таблиць). (Дивіться BU-905: Тестування свинцево-кислотних акумуляторів ).
Хоча показники ємності та пускового струму завжди чітко позначені на акумуляторі, вони не завжди коректні. Пусковий струм деяких акумуляторів може бути вище або нижче зазначеного, одному виробникові відомо, чому так відбувається. Через високу вартість, тестування пускового струму при продажу рідко проводиться. Крім того, глубокоразрядние акумулятори в новому стані показують ємність нижче номінальної, що іноді стає причиною гарантійного повернення. Такий момент виникає через незавершеність формування акумулятора, і ємність стабілізується до номінальної вже в процесі експлуатації. (Дивіться BU-701: Нюанси використання обслуговуючого заряду для акумуляторних батарей ).
Останнє оновлення 2016-05-27
Адже справді, чи може метод, використання якого займає всього лише кілька секунд, повноцінно оцінити акумуляторну батарею?Автовласники можуть поцікавитися, наскільки ж точні вимірювання?