Как определить остаточную емкость аккумулятора: Как определить оставшийся срок службы (остаточный ресурс) аккумуляторной батареи (АКБ)?

Как определить оставшийся срок службы (остаточный ресурс) аккумуляторной батареи (АКБ)?

Чтобы система бесперебойного питания не подвела в самый неподходящий момент, необходимо, чтобы все аккумуляторные батареи были в рабочем состоянии. Но как их проверить? Как убедиться, что установленные АКБ ещё не исчерпали свой остаточный ресурс? Как правильно оценить их оставшийся срок службы?

Строго говоря, самый правильный ответ вопрос, поставленный в такой форме – «никак». Ни один из приборов и методов не позволяет дать точный прогноз того, сколько еще проработает батарея и в какой именно момент она выйдет из строя. Причем касается это как обслуживаемых батарей (хотя в их отношении диапазон принимаемых мер несколько шире), так и необслуживаемых. При этом по всему миру обслуживаемые батареи используются все меньше, в то время как популярность необслуживаемых АКБ растет практически во всех областях применения.

Методом полного заряда/разряда батареи можно определить остаточную емкость аккумулятора в ампер-часах. Это достоверный метод, но даже он при однократном проведении не даст информации о том, сколько еще проработает батарея. Составить прогноз «времени дожития» можно только в том случае, если измерения проводятся на регулярной основе, их результаты сопоставляются между собой – т. е. оценивается

динамика изменений. Однако полный заряд/разряд – процедура весьма продолжительная, и проводить ее регулярно (особенно при значительном количестве батарей) вряд ли возможно.

Однократный краткосрочный тест тем более не дает достоверной информации об остаточном ресурсе. Говорить о точном определении остаточной емкости в этом случае вообще не приходится – слишком разные существуют варианты аккумуляторов, чтобы существовала единая методика определения этого параметра. Можно измерить напряжение, но как сделать выводы на основе этих показаний, если уже частично деградировавший элемент выдает такое же напряжение, что и соседние? Возникает вопрос, можно ли вообще что-либо сказать о текущем состоянии АКБ при помощи быстрых измерений, или остается примириться с тем, что со временем, неизвестно в какой момент батарея выйдет из строя и ее придется менять? А ведь последствия такого события могут оказаться очень тяжелыми.

Для ряда объектов: ЦОДов, подстанций, аэропортов, предприятий нефтегазовой отрасли, энергетики, медицинских учреждений и других, работа которых должна быть бесперебойной – подобные аварии просто неприемлемы, их необходимо предотвращать, а не устранять последствия.

Существует несколько базовых стратегий в работе с АКБ:

1. Менять батарею только тогда, когда она выйдет из строя или полностью утратит емкость. Средства на проверку состояния батарей не затрачиваются, однако весь риск неблагоприятных последствий в случае сбоя ложится на владельца объекта или предприятия. Потери от одного сбоя могут многократно превысить всю «экономию» на тестировании батарей.

2. Менять батареи по истечении определенного времени эксплуатации, независимо от их состояния. Средства на проверочные мероприятия также не затрачиваются, однако остается риск сбоя, если батарея утратит рабочие свойства раньше ожидаемого срока. Кроме того, качественные батареи часто могут работать продолжительное время и после того, как заявленный производителем срок службы (гарантийный период) истек. При таком подходе даже исправные батареи будут изыматься из эксплуатации, вызывая неоправданный рост расходов.

3. Проводить регулярное тестирование АКБ, идентифицируя батареи, которые демонстрируют начало деградации. Им заблаговременно заказывается замена, она производится тогда, когда скорость деградации увеличится, но до наступления сбоя дело не доходит.

Наиболее экономически целесообразный подход, используемый сегодня в Европе и США состоит в том, чтобы при помощи тестов, не занимающих много времени и не требующих больших затрат, регулярно (раз в квартал, полгода, год) измерять доступные параметры, документировать результаты, сопоставлять их и отслеживать ситуацию в динамике – каждый блок, каждую батарею. В этом случае по любой из батарей можно заметить момент, когда началась деградация. Пока процесс развивается медленно, за ним можно просто следить, продолжая эксплуатацию, и заменить АКБ тогда, когда свой основной ресурс она выработала, но еще не пришла в полную негодность.

Фактически, это скорее организационные меры, чем технические – комплекс мероприятий, нацеленный на максимально полное использование ресурса батарей, при том, что риск аварий и, соответственно, негативных последствий минимизируется.

Как определить оставшийся срок службы АКБ исходя из внутреннего сопротивления?

Деградации подвержены любые батареи. Причины могут быть разными (повышенные температуры, истечение электролита, сульфатация в результате многократных перезарядок, понижение нагрузки и сеточная коррозия – в зависимости от типа и модели АКБ), но в любом случае это отражается на внутреннем сопротивлении элементов батареи. У штатно работающих батарей со временем из-за естественного износа внутреннее сопротивление начинает расти. Когда отклонение от базового уровня превышает 25%, батарею пора заменить (у некоторых батарей пороговый уровень выше – отклонение порядка 50% – но лучше проверить это значение по спецификациям производителя батареи). Существенное отклонение об нормы в меньшую сторону свидетельствует о явной неисправности, такую батарею необходимо заменить независимо от срока ее использования.

Строго говоря, полный импеданс включает в себя внутреннее сопротивление, индуктивную и реактивную составляющую. Однако с технологической точки зрения для оценки АКБ достаточно измерять только активную составляющую – внутреннее сопротивление адекватно отражает рабочее состояние батареи. Это вполне надежный индикатор деградации, к тому же на его измерение требуется всего несколько секунд. Подобные тесты не требуют лабораторной точности, но важно проводить их регулярно и сопоставлять результаты, полученные в разное время. По этому критерию можно быстро определить, годна батарея к дальнейшему использованию или нет. Для подобных измерений существует не так много приборов. Одни из самых популярных – семейство тестеров аккумуляторных батарей Fluke BT500 (модели BT510, BT520 и BT521).

Чтобы измерить внутреннее сопротивление тут используется 2 щупа. Приборы подают малый переменный ток, имеющий частоту 1000 Гц. Сила тока настолько мала, а частота подобрана таким образом, что измерение можно проводить прямо в ходе нагрузки, на запитываемое оборудование это никак не повлияет.

Можно проводить тесты и без нагрузки. Прибор проводит измерение напряжения, производит расчет сопротивления и выводит результат на экран.

Поскольку внутреннее сопротивление исчисляется в миллиомах, для измерения используется 4-проводное подключение Кельвина, в отечественной электротехнической литературе более известное под названием двойного измерительного моста Томсона. 4 точки подключения обеспечиваются за счет конструкции щупов: каждый из них имеет двухконтактный наконечник, центральный контакт подпружинен и при надавливании утапливается внутрь. В результате каждый щуп соприкасается с поверхностью двумя контактами, реализуя 4-проводную схему подключения и обеспечивая более точное измерение внутреннего сопротивления батареи.

В зависимости от модели прибора и доступных аксессуаров возможно одновременное определение температуры на отрицательной клемме аккумуляторной батареи – для этого используется выносной щуп BTL21 со встроенным ИК-датчиком (см. таблицу «Функции и аксессуары», комплектация зависит от модели прибора).

Все измерение занимает 4 секунды. Результаты выводятся на ЖК-дисплей тестера, сохраняются в памяти для последующей загрузки на ПК через порт USB и подготовки отчета при помощи входящего в комплект программного обеспечения.

Тесты проводятся быстро не только за счет скорости измерения самого прибора, но и благодаря наличию удобных щупов, к которым предусмотрены удлинители различного размера. Результаты можно не просто сохранять (в том числе автоматически), но и подразделять на группы в соответствии с количеством блоков и батарей в них, чтобы информация была представлена в четко структурированном виде. Скриншот показывает экран прибора при последовательном измерении: три батареи из 32 уже протестированы, их результаты сохранены, по четвертой выполняются измерения (результаты на экране) и будут сохранены по нажатию кнопки

Save, остальные ячейки пусты для последующих измерений.

Затраты времени на измерительные процедуры для всех 100% аккумуляторных батарей на объекте не выходят за рамки разумного, в результате сопоставление полученных в разное время данных позволит определить, в каких батареях деградация только началась, а в каких достигла уровня, когда их необходимо заменить, не дожидаясь фатального сбоя.

При массовых измерениях наконечники щупов изнашиваются, но все компоненты и измерительные провода могут быть своевременно заменены на аналогичные. Можно заменять только наконечники с подпружиненными контактами. При замене тестового щупа необходимо провести калибровку нуля прибора, для этого в комплекте предусмотрена калибровочная пластина (кассета сопротивлений). Операция выполняется самим пользователем (в отличие от поверки, которая выполняется в сертифицированной организации. Приборы Fluke BT500 внесены в Государственный реестр средств измерений, на них есть методика поверки и сертификаты установленного образца. Межповерочный интервал – 1 год).

 

Можно изначально держать в запасе дополнительный комплект щупов, а также измерительные провода для режима мультиметра и (в зависимости от модели) токовые клещи. Эти аксессуары позволят дополнить измерения внутреннего сопротивления другими тестовыми функциями. Возможна оценка тока пульсации (присутствие переменной составляющей в постоянном напряжении более 5% может служить симптомом – высокое значение пульсации приводит к перегреву и потере энергии). Можно отслеживать падение напряжения при разряде (измерения проводятся многократно в ходе процесса разрядки).

Сравнительные возможности тестеров АКБ серии Fluke BT 500

 

Функции и аксессуары	Fluke BT510	Fluke BT520	Fluke BT521
Измерение внутреннего сопротивления (активной составляющей, мОм)	✓	✓	✓
Измерение напряжения батареи	✓	✓	✓
Многократное измерение напряжения в ходе разрядки	✓	✓	✓
Измерение пульсирующего напряжения (переменная составляющая в постоянном напряжении)	✓	✓	✓
Температура отрицательного полюса АКБ			✓
Режим мультиметра	✓	✓	✓
Режим однократных и последовательных измерений	✓	✓	✓
Задание пороговых значений	✓	✓	✓
Функция автоматического сохранения измерений	✓	✓	✓
Просмотр памяти	✓	✓	✓
Беспроводная связь			✓
Интерактивный тестовый зонд BTL20 с ЖК-дисплеем и динамиком, длинные и короткие удлинители, без датчика температуры		✓
Интерактивный тестовый зонд BTL21 с ЖК-дисплеем и динамиком, длинные и короткие удлинители, ИК-датчик температуры			✓
Токовые клещи i420 переменного и постоянного тока			✓
Калибровочная пластина (кассета сопротивлений)	✓	✓	✓

Необходимо подчеркнуть – приборы Fluke BT500 не дают информацию об остаточной емкости батарей, в результатах не фигурируют ампер-часы. Принципиальная позиция производителя состоит в том, что точно определить емкость можно только при полном заряде/разряде АКБ, а при быстром измерении точно сделать это нельзя в принципе, поскольку конструкции батарей и проходящие в них физико-химические процессы неодинаковы. Внутреннее сопротивление напрямую от остаточной емкости не зависит. Однако оно служит надежным критерием, позволяющим отличить батареи, годные к дальнейшему использованию, от тех, которые необходимо заменить. При регулярном тестировании риск сбоя сводится к минимуму, а на объекте обеспечивается бесперебойное функционирование систем, в которых используются АКБ.

Стандарты проверки аккумуляторных батарей

Существует несколько стандартов, регламентирующих процедуры проверки АКБ в зависимости от их типа (IEEE 450 и IEEE 1188 для стационарных свинцово-кислотных батарей, IEEE 1106 для никель-кадмиевых, есть и другие), но в основных положениях они сходятся:

1. При первоначальной установке батарей необходимо произвести испытания на разряд (проверка емкости батарей). Их может выполнять изготовитель на производственной площадке, предоставляя затем заказчику документацию, либо приемочные испытания проводятся на объекте. Чем детальнее предоставит информацию по батареям производитель, тем лучше – с этими данными можно будет сопоставлять результаты измерений, проведенных на различных этапах эксплуатации.

2. В тот же период первоначальной установки проводится тестирование внутреннего сопротивления батарей, чтобы определить их базовые параметры. Данные фиксируются для каждой батареи, в каждом блоке, и хранятся в виде сводных отчетов для будущего сопоставления.

3. Процедуры 1 и 2 необходимо повторять не реже 1 раза в 2 года для большинства систем, охватываемых гарантией – как правило, это одно из условий для продолжения действия гарантии.

4. Для большинства АКБ тестирование внутреннего сопротивления следует проводить не реже, чем раз в квартал. В некоторых случаях, если так предусмотрено производителем, батареи проверяются по годичному циклу, но для большинства моделей и типов проверка имеет квартальный график. На объектах, работа которых особо критична, может быть принят свой внутренний регламент, предусматривающий тестирование чаще, каждые 1-2 месяца.

5. В графике проверок учитывается заявленный производителем полный срок службы батарей: измерения должны проводиться как минимум по истечении каждых 25% срока службы АКБ.

6. Если батарея выработала 85% от ожидаемого срока службы, необходимо не реже раза в год подвергать ее испытанию на остаточную емкость. С такой же периодичностью тест необходимо проводить, если емкость упала ниже 90% от заявленного производителем уровня (или разница в показаниях между предыдущими измерениями составила более 10%).

7. Если проверка внутреннего сопротивления продемонстрировала большое расхождение с предыдущими результатами измерений, рекомендуется провести проверку остаточной емкости. При резком падении внутреннего сопротивления или превышении базового значения более чем на 25% батарею следует заменить.

8. Результаты измерений необходимо сохранять в четком, упорядоченном виде. По отчетам отслеживается состояние каждой батареи, и если на протяжении последних измерений она демонстрирует признаки ускоряющейся деградации, АКБ подлежит замене. Грамотное ведение отчетов позволяет заранее заказать нужные наименования в нужном количестве, чтобы произвести замену вовремя.

Выводы

За состоянием аккумуляторных батарей необходимо следить. Делать это быстро и при этом получать содержательную информацию об остаточном ресурсе АКБ помогут специальные приборы, способные измерять внутреннее сопротивление, такие как семейство тестеров Fluke BT500.

См. также:

• Приборы для проверки аккумуляторных батарей

Анализаторы и тестеры аккумуляторных батарей

Блоки нагрузки для аккумуляторных батарей

Кулон – тестеры / индикаторы емкости свинцовых аккумуляторов

Локализатор повреждения в системах постоянного тока

Материал подготовлен
техническими специалистами компании “СвязКомплект”.

Подпишитесь на рассылку новых материалов!

Имя

E-mail *

Согласие на отправку персональных данных *

* — Обязательное для заполнения

См. также:

формула расчёта ёмкости аккумуляторной батареи

ProAkkym.ru » Автомобильные

Необходимость рассчитать ёмкость аккумулятора возникает у разных категорий людей. В первую очередь это касается автомобилистов, ведь это важный параметр машины. Так как устройство имеет свойство портиться, его свойства через какое-то время могут измениться. Большую роль это играет в случаях приобретения автомобиля с пробегом — неизвестно, насколько честен продавец. После аварии запчасти вполне могли быть заменены.

Содержание

1. Расчёт ёмкости и мощности
2. Контроль саморазряда
3. Опыт пользователей

Расчёт ёмкости и мощности

Количество энергии, находящееся в батарее, называют её ёмкостью. Для измерения используют такие единицы:

• ампер-час;
• миллиампер-час.

Различаются они только точностью измерения. Например, ёмкость аккумулятора в тысячу миллиампер-час проработает с силой тока в тысячу миллиампер один час, а с показаниями в сто миллиампер — целых 10. Амперы — обобщающая единица, которая включает в себя 1 тыс. частей с приставкой «милли».

Есть два метода измерения ёмкости:

• Для того чтобы вычислить ёмкость аккумулятора, нужно понять принцип действий. Сначала нужно полностью зарядить устройство, а затем измерить время разряда. Ёмкость — произведение часов на силу тока. Это не очень удобный метод для батарейки, ведь после такого эксперимента её можно будет только утилизировать.
• Есть и другой способ. Нужно собрать схему, которая разрядит резистор до напряжения в один вольт, силу тока можно посчитать по формуле напряжения, делённого на сопротивление. Чтобы точно измерить время, можно подключить часы, которые перестанут работать при достижении порогового напряжения. Предварительно следует установить их на нулевую отметку. А также следует включить твердотельное реле, которое защитит устройство от полного разряда путём его отключения. Произойдёт это также при достижении минимально допустимого показателя вольт.

Рассчитать мощность аккумулятора можно при помощи той же формулы, однако напряжение и силу тока надо будет знать наверняка. Соберите цепь, включив в неё амперметр и вольтметр. Необходимо просто перемножить показания приборов. Если вольтметра нет, то можно обойтись значениями сопротивления. В таком случае мощность равна квадрату количества ампер, умноженному на число Ом.

Если отсутствует амперметр, то нужно число, измеренное вольтметром, умножить само на себя, а после поделить на сопротивление. Мощность в физическом смысле — это соотношение совершаемой работы на единицу времени.

Контроль саморазряда

Каждый аккумулятор неизбежно теряет заряд. Для контроля расхода ампер часов аккумулятора расчёты обязательно необходимы. Сначала нужно вычислить энергию, которая хранится в накопителе на момент полного заряда. Делать это придётся сразу же после отключения аккумулятора от сети.

Затем нужно оставить его где-то на месяц, а после повторить действия. Если сроки не терпят, то можно подождать всего неделю, а результат умножить на четыре. Нормальными значениями расхода для среднего устройства считается десятая часть от полной ёмкости в неделю либо четыре таких части в месяц.

Если энергия теряется слишком быстро, то следует разобраться с причинами неисправности. Она может быть связана с большими показателями сопротивления. Чтобы снизить значение Ом в сети, надо заменить стальную пружину — держатель аккумулятора. Если шунтировать элемент медным проводом, то это должно изменить ситуацию. Иначе нужно задуматься о полной замене устройства на новое.

Опыт пользователей

Аккумуляторные проблемы волновали меня ещё два года назад, когда у меня не было прав. Сначала никак не мог определить его ёмкость, потом разобрался. В учебном заведении предложили заняться проектом на свободную тему. Я решил изучить соответствие параметров, указанных на батарейках разных производителей, с их реальными характеристиками. Занимался этим как хобби, делал все ради интереса. Не думал, что это пригодится потом, когда я начну водить.

Конечно, я больше не разряжаю аккумуляторы полностью, пользуюсь более совершенными методами. Всегда включаю в сеть твердотельное реле, чтобы не было нужды разрежать накопитель полностью.

Александр Казаков

Это простая процедура, ведь формула ёмкости аккумулятора изучается ещё в восьмом классе. Конечно, не все в школьные годы любят физику и полагают, что она никак не пригодится им в жизни. Но большинство парней, да и девушек тоже, затем садится за руль. При вождении и уходе за автомобилем важно понимать основы механики и электричества, поэтому пренебрегать физикой не стоит. Но кто-то просто забывает полученные знания либо не может применить их на практике.

Впрочем, формулу силы тока иногда знают даже те, кто не учился в школе: I = U/R. Когда этот параметр известен, достаточно умножить его на время работы.

Виктор Шкурапетов

Всегда выполняю измерения, пользуясь полным разрядом. Считаю, что это единственный метод, который даёт достоверный результат, так что рекомендую только его. Конечно, иногда неудобно несколько часов заряжать устройство, в особенности — с большой ёмкостью, как в автомобилях. Однако альтернативы все равно не вижу. Тем более машина — механизм, за исправностью которого нужно внимательно следить. Никто не захотел бы остаться без света ламп ночью или в туман, ведь этому человеку пришлось бы дожидаться либо утра, либо помощи братьев-автомобилистов. Оба варианта — не очень приятное времяпрепровождение.

Андрей Колегов

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Все о расчете оставшейся емкости аккумулятора

Использование системы очистки, роботов, военной техники и медицинского оборудования оказалось полезным в современную эпоху. Кроме того, было обнаружено, что измерительные инструменты, такие как портативные устройства (например, универсальный макияж), соответствуют тенденции развития. Тем не менее, большого развития не было замечено, потому что все портативные устройства должны питаться от батареи

Можно сказать, что батарея является самой сложной частью цепочки поставок, когда необходимо предсказать оставшееся время работы устройства. система. В результате постоянного увеличения количества портативных приложений возникает необходимость в выполнении более важных операций, таких как использование мобильного телефона для управления счетами; медицинское оборудование должно быть полностью развернуто для мониторинга основных данных

 

Методы контроля емкости аккумулятора

В настоящее время используются два типа методов контроля. Первый тип основан на интеграле тока (интегрировании тока), а второй тип основан на измерении напряжения. Первое основано на здравой идее, которая подразумевает, что всякий раз, когда батарея полностью заряжена, возникает поток разрядки. В этом случае можно получить величину остаточной мощности. Текущий метод интеграции работает очень хорошо, когда батарея только что перезаряжена и известно, что она полностью заряжена.

Этот метод успешно используется во многих текущих процессах мониторинга батарей.

 

Слабость контроля емкости батареи через интеграл тока

Важно подчеркнуть, что этот метод так или иначе ограничен. Одним из его слабых мест является неработоспособность аккумулятора в режиме использования. Всякий раз, когда батарея не использовалась в течение нескольких дней после зарядки или если несколько циклов перезарядки и разрядки не были полностью заряжены, саморазряд, вызванный внутренней химической реакцией, становится очевидным. Поскольку способов или методов саморазряда не существует, то лучший способ исправить это — использовать предопределенное уравнение. Различные модели аккумуляторов имеют разную скорость саморазряда в зависимости от состояния зарядки (SOC), температуры, истории циклов заряда/разряда аккумулятора и других факторов. Создание точной модели саморазряда требует значительного времени для сбора данных, хотя это и не гарантирует точность результатов.

Еще одна проблема с этим методом заключается в том, что можно обновить значение общей мощности только тогда, когда он полностью разряжен сразу после полной зарядки. Если количество полных разрядов в течение срока службы батареи недостаточно, реальная емкость батареи может начать значительно снижаться до того, как прибор обновит фактическое значение батареи. Следовательно, это приводит к тому, что мониторинг завышает количество энергии, доступной во время этих циклов.

Даже если заряд батареи обновляется при заданной температуре и скорости разряда, доступная мощность будет изменяться при изменении скорости разряда и температуры.

 

Контроль остаточной емкости по напряжению

Одним из первых методов является метод, основанный на напряжении. Нужно только измерить напряжение между двумя уровнями батареи. Метод основан на известной зависимости между напряжением батареи и оставшимся зарядом. Выглядит проще, но имеет массу сложностей в процессе мониторинга. Простая связь между напряжением батареи и мощностью присутствует только тогда, когда во время измерения не применяется нагрузка. При приложении нагрузки (это происходит в большинстве случаев, когда пользователя интересует емкость), напряжение батареи искажается из-за перепада давления, вызванного внутренним сопротивлением батареи. Кроме того, даже если нагрузка снята, процесс релаксации, происходящий на аккумуляторе, может вызвать непрерывное изменение напряжения в течение нескольких часов. В результате нескольких причин метод коррекции падения давления, основанный на знании импеданса аккумулятора, является по-прежнему проблематично

1. Химическая реакция и изменение напряжения батареи

2. Сложная электрохимическая реакция самой батареи вызывает переходную реакцию напряжения.

3. Первичные этапы переноса заряда с электродов литий-ионного аккумулятора (этапы других аккумуляторов аналогичны).

Заряд должен сначала пройти через электрохимически активный материал (анод или катод), запасающий энергию в виде электронов, которая сохраняется в электролите в виде ионов после достижения поверхности частицы. Эти химические этапы связаны с постоянной времени реакции батареи на напряжение.

Напряжение батареи со временем будет уменьшаться с разной скоростью и постепенно увеличиваться после снятия нагрузки. Релаксация напряжения литий-ионной батареи после приложения нагрузки при различных состояниях зарядки.

Зная погрешность контроля батареи по напряжению, мы предполагаем, что напряжение нагрузки можно скорректировать, вычитая падение давления IR, а затем получая текущий SOC за счет использования скорректированного значения напряжения. Первая проблема, с которой нужно столкнуться, заключается в том, что значение R зависит от SOC. Если использовать среднее значение, то в почти полностью разряженном состоянии (в это время импеданс более чем в десять раз превышает состояние заряженного). Оценка ошибки SOC будет достигать 100%. Одним из способов решения этой проблемы является использование нескольких вольтметров на основе SOC при разных нагрузках. Импеданс также в значительной степени зависит от температуры (температура при снижении на 10°С, импеданс увеличивается в 1,5 раза). Это взаимодействие необходимо занести в таблицу, а это крайне усложняет процесс расчета.

Характеристика аккумулятора неустойчива. Следствием этого является то, что эффективное значение R зависит от времени нагрузки, и очевидно, что мы можем рассматривать внутренний импеданс как омическое сопротивление без учета фактора времени. Это связано с тем, что даже если в вольтметре учитывать соотношение R и Soc, изменение нагрузки приведет к серьезной погрешности. Поскольку наклон функции SOC (V) зависит от SOC, диапазон переходных ошибок изменяется от 50 % в состоянии разряда до 14 % в процессе заряда.

Изменение импеданса между разными батареями усложняет ситуацию. Даже недавно произведенные батареи будут иметь низкочастотные изменения сопротивления постоянного тока ± 15%, что имеет большое значение для коррекции напряжения при высокой нагрузке. Например, в случае обычного тока заряда и разряда 1/2с, типичный импеданс постоянного тока батареи емкостью 2 Ач составляет около 0,15 Ом, в худшем случае разница напряжения между батареями составит 45 мВ, а соответствующая ошибка оценки SOC составляет 20%.

Наконец, когда батарея стареет, возникает проблема максимального импеданса. Общеизвестно, что прирост импеданса значительно ниже, чем у батареи. Типичная литий-ионная батарея имеет 70 зарядов и цикл разрядки, полное сопротивление постоянному току будет увеличено на один раз, а тот же цикл нулевой нагрузки снизится только на 2% ~ 3%.

Алгоритм, основанный на напряжении, кажется, хорошо работает для нового аккумуляторного блока, но если вышеуказанные факторы не принимаются во внимание, генерируется фатальная ошибка (50 %), когда аккумуляторный блок достигает 15 % срока службы (т. примерно 500 циклов зарядки и разрядки).

 

Мониторинг батареи: метод тока и метод напряжения

Компания TI использует потенциал метода тока и метода напряжения при создании алгоритма мониторинга мощности следующего поколения. Компания осторожно рассмотрела эту кажущуюся естественной, но применявшуюся до сих пор схему: комбинирование методов тока и напряжения для использования наиболее известного метода в различных ситуациях. В результате точной корреляции между напряжением холостого хода и SOC этот метод может обеспечить правильную оценку SOC без нагрузки и источника питания в состоянии релаксации. Кроме того, метод также позволяет удобно находить точное «начальное положение» Soc, используя период нерабочего состояния (у любого устройства с батарейным питанием будет рабочий период). Этот метод избавляет от необходимости коррекции саморазряда при отсутствии рабочего периода, так как устройство может распознавать точный SOC при подключении. Когда устройство находится в рабочем режиме и батарея заряжена, альтернативно используется текущий метод интеграции. Метод не требует сложной и неточной компенсации падения давления под нагрузкой, так как число кулонов-метров (счетчик кулонов) отслеживает изменение SOC с самого начала процесса.

 

Можно ли также использовать этот метод для полного обновления начислений?

Да! Метод можно использовать для обновления заряда. В зависимости от процента SOC, использованного до нагрузки, SOC после нагрузки (оба получены путем измерения напряжения в состоянии релаксации) и количества заряда, переданного между ними. Таким образом, можно легко определить полную мощность, которая соответствует изменению SOC в случае конкретного изменения заряда. Однако этого можно добиться, несмотря на объем передачи и начальные условия (без полной зарядки).

Это устраняет необходимость обновления заряда по некоторым особым соображениям. Таким образом, это помогает смягчить еще одну слабость текущего алгоритма интеграции. Этот метод не только предлагает решение проблем SOC, но также позволяет избежать влияния импеданса батареи и используется для достижения других целей. Этот метод позволяет обновить общее количество энергии, соответствующее состоянию «без нагрузки», например, максимально возможный заряд, который можно использовать. В результате уменьшения IR мощность при нулевой нагрузке также уменьшится, а время достижения конечного значения напряжения при возникновении нагрузки уменьшится. Если зависимость импеданса между SOC и температурой известна, можно определить, когда напряжение на клеммах может быть достигнуто при наблюдаемой нагрузке и температуре, на основе простой модели.

Тем не менее, как упоминалось ранее, импеданс зависит от батареи и быстро увеличивается по мере старения батареи и увеличения времени зарядки и разрядки. Поэтому хранение его в базе данных не имеет значения. Пытаясь найти решение этой проблемы, TI разработала тип ИС, который может выполнять измерение импеданса в реальном времени, а измерение в реальном времени может поддерживать постоянное обновление базы данных. Это предлагает решение различий между импедансом батареи и старением батареи. Постоянное обновление данных об импедансе позволяет точно прогнозировать ситуацию с напряжением при заданной нагрузке.

В нескольких сценариях этот метод можно использовать для облегчения снижения расчетной частоты ошибок потребления электроэнергии до уровня менее 1% и, что наиболее важно, для достижения высокой точности на протяжении всего жизненного цикла батареи.

Еще одним преимуществом адаптивного алгоритма является Plug and Play. При реализации алгоритма нет необходимости описывать зависимость между импедансом и Soc и температурой базы данных, поскольку эти данные будут получены путем измерения в реальном времени. База данных для коррекции саморазряда больше не нужна, но по-прежнему необходимо определить базу данных напряжений холостого хода и зависимостей SOC (включая температуру).

Однако это соотношение определяется химическими свойствами положительной и отрицательной полярной системы, а не конкретными конструктивными факторами модели батареи (например, электролитом, сепаратором, толщиной активного материала и добавкой). Поскольку большинство производителей аккумуляторов используют одни и те же активные материалы (LiCoO2 и графит), их отношения V (soc,t) одинаковы.

Всякий раз, когда сравниваются напряжения аккумуляторов разных производителей, особенно в случаях нулевой нагрузки, можно сделать вывод, что их значение напряжения очень близко к отклонению в 5 мВ. Также в наихудшем сценарии ошибка SOC составляет всего 1,5%. Разработка нового аккумулятора требует создания новой базы данных, в отличие от сотен баз данных, которые сейчас используются для разных моделей аккумуляторов. Это обеспечивает реализацию решения Power Meter на разных устройствах, а база данных не зависит от используемых батарей. Не нужно перепрограммировать даже аккумуляторы разных производителей. Таким образом, реализация точности и надежности IC Plug and Play для мониторинга батареи также улучшилась соответственно.

Калькулятор емкости батареи

Создано Bogna Szyk

Отзыв от Małgorzata Koperska, MD и Steven Wooding

Последнее обновление: 04 марта 2023 г.

Формула емкости аккумулятора

Как рассчитать ампер-часы?

Калькулятор емкости батареи: расширенный режим

Часто задаваемые вопросы

Если вы хотите преобразовать ампер-часы в ватт-часы или найти C-скорость батареи, попробуйте этот калькулятор емкости батареи. Это удобный инструмент, который поможет вам понять, сколько энергии хранится в аккумуляторе вашего смартфона или дрона.

Кроме того, он предоставляет вам пошаговые инструкции о том, как рассчитать ампер-часы и ватт-часы, так что вы тоже сможете выполнить все эти расчеты самостоятельно!

Хотите знать, как долго ваше электрическое устройство будет работать от этой батареи? Проверьте калькулятор срока службы батареи или калькулятор размера батареи!

Что такое ампер-часы батареи?

Основной функцией батареи является накопление энергии. Мы обычно измеряем эту энергию в ватт-часов , что соответствует одному ватту мощности, поддерживаемой в течение одного часа.

Если мы хотим рассчитать, сколько энергии, другими словами, сколько ватт-часов хранится в батарее, нам нужна информация об электрическом заряде в батарее. Это значение обычно выражается в ампер-часов – ампер (единицы электрического тока), умноженные на часы (единицы времени) – см. калькулятор часов.

Формула емкости аккумулятора

Как вы помните из нашей статьи о законе Ома, мощность P электрического устройства равно напряжению V , умноженному на ток I :

P = V × I

Поскольку энергия E равна мощности P

0 времени 3 14

0 умноженному на Чтобы найти запасенную в батарее энергию, нам нужно умножить обе части уравнения на время:

E = V × I × T

Надеюсь, вы помните, что ампер-часы являются мерой электрического заряда Q (емкость аккумулятора). Таким образом, окончательная версия формула емкости аккумулятора выглядит так:

E = V × Q ,

где:

• E – Энергия, запасенная в аккумуляторе, выраженная в ватт-часах;
• В – Напряжение аккумулятора; и
• Q – Емкость аккумулятора, измеренная в ампер-часах.

Как рассчитать ампер-часы?

Предположим, вы хотите узнать емкость вашей батареи , зная ее напряжение и запасенная в нем энергия.

1. Запишите напряжение . В этом примере мы возьмем стандартную батарею на 12 В.

2. Выберите количество энергии, хранящейся в аккумуляторе. Допустим, это 26,4 Втч.

3. Введите эти числа в соответствующие поля калькулятора ампер-часов батареи. Он использует формулу, упомянутую выше:

   Е = V × Q

   Q = E / V = ​​26,4 / 12 = 2,2 Ач

4. Емкость аккумулятора равна 2,2 Ач .

Калькулятор емкости аккумулятора: расширенный режим

Если открыть расширенный режим этого калькулятора емкости аккумулятора, можно рассчитать три других параметра аккумулятора.

1. C-рейтинг аккумулятора. C-rate используется для описания скорости зарядки и разрядки аккумулятора. Например, аккумулятору 1С требуется один час при 100 А, чтобы нагрузить 100 Ач. Аккумулятору 2C потребуется всего полчаса, чтобы зарядить 100 Ач, а аккумулятору 0,5C — два часа.

2. Ток разряда. Это ток I , используемый для зарядки или разрядки аккумулятора. Он связан с C-rate следующим уравнением:

   I = C-скорость × Q

3. Время работы на полную мощность. Это просто время t , необходимое для полной зарядки или разрядки аккумулятора при использовании тока разряда, измеряемое в минутах. Вы можете рассчитать это как t = 1/C .

Часто задаваемые вопросы

Какова емкость аккумулятора?

Емкость батареи говорит нам, каково общее количество электроэнергии , произведенной электрохимическими реакциями в батарее. Мы обычно выражаем его в ватт-часов или ампер-часов . Например, батарея 50 Ач может обеспечить ток 1 ампер в течение 50 часов или 5 ампер в течение 10 часов .

Сколько времени требуется для полной зарядки аккумулятора емкостью 200 Ач?

5 часов , при условии, что у вас есть автомобильный аккумулятор 12 В 200 Ач и скорость зарядки 0,2C. Чтобы найти:

1. Рассчитайте емкость вашей батареи: Q = 12 В × 200 Ач = 2400 Втч.
2. Рассчитайте время работы до полной мощности: t = 1/0,2 = 5 часов или 300 минут.

Какие факторы влияют на емкость аккумулятора?

Факторы, влияющие на емкость аккумулятора — это ток разрядки , внутреннее сопротивление, состояние заряда и температура . У выше ток разряда и температура во время зарядки и работы, у короче срок службы батареи.

Как измерить емкость батареи?

Чтобы измерить емкость батареи , используйте следующие методы:

1. Подключите батарею к нагрузке постоянного тока I .
2. Измерить время T требуется для разрядки аккумулятора до определенного напряжения.
3. Рассчитайте емкость в ампер-часах: Q = I×T .

Или:

1. Сделайте то же самое, но используйте нагрузку постоянной мощности P .
2. Рассчитайте мощность в ватт-часах: Q = P×T.

Что такое рейтинг C батареи?

Рейтинг C определяет скорость разряда батареи . У выше скорость разряда (т. е. более высокий рейтинг C), снижает общую емкость батареи. Например, если у вас есть батарея 60 Ач с номиналом 1C , это означает, что она способна непрерывно отдавать 60 А тока в течение 1 часа.