Test vybíjení baterie: Průvodce

Nejjednodušší způsob, jak odhadnout úroveň nabití baterie, je podle napětí na jejích svorkách. Udělá to jakýkoli voltmetr, ale výsledek bude s největší pravděpodobností nepřesný. Měření bude ovlivněno stavem materiálů buňky a teplotou buňky. Největší chyba nastane ihned po vybití nebo nabití. Nabíječka nebo zátěž uvede baterii ze stabilního stavu, napětí se zkreslí a již nebude přesně odpovídat nabití.

Dlouho trvá, než se baterie vrátí do klidového stavu. Aby bylo zajištěno, že napětí přesně odráží skutečný stav nabití, musí být baterie ponechána nezatížená po dobu nejméně čtyř hodin. Výrobci olověných akumulátorů doporučují je před testováním skladovat 24 hodin. Tak dlouhá doba nečinnosti není pro fungující baterii vhodná.

Olověné baterie mají různé konstrukce a chemické složení desek. Také je třeba je vzít v úvahu při posuzování nabití baterie pomocí voltmetru. Například přísady vápníku, které činí baterii nenáročnou na údržbu, zvyšují napětí o 5-8%. A napětí AGM baterií je obvykle vyšší než u baterií s tekutým elektrolytem.

Povrchový náboj je navíc zavádějící a způsobuje, že napětí bezprostředně po nabití je vyšší než normálně. Proto, aby se snížila chyba, je před měřením celá zátěž odpojena od baterie a vybíjena malým proudem po dobu několika minut. Nakonec je napětí ovlivněno okolní teplotou. V teplé místnosti nebo horkém klimatu se zvyšuje, ve studeném se snižuje.

Každý typ baterie má svou vlastní jedinečnou křivku vybíjení. U olověných akumulátorů má výrazný sklon, takže napětí víceméně přesně odpovídá stavu akumulátoru. U Li-manganových, LiFePo4 a NMC baterií zůstává napětí konstantní, dokud se baterie nevybije na 80 procent své jmenovité kapacity. Vybíjecí křivka těchto baterií probíhá po celou dobu provozu horizontálně a pak náhle končí. Pro zdroj energie je tato charakteristika nejvhodnější, ale v tomto případě je téměř nemožné posoudit stav baterie podle napětí. Napětí ukazuje pouze celkové nabití a vybití, ale nezvýrazňuje důležitou střední část grafu.

I přes nepřesnosti je nabití baterií nejčastěji určováno napětím. A aby se snížila chyba, moderní zařízení používají období odpojené zátěže pro samočinné ladění a „učení“.

Hydrometr

U olověných akumulátorů s kapalným elektrolytem lze náboj určit pomocí hustoměru. Princip činnosti tohoto zařízení je založen na skutečnosti, že během nabíjení se zvyšuje koncentrace kyseliny sírové a zvyšuje se hustota elektrolytu. Při vybíjení kyselina sírová interaguje s deskami baterie, vytváří na jejich povrchu síran olovnatý a jeho koncentrace v elektrolytu klesá. Hustota elektrolytu se v tomto stavu blíží hustotě vody.

Hustota elektrolytu, náboj a napětí pro startovací baterie.

Normy definují hustotu elektrolytu pro plně nabitou startovací olověnou baterii jako 1,265. Kvůli zvýšení účinnosti ji však výrobci baterií někdy zvyšují na 1,280 XNUMX nebo vyšší. Nabití takové baterie, získané ze standardní tabulky, se ukazuje být lepší, než ve skutečnosti je. Navíc v důsledku zvýšené hustoty elektrolytu narůstá koroze a snižuje se životnost baterie.

Stav hustoměru ovlivňuje nejen stav baterie a koncentrace kyseliny, ale také hladina elektrolytu v článku baterie. Při odpařování vody klesá elektrolyt, zvyšuje se koncentrace kyseliny sírové a hustoměr ukazuje vyšší hodnotu. Naopak přeplněná baterie má nižší hustotu elektrolytu.

Pokud elektrolyt v článcích proudí v téměř nesmíchaných vrstvách, pak se o takové baterii říká, že je stratifikovaná. V tomto případě budou údaje hustoměru také nepřesné, protože nejlehčí vrstva bude stoupat k povrchu a nejtěžší budou klesat blíže ke dnu.

Hustota elektrolytu je u různých typů baterií různá. U baterií s hlubokým cyklem se maximální měrná energie získá při hustotě 1,330. Letecké baterie mají hustotu až 1,285 a trakční baterie vysokozdvižných vozíků mají hustotu asi 1,280. Startovací baterie mají nižší hustotu – 1,265. Nejnižší hustota elektrolytu je u baterií určených pro vyrovnávací provoz – asi 1,225.

Nízké koncentrace kyseliny sírové snižují korozi a prodlužují životnost baterie, ale snižují specifickou energii nebo kapacitu. Vysoká uměle zvyšuje napětí naprázdno a vede k nesprávnému určení stavu pomocí hustoměru nebo voltmetru. Neexistují však žádné absolutně správné hodnoty hustoty. Takže stejný model baterií s hlubokým cyklem v plně nabitém stavu může mít hustotu 1,277 – 1,305 a ve zcela vybitém stavu 1,097 – 1,201.

Teplota je dalším faktorem, který ovlivňuje hustotu elektrolytu. Čím nižší je teplota, tím je elektrolyt hustší. Tabulka 3 ukazuje závislost hustoty elektrolytu hluboko vybité baterie na teplotě

Hustoměr ukáže nabití baterie přesněji, pokud hustotu změříte ne ihned po nabití, vybití nebo přidání vody do baterie, ale až po nějaké době.

Měřič ampérhodin

Profesionální přenosná zařízení, notebooky a lékařské vybavení určují náboj pomocí coulometrů, které měří vstupní a výstupní proud baterie. Protože používají ampérsekundu (As) jako jednotku měření, coulometry se také nazývají ampérhodiny. Coulometry byly pojmenovány po Charlesi-Augustinovi de Coulomb, který v 18. století objevil zákon interakce mezi dvěma stacionárními elektrickými náboji.

Amperometry měří náboj přesněji než voltmetry a hustoměry. Nepočítají však se ztrátou energie – baterie si vždy uloží méně ampérhodin, než přijme během nabíjení. Lithiové baterie mají vyšší coulombickou účinnost a nižší míru samovybíjení, takže ampérhodiny fungují obzvláště dobře s tímto typem baterie.

Modré moře 1830	Sterling Power PMP1
Maximální naměřené napětí, V	70	199
Maximální měřený proud, A	500	199
Shunt	500A/50mV	200A/100mV
Počet připojených baterií	3	4
Měření napětí baterie, ks.	3	4
Měření proudu baterie, ks.	1	4
Měření nabití baterie, ks.	1	1
Relé	Vysoké a nízké napětí, vysoký proud, nízká baterie	–
Připojení	Negativní vodič	Kladný nebo záporný vodič

Moderní coulometry zohledňují samovybíjení v důsledku stárnutí baterie a změn okolní teploty. Některé modely však vyžadují pravidelnou kalibraci, aby „digitální baterie“ v jejich paměti odpovídala skutečné „chemické baterii“.

Kalibrace je eliminována pomocí „učícího se“ algoritmu, který vypočítává, kolik energie baterie vydala během předchozího vybíjecího cyklu. Jiná zařízení navíc řídí dobu nabíjení, protože se předpokládá, že baterie, která ztratila kapacitu, se nabije rychleji než dobrá.

Impedanční spektroskopie

Impedanční spektroskopie je další způsob, jak určit nabití baterie. Tato technologie není nová, ale její vývoj donedávna brzdila velikost zařízení a jejich vysoká cena.

Podstata metody je následující. Tester snímá baterii nízkoamplitudovým elektrickým signálem o frekvenci 20 – 2000 Hz. Výsledná odezva je měřena a zpracovávána procesorem, který vytváří „portrét“ baterie. Závislost elektrochemické impedance baterie na frekvenci signálu umožňuje studovat různé vlastnosti baterie a poskytnout údaje o její kapacitě, proudu studeného startu a stavu nabití do 15 sekund

Impedanční spektroskopie je vhodná pro práci s bateriemi při konstantní zátěži několika desítek ampér. Polarizační napětí a povrchový náboj v tomto případě neovlivňují údaje zařízení, protože stav nabití baterie se měří bez ohledu na napětí. Tato metoda pomáhá odlišit normální baterii s nízkou úrovní nabití od vadné baterie.

Impedanční spektroskopie se používá k určení stavu nabití nových baterií s dobře známou konstantní kapacitou. Měření lze provádět pod zátěží, ale baterii nelze během testu nabíjet.

Položit otázku,

a nechte si poradit ohledně elektrického vybavení pro loď, jachtu, obytný vůz nebo karavan

Důležité parametry, které je třeba sledovat u každé baterie i u celé baterie jako celku, jsou: napětí jednotlivé baterie, teplota v bateriovém prostoru, celkové nabíjecí napětí baterie, vnitřní odpor baterie a u servisovaných baterií hustota elektrolytu. Nejdůležitějším parametrem baterie je však množství energie, kterou dokáže uložit a v případě potřeby dodat určitému zařízení nebo mechanismu pro určité potřeby, neboli jinými slovy kapacita baterie.

Jak tedy určíte kapacitu baterie a celé baterie v bateriovém obvodu? Jediný spolehlivý způsob, jak ji určit, je SKUTEČNÁ KAPACITA baterie – provedení zkušebního vybití baterie.

Podstata kontrolního vybíjení spočívá v tom, že k plnému obvodu baterie musí být připojen zátěžový blok, který bude baterii postupně vybíjet a tím zaznamenávat její kapacitu. Na zátěžovém bloku je nutné nastavit vybíjecí proud v ampérech a čas v minutách. V případě, že byla baterie právě zakoupena (k uvedení do provozu), bude doba vybíjení nastavena na sto procent časové hodnoty deklarované výrobcem.

Jednoduchý a srozumitelný příklad: pokud má baterie kapacitu 50A*h a je zvolen desetihodinový režim vybíjení, pak proud desetihodinového vybíjení bude 5A a nastavíme ho na zátěžový blok a doba bude 600 minut. Tento příklad však slouží pouze pro srozumitelný popis a neslouží jako metodický návod k použití, protože doba vybíjení a proud se volí na základě konstrukce a vlastností každé baterie. Výrobce obvykle dodává tabulku s výběrem doby vybíjení a proudů. Pokud se kontrolní vybíjení provádí na baterii, která již byla uvedena do provozu, pak se proud nastaví jako při uvedení do provozu, ale doba se zvolí jako 0.8 sta procent doby, která byla při uvedení do provozu. Opět na příkladu baterie s kapacitou 50A*h bude proud 5A, ale doba je již 480 minut. To se provádí proto, aby nedošlo k přetížení baterie, protože baterie se považuje za vhodnou k použití, pokud během provozu poskytuje 80 % jmenovité kapacity deklarované výrobcem. Závěrem je, že baterie má 80 % kapacity, což je dostatečné k napájení potřebného zařízení.

Doba, po které by se mělo provádět kontrolní vybíjení servisovaných baterií, je jednou za 1-3 let (pro včasnou diagnostiku poklesu kapacity baterie se však doporučuje provádět kontrolní vybíjení jednou za 5 roky) a u bezúdržbové baterie jednou za 1 roky.

Při provádění kontrolního vybíjení je nutné sledovat napětí každé baterie v obvodu, protože je nepřijatelné, aby napětí na bateriovém prvku kleslo pod:

• s pětiminutovým až dvouhodinovým vybíjením až do hodnoty 1.75 V/článek;
• po dobu tří až deseti hodin až do hodnoty 1.80 V/článek.

Na základě toho je nutné na zátěžovém bloku nastavit „stop napětí“, minimální celkovou hodnotu napětí všech prvků v obvodu baterie, při které se vybíjení zastaví. Nastavuje se na základě doby trvání vybíjení a počtu všech prvků v obvodu baterie. Například, pokud je v obvodu deset šestivoltových baterií a vybíjení trvá jednu hodinu, pak bude stop napětí: 3 * 10 * 1.75 = 52.5 V. Pokud vybíjení trvá tři hodiny nebo déle, pak bude stop napětí: 3 * 10 * 1.80 = 54 V. Když napětí na baterii klesne na tyto hodnoty, zařízení by se mělo vypnout a regulační vybíjení se zastaví.

Optimální doba pro provedení kontrolního vybíjení je 10hodinové kontrolní vybíjení, protože baterie budou uvolňovat energii postupně a napětí každé baterie se snáze měří a včas si všimne, na kterém prvku začíná klesat. Napětí na každé baterii je nutné měřit každou půlhodinu a v poslední hodině vybíjení každých 15 minut.

Blok zátěže také zobrazí celkové napětí baterie v daném časovém úseku (od začátku do konce kontrolního vybíjení bude zařízení zobrazovat hodnoty napětí celé baterie).

Na zátěžovém bloku by mělo být tlačítko ručního zastavení, kterým lze kdykoli zastavit kontrolní vybíjení. Jelikož celkové napětí na všech bateriích v obvodu nemusí klesnout na zastavovací napětí, ale osoba, která vybíjení provedla, může zjistit, že napětí na některé baterii kleslo na hodnotu (u 2V baterií – 1.8V, 6V – 5.4V a u 12V 10,8V), nebo hustota baterií v obsluhované baterii klesla na nepřijatelné hodnoty, je nutné kontrolní vybíjení zastavit.

Při provádění kontrolního vybíjení je nutné vyplnit protokol kontrolního vybíjení baterie, aby bylo možné během provozu porovnat a vyvodit závěr o tom, jak se konkrétní baterie v daném čase chovala. Moderní zatěžovací bloky ukládají do paměti grafy kontrolního vybíjení a úbytku napětí na celé baterii, aby bylo možné vidět, jak se baterie jako celek chovala během kontrolních vybíjení v konkrétním roce provozu.

Jak provést kontrolní vybití baterie?

Jedním z nejdůležitějších kritérií pro připojení zátěžového bloku k baterii je dodržení polarity baterie a bloku.

Na základě parametrů, kterými musí být nakládací jednotka vybavena, můžeme usoudit, že optimální možností pro provádění kontrolních výbojů je nakládací jednotka Kongter k-900.

Monitoruje všechny potřebné parametry baterie, přenáší je do digitálního modulu a ukládá data o vybíjení na USB zařízení. Po kontrolním vybití lze data stáhnout do osobního počítače a analyzovat, jak se baterie chovala v daném časovém období. K zařízení lze také objednat požadovaný počet CDL modulů, které budou měřit napětí každé baterie a výsledky přenášet do digitálního modulu, což výrazně usnadní práci osobě provádějící kontrolní vybíjení baterie, protože nebude muset neustále měřit prvky baterie, ale bude pouze sledovat jejich hodnoty na digitálním modulu a při poklesu napětí pod povolenou úroveň jednoduše vypnout zátěž. Hodnota napětí každé baterie se také ukládá a lze ji přenést do počítače za účelem vyhodnocení, jak se ta či ona baterie chovala při předchozích vybíjeních.

Každý CDL modul je schopen registrovat napětí až 12 článků libovolného typu baterie (1,2 V, 2 V, 6 V a 12 V). Má bezdrátové spojení s hlavní jednotkou K-900 a osobním počítačem. Pro pokrytí větších baterií lze počet zařízení CDL snadno zvýšit.

Připojení modulu CDL:

K jednomu CDL rekordéru lze připojit až 12 bateriových článků s napětím 1,2 V, 2 V, 6 V nebo 12 V.