Растущая зависимость от литий-ионных батарей требует совершенствования диагностики их «здоровья». Для это используется множество методов тестирования: от простого измерения напряжения до электрохимической импедансной спектроскопии.
Промышленная литий-ионная батарея похожа на живой организм, состояние здоровья которого нельзя точно измерить, а можно только примерно оценить на основе симптомов. При этом придется проводить много тестов, применять правило исключения, учитывать химический состав ячеек. Кроме того, важно получать надежные результаты даже в условиях низкого заряда. Качественный литиевый аккумулятор, заряженный лишь частично, ведет себя так же, как и полностью заряженный. При диагностике «здоровья» аккумуляторной батареи используются, в первую очередь, следующие три статических показателя:
- емкость – от нее зависит запас электрической энергии;
- внутреннее сопротивление – оно связано с отдачей тока;
- саморазряд – он отражает механическую целостность.
В дополнение к статическим показателям, при диагностике учитываются различные состояния заряда (SoC) и динамические показатели, влияющие на производительность. Одни лишь цифровые измерения не отражают всей картины. Чтобы точно предсказать окончание срока службы литий-ионной батареи, обязательно нужно изучать химические симптомы. Следует также учитывать, что отрицательные температуры замедляют химические реакции и влияют на точность тестирования.
Распространенные методы проверки литиевых батарей
- Измерение напряжения. Выполняется оценка состояния заряда (SoC) в разомкнутой цепи. Само по себе напряжение не дает возможности оценить состояние здоровья (SoH) аккумулятора. Температура и активные материалы способны вызывать небольшие колебания напряжения.
- Выполнение цикла «заряд-разряд-заряд» со считыванием емкости. Этот метод рекомендуется для маленьких элементов питания. При этом можно получить точные показания и откалибровать батарею, чтобы исправить ошибки отслеживания.
- Измерение внутреннего сопротивления. Сопротивление аккумулятора возрастает при коррозии, механических дефектах. Эти аномалии указывают на окончание срока службы, однако часто высокое сопротивление не взаимосвязано с низкой емкостью.
- Проверка с помощью платы BMS. Обычно плата управления оценивает SoC путем мониторинга напряжения, тока и температуры.
- Экспресс-тестирование. Измеряется значение проводимости. В определенное время батарея активируется импульсами для наблюдения за потоком ионов, а также сканируется на нескольких частотах. Данный метод требует сложного программного обеспечения, учета химического состава ячеек.
- Проверка кулонометром. Подсчет кулонов при полной зарядной емкости (FCC), которая связана с состоянием заряда (SoH). Данный метод не очень подходит для аккумуляторов с химсоставом LiFePO4 из-за более высокого саморазряда.
- Тестирование зарядным устройством с технологией RAC (Read-and-Charge). SoC определяется с помощью специального алгоритма, а затем подсчитывается количество кулонов до полной зарядки.
- Проверка индикатором состояния жизни (SOLI). Подсчитывается общее число кулонов, которые аккумулятор способен отдать за все время службы. Оценка состояния производится в процентах, где 100% – новая, не использованная батарея, а 0% – хлам.
Неожиданный выход аккумуляторов из строя может скоро остаться в прошлом. Новые микроконтроллеры с искусственным интеллектом значительно расширили возможности тестирования. Литий-ионные батареи становятся все более надежным, безопасным и экономичным источником энергии для электрического транспорта, промышленного оборудования, автономных зданий.