Як визначити термін, що залишився служби (залишковий ресурс) акумуляторної батареї (АКБ)?

1. Як визначити термін, що залишився служби АКБ виходячи з внутрішнього опору?
2. Стандарти перевірки акумуляторних батарей
3. висновки
4. Див. також:

Наши партнеры ArtmMisto

Щоб система безперебійного живлення не підвела в самий невідповідний момент, необхідно, щоб всі акумуляторні батареї були в робочому стані. Але як їх перевірити? Як переконатися, що встановлені АКБ ще не вичерпали свій залишковий ресурс? Як правильно оцінити їх залишився термін служби?

Строго кажучи, найправильніший відповідь питання, поставлене в такій формі - «ніяк». Жоден з приладів і методів не дозволяє дати точний прогноз того, скільки ще пропрацює батарея і в який саме момент вона вийде з ладу. Причому стосується це як обслуговуються батарей (хоча в їх відношенні діапазон заходів, що вживаються дещо ширше), так і необслуговуваних. При цьому по всьому світу обслуговуються батареї використовуються все менше, в той час як популярність необслуговуваних АКБ зростає практично в усіх областях застосування.

Методом повного заряду / розряду батареї можна визначити залишкову ємність акумулятора в ампер-годинах. Це достовірний метод, але навіть він при одноразовому проведенні не дасть інформації про те, скільки ще пропрацює батарея. Скласти прогноз «часу дожиття» можна тільки в тому випадку, якщо виміри проводяться на регулярній основі, їх результати зіставляються між собою - т. Е. Оцінюється динаміка змін. Однак повний заряд / розряд - процедура досить тривала, і проводити її регулярно (особливо при значній кількості батарей) навряд чи можливо.

Одноразовий короткостроковий тест тим більше не дає достовірної інформації про залишковий ресурс. Говорити про точне визначення залишкової ємності в цьому випадку взагалі не доводиться - надто різні існують варіанти акумуляторів, щоб існувала єдина методика визначення цього параметра. Можна виміряти напругу, але як зробити висновки на основі цих свідчень, якщо вже частково деградованих елемент видає таке ж напруга, що і сусідні? Виникає питання, чи можна взагалі що-небудь сказати про поточний стан АКБ за допомогою швидких вимірювань, або залишається примиритися з тим, що з часом, невідомо в який момент батарея вийде з ладу і її доведеться міняти? Але ж наслідки такої події можуть виявитися дуже важкими. Для ряду об'єктів: Цодов, підстанцій, аеропортів, підприємств нафтогазової галузі, енергетики, медичних установ та інших, робота яких повинна бути безперебійною - подібні аварії просто неприйнятні, їх необхідно запобігати, а не усувати наслідки.

Існує кілька базових стратегій в роботі з АКБ:

1. Міняти батарею тільки тоді, коли вона вийде з ладу або повністю втратить ємність. Кошти на перевірку стану батарей не витрачаються, проте весь ризик несприятливих наслідків у разі збою лягає на власника об'єкта або підприємства. Втрати від одного збою можуть багаторазово перевищити всю «економію» на тестуванні батарей.

2. Міняти батареї після закінчення певного часу експлуатації, незалежно від їх стану. Кошти на перевірочні заходи теж не витрачаються, проте залишається ризик збою, якщо батарея втратить робочі властивості раніше очікуваного терміну. Крім того, якісні батареї часто можуть працювати тривалий час і після того, як заявлений виробником термін служби (гарантійний період) минув. При такому підході навіть справні батареї будуть вилучатися з експлуатації, викликаючи невиправдане зростання витрат.

3. Проводити регулярне тестування АКБ, ідентифікуючи батареї, які демонструють початок деградації. Їм завчасно замовляється заміна, вона проводиться тоді, коли швидкість деградації збільшиться, але до настання збою справа не доходить.

Найбільш економічно доцільний підхід, який використовується сьогодні в Європі і США полягає в тому, щоб за допомогою тестів, які не займають багато часу і не вимагають великих витрат, регулярно (раз в квартал, півроку, рік) вимірювати доступні параметри, документувати результати, зіставляти їх і відслідковувати ситуацію в динаміці - кожен блок, кожну батарею. У цьому випадку уздовж будь-яких батарей можна помітити момент, коли почалася деградація. Поки процес розвивається повільно, за ним можна просто стежити, продовжуючи експлуатацію, і замінити АКБ тоді, коли свій основний ресурс вона виробила, але ще не прийшла в повну непридатність. Фактично, це скоріше організаційні заходи, ніж технічні - комплекс заходів, спрямований на максимально повне використання ресурсу батарей, при тому, що ризик аварій і, відповідно, негативних наслідків мінімізується.

Як визначити термін, що залишився служби АКБ виходячи з внутрішнього опору?

Деградації схильні до будь-батареї. Причини можуть бути різними (підвищені температури, витікання електроліту, сульфатация в результаті багаторазових перезаряджень, зниження навантаження і сіткова корозія - в залежності від типу і моделі АКБ), але в будь-якому випадку це відбивається на внутрішньому опорі елементів батареї. У штатно працюють батарей з часом через природного зносу внутрішній опір починає зростати. Коли відхилення від базового рівня перевищує 25%, батарею пора замінити (у деяких батарей пороговий рівень вище - відхилення порядку 50% - але краще перевірити це значення за специфікаціями виробника батареї). Істотне відхилення про норми в меншу сторону свідчить про явну несправності, таку батарею необхідно замінити незалежно від терміну її використання.

Строго кажучи, повний імпеданс включає в себе внутрішній опір, індуктивну і реактивну складову. Однак з технологічної точки зору для оцінки АКБ досить вимірювати лише активну складову - внутрішній опір адекватно відображає робочий стан батареї. Це цілком надійний індикатор деградації, до того ж на його вимір потрібно всього кілька секунд. Подібні тести не вимагають лабораторної точності, але важливо проводити їх регулярно і зіставляти результати, отримані в різний час. За цим критерієм можна швидко визначити, придатна батарея до подальшого використання чи ні. Для подібних вимірів існує не так багато приладів. Одні з найпопулярніших - сімейство тестерів акумуляторних батарей Fluke BT500 (Моделі BT510, BT520 і BT521).

Щоб виміряти внутрішній опір тут використовується 2 щупа. Прилади подають малий змінний струм, який має частоту 1000 Гц. Сила струму настільки мала, а частота підібрана таким чином, що вимір можна проводити прямо в ході навантаження, на живляться обладнання це ніяк не вплине. Можна проводити тести і без навантаження. Прилад проводить вимірювання напруги, проводить розрахунок опору і виводить результат на екран.

Оскільки внутрішній опір обчислюється в мілліомах, для вимірювання використовується 4-дротове підключення Кельвіна, в вітчизняної електротехнічної літературі більш відоме під назвою подвійного вимірювального моста Томсона. 4 точки підключення забезпечуються за рахунок конструкції щупів: кожен з них має двоконтактний наконечник, центральний контакт подпружинен і при натисканні утапливается всередину. В результаті кожен щуп стикається з поверхнею двома контактами, реалізуючи 4-дротову схему підключення і забезпечуючи більш точне вимірювання внутрішнього опору батареї.

Залежно від моделі приладу і доступних аксесуарів можливе одночасне визначення температури на негативної клеми акумуляторної батареї - для цього використовується виносної щуп BTL21 з вбудованим ІЧ-датчиком (див. Таблицю «Функції та аксесуари», комплектація залежить від моделі приладу). Всі вимірювання займає 4 секунди. Результати виводяться на ЖК-дисплей тестера, зберігаються в пам'яті для подальшого завантаження на ПК через порт USB і підготовки звіту за допомогою вхідного в комплект програмного забезпечення.

Тести проводяться швидко не тільки за рахунок швидкості вимірювання самого приладу, але і завдяки наявності зручних щупів, до яких передбачені подовжувачі різного розміру. Результати можна не просто зберігати (в тому числі автоматично), а й поділяти на групи відповідно до кількості блоків і батарей в них, щоб інформація була представлена ​​в чітко структурованому вигляді. Скріншот показує екран приладу при послідовному вимірі: три батареї з 32 вже протестовані, їх результати збережені, по четвертій виконуються вимірювання (результати на екрані) і будуть збережені після натискання кнопки Save, інші осередки порожні для наступних вимірювань.

Витрати часу на вимірювальні процедури для всіх 100% акумуляторних батарей на об'єкті не виходять за рамки розумного, в результаті зіставлення отриманих в різний час даних дозволить визначити, в яких батареях деградація тільки почалася, а в яких досягла рівня, коли їх необхідно замінити, не чекаючи фатального збою.

При масових вимірах наконечники щупів зношуються, але все компоненти та вимірювальні дроти можуть бути своєчасно замінені на аналогічні. Можна заміняти тільки наконечники з пружними контактами. При заміні тестового щупа необхідно провести калібрування нуля приладу, для цього в комплекті передбачена калібрувальна пластина (касета опорів). Операція виконується самим користувачем (на відміну від перевірки, яка виконується в сертифікованої організації. Прилади Fluke BT500 внесені до Державного реєстру засобів вимірювальної техніки, на них є методика повірки та сертифікати встановленого зразка. Міжповірочний інтервал - 1 рік).

Можна спочатку тримати в запасі додатковий комплект щупів, а також вимірювальні дроти для режиму мультиметра і (в залежності від моделі) струмові кліщі. Ці аксесуари дозволять доповнити вимірювання внутрішнього опору іншими тестовими функціями. Можлива оцінка струму пульсації (присутність змінної складової в постійній напрузі більше 5% може служити симптомом - високе значення пульсації призводить до перегріву і втрати енергії). Можна відстежувати падіння напруги при розряді (вимірювання проводяться багаторазово в ході процесу розрядки).

Порівняльні можливості тестерів АКБ серії Fluke BT 500

Функції та аксесуари

Fluke BT510

Fluke BT520

Fluke BT521

Вимірювання внутрішнього опору (активною складовою, мОм)

✓

✓

✓

Вимірювання напруги батареї

✓

✓

✓

Багаторазове вимірювання напруги в ході розрядки

✓

✓

✓

Вимірювання пульсуючого напруги (змінна складова в постійній напрузі)

✓

✓

✓

Температура негативного полюса АКБ

✓

режим мультиметра

✓

✓

✓

Режим одноразових і послідовних вимірювань

✓

✓

✓

Завдання порогових значень

✓

✓

✓

Функція автоматичного збереження вимірювань

✓

✓

✓

Перегляд пам'яті

✓

✓

✓

Безпровідний зв'язок

✓

Інтерактивний тестовий зонд BTL20 з ЖК-дисплеєм і динаміком, довгі і короткі подовжувачі, без датчика температури

✓

Інтерактивний тестовий зонд BTL21 з ЖК-дисплеєм і динаміком, довгі і короткі подовжувачі, ІК-датчик температури

✓

Струмові кліщі i420 змінного і постійного струму

✓

Калібрувальна пластина (касета опорів)

✓

✓

✓

Необхідно підкреслити - прилади Fluke BT500 не дають інформацію про залишкової ємності батарей, в результатах не фігурують ампер-години. Принципова позиція виробника полягає в тому, що точно визначити ємність можна тільки при повному заряді / розряді АКБ, а при швидкому вимірі точно зробити це можна в принципі, оскільки конструкції батарей і проходять в них фізико-хімічні процеси неоднакові. Внутрішній опір безпосередньо від залишкової ємності не залежить. Однак воно служить надійним критерієм, що дозволяє відрізнити батареї, придатні для подальшого використання, від тих, які необхідно замінити. При регулярному тестуванні ризик збою зводиться до мінімуму, а на об'єкті забезпечується безперебійне функціонування систем, в яких використовуються АКБ.

Стандарти перевірки акумуляторних батарей

Існує кілька стандартів, що регламентують процедури перевірки АКБ залежно від їх типу (IEEE 450 і IEEE тисяча сто вісімдесят вісім для стаціонарних свинцево-кислотних батарей, IEEE 1 106 для нікель-кадмієвих, є й інші), але в основних положеннях вони сходяться:

1. При першій установці батарей необхідно провести випробування на розряд (перевірка ємності батарей). Їх може виконувати виробник на виробничому майданчику, надаючи потім замовнику документацію, або приймальні випробування проводяться на об'єкті. Чим детальніше надасть інформацію по батареях виробник, тим краще - з цими даними можна буде зіставляти результати вимірювань, проведених на різних етапах експлуатації.

2. У той же період первісної установки проводиться тестування внутрішнього опору батарей, щоб визначити їх базові параметри. Дані фіксуються для кожної батареї, в кожному блоці, і зберігаються у вигляді зведених звітів для майбутнього зіставлення.

3. Процедури 1 і 2 необхідно повторювати не рідше 1 разу на 2 роки для більшості систем, які охоплюються гарантією - як правило, це одна з умов для продовження дії гарантії.

4. Для більшості АКБ тестування внутрішнього опору слід проводити не рідше, ніж раз на квартал. У деяких випадках, якщо так передбачено виробником, батареї перевіряються по річному циклу, але для більшості моделей і типів перевірка має квартальний графік. На об'єктах, робота яких особливо критична, може бути прийнятий свій внутрішній регламент, який передбачає тестування частіше, кожні 1-2 місяці.

5. У графіку перевірок враховується заявлений виробником повний термін служби батарей: вимірювання повинні проводитися як мінімум після закінчення кожних 25% терміну служби АКБ.

1. Якщо батарея виробила 85% від очікуваного терміну служби, необхідно не рідше разу на рік піддавати її випробування на залишкову ємність. З такою ж періодичністю тест необхідно проводити, якщо ємність впала нижче 90% від заявленого виробником рівня (або різниця в показаннях між попередніми вимірами склала більше 10%).

2. Якщо перевірка внутрішнього опору продемонструвала велику розбіжність з попередніми результатами вимірювань, рекомендується провести перевірку залишкової ємності. При різкому падінні внутрішнього опору або перевищенні базового значення більш ніж на 25% батарею слід замінити.

3. Результати вимірювань необхідно зберігати в чіткому, впорядкованому вигляді. За звітами відстежується стан кожної батареї, і якщо протягом останніх вимірювань вона демонструє ознаки прискореної деградації, АКБ підлягає заміні. Грамотне ведення звітів дозволяє заздалегідь замовити потрібні найменування в потрібній кількості, щоб зробити заміну вчасно.

висновки

За станом акумуляторних батарей необхідно стежити. Робити це швидко і при цьому отримувати змістовну інформацію про залишковий ресурс АКБ допоможуть спеціальні прилади, здатні вимірювати внутрішній опір, такі як сімейство тестерів Fluke BT500.

Див. також:

матеріал підготовлений
технічними фахівцями компанії "СвязКомплект".