پایش دما در تست باتری: چرا به اندازه ولتاژ اهمیت دارد

مقاله

22 ژوئیه 2023

دما بر هر فرآیند درون باتری تأثیر می گذارد - از سرعت واکنش الکتروشیمیایی گرفته تا ویسکوزیته الکترولیت تا پایداری فیلم SEI. درک اثرات دما پیش نیاز تست و نگهداری موثر باتری است. این مقاله توضیح می دهد که چرا دما به اندازه ولتاژ توجه دارد.

چگونه دما بر باتری ها تأثیر می گذارد: از شیمی تا ظرفیت قابل استفاده

دما تأثیر جامعی بر عملکرد باتری دارد. تقریباً هر فرآیند داخلی - سرعت واکنش الکتروشیمیایی، ویسکوزیته الکترولیت، پایداری فیلم SEI - با دما کنترل می شود. درک این اثرات پیش نیاز تست و نگهداری صحیح باتری است.

در دماهای پایین (زیر 0 درجه سانتیگراد)، ظرفیت قابل استفاده به طور قابل توجهی کاهش می یابد. برای باتری های سرب اسیدی، در دمای 0 درجه سانتیگراد، ظرفیت قابل استفاده حدود 75٪ از ظرفیت است. در -10 درجه سانتیگراد، تقریبا 50٪؛ در -20 درجه سانتیگراد، احتمالاً فقط 30٪. این آسیب دائمی نیست - دمای پایین هدایت یونی الکترولیت را کاهش می دهد، سینتیک واکنش را کاهش می دهد و قطبش را افزایش می دهد و به طور موقت ظرفیت موجود را کاهش می دهد. ظرفیت با افزایش دما بهبود می یابد. با این حال، تخلیه جریان بالا در دمای پایین می تواند باعث کاهش سریع ولتاژ و خاموش شدن تجهیزات شود، حتی اگر ظرفیت باقیمانده باقی بماند.

در دماهای بالا (بالای 30 درجه سانتیگراد)، ظرفیت قابل استفاده به طور موقت افزایش می یابد (تقریباً 10٪ در هر 10 درجه سانتیگراد برای اسید سرب افزایش می یابد)، اما هزینه آن تسریع تخریب زندگی است. عمر شناور سرب-اسید در دمای 25 درجه سانتیگراد حدود 5-8 سال است. هر 10 درجه سانتی گراد افزایش می یابد تقریباً عمر باقی مانده را به نصف کاهش می دهد - در 35 درجه سانتی گراد، شاید تنها 2-4 سال باقی بماند. این به این دلیل است که دمای بالا باعث تسریع خوردگی شبکه و مصرف آب الکترولیت می شود. باتری‌های لیتیوم یونی به همان اندازه حساس هستند - دمای بالا تجزیه فیلم SEI و اکسیداسیون الکترولیت را تسریع می‌کند و باعث محو شدن سریع ظرفیت و افزایش سریع مقاومت داخلی می‌شود.

بنابراین، ارزش پایش دما در آزمایش باتری این است: نتایج تست گرفته شده در دماهای مختلف قابل مقایسه نیستند. بدون ثبت دمای محیط در طول آزمایش، تجزیه و تحلیل بعدی نمی تواند تعیین کند که آیا تغییرات مقاومت منعکس کننده پیری است یا صرفاً تغییرات دما. به عنوان مثال، مقاومت اندازه گیری شده در زمستان ممکن است بیشتر از تابستان باشد، نه به دلیل قدیمی شدن باتری، بلکه به دلیل سرد بودن آن.

جبران دما: مقایسه کردن داده ها در فصول

جبران دما یک فناوری کلیدی در تست باتری است. هدف آن حذف اثرات دما است تا بتوان داده های اندازه گیری شده در زمان های مختلف را با هم مقایسه کرد. اصل: از 25 درجه سانتی گراد به عنوان دمای مرجع استفاده کنید و نتایج را بر اساس انحراف از مرجع تصحیح کنید.

برای آزمایش مقاومت داخلی، روش جبرانی معمولی این است: هر 10 درجه انحراف از مرجع، قرائت را تقریباً 30٪ برای باتری های اسید سرب یا 15٪ برای لیتیوم یون تنظیم می کند. به عنوان مثال، مقاومت داخلی که در دمای 10 درجه سانتی گراد اندازه گیری می شود به عنوان 50 میلی اهم به حدود 35 میلی اهم در مرجع 25 درجه سانتی گراد می رسد. این امکان مقایسه مستقیم بین خواندن زمستان و تابستان را فراهم می کند.

برای تست ولتاژ، جبران دما به همان اندازه مهم است. ولتاژ مدار باز باتری نیز با دما متفاوت است - تقریباً 3 میلی ولت در هر 1 درجه سانتیگراد برای اسید سرب. بدون جبران، 12.6 ولت اندازه گیری شده در 5 درجه سانتی گراد و 12.6 ولت اندازه گیری شده در دمای 35 درجه سانتی گراد ممکن است با مقادیر SOC که بیش از 10٪ متفاوت است مطابقت داشته باشد.

PK59B شامل جبران دمای داخلی با سنسور دمای استاندارد برای اندازه گیری همزمان سطح باتری و دمای محیط است. تستر به طور خودکار خوانش ها را با استفاده از یک منحنی جبران از پیش تعیین شده تصحیح می کند - بدون نیاز به محاسبه دستی. در عمل، این به طور قابل توجهی تشخیص اشتباه ناشی از تغییرات دما را کاهش می دهد.

ناهنجاری های دما: یک سیگنال هشدار زودتر از مقاومت

در فرآیند خرابی باتری، ناهنجاری های دما اغلب قبل از افزایش مقاومت داخلی یا کاهش قابل مشاهده ظرفیت ظاهر می شوند. تشخیص زودهنگام ناهنجاری های دما می تواند از بسیاری از تلفات جلوگیری کند.

الگوهای ناهنجاری دمای معمولی عبارتند از: یک سلول در یک رشته به طور قابل توجهی گرمتر از سایرین در طول شارژ می شود (پیشنهاد سولفاتاسیون کوتاه یا شدید داخلی). کل رشته ای که در طول شارژ شناور به طور مداوم گرم می شود (پیشنهاد می کند که ولتاژ شناور خیلی بالا تنظیم شده است). بازیابی آهسته دما پس از تخلیه (که نشان دهنده امپدانس داخلی بیش از حد است). اگر بتوان این ناهنجاری های دما را زود تشخیص داد، می توان اقدامات اصلاحی را قبل از شکست فاجعه بار - فرار حرارتی یا کاهش ظرفیت به صفر - انجام داد.

روش تشخیص بستگی به پیکربندی تجهیزات دارد. ساده‌ترین روش، یک تستر باتری با قابلیت دما (مانند PK59B) است که دما را در کنار هر تست مقاومت داخلی ثبت می‌کند. پیشرفته تر، یک سیستم پایش دما آنلاین با حسگرهای روی هر سلول است که داده ها به طور مداوم در میزبان نظارت بارگذاری می شوند. برای اکثر سایت های مخابراتی و UPS، آزمایش دوره ای دما همراه با تست مقاومت داخلی برای تشخیص بیشتر ناهنجاری های دما کافی است.

نقاط تمرین میدانی برای تست دما

آزمایش دما ساده به نظر می رسد اما دارای جزئیات عملیاتی است که قابل توجه است. اول: کجا اندازه گیری شود. توزیع دما در یک باتری یکنواخت نیست - پایانه ها و اتصالات به دلیل گرم شدن ژول از مقاومت تماس گرمتر از بدنه هستند. بنابراین، در بدنه باتری (وسط پوسته) به عنوان مرجع اولیه، با دمای پایانه به عنوان ثانویه اندازه گیری کنید. اگر دمای انتهایی بیش از 10 درجه سانتیگراد از دمای بدن بیشتر شود، اتصالات احتمالا شل شده و نیاز به سفت شدن دارند.

دوم: چه زمانی اندازه گیری شود. دمای باتری در هنگام شارژ و همچنین در هنگام تخلیه افزایش می یابد و در حالت استراحت به تدریج به محیط باز می گردد. برای مقایسه در بین آزمایش‌ها، دما را در یک نقطه ثابت در چرخه آزمایش ثبت کنید - به عنوان مثال، همیشه در طول شارژ شناور پایدار یا همیشه در پایان تخلیه. اگر نقاط اندازه گیری متفاوت باشد، تجزیه و تحلیل داده های دما دشوار می شود.

سوم: چگونگی تفسیر. یک خواندن دما تنها لحظه اندازه گیری را منعکس می کند و باید با دمای محیط مقایسه شود. اگر دمای بدن باتری بیش از 5 درجه سانتیگراد از محیط بیشتر شود، حتی اگر دمای مطلق همچنان پایین باشد، گرمای داخلی غیرعادی رخ می دهد. اگر دمای سلول در یک رشته بیش از 3 درجه سانتیگراد متفاوت باشد، ناهماهنگی سلول وجود دارد.

توصیه عملی: ادغام دما در ارزیابی سلامت باتری

برای تیم های تعمیر و نگهداری، آزمایش دما را در روش های نگهداری باتری موجود ادغام کنید. تیم های دارای PK59A می توانند یک دماسنج مادون قرمز را به عنوان مکمل دما اضافه کنند. تیم های دارای PK59B مستقیماً از سنسور استاندارد استفاده می کنند. صرف نظر از ابزار، کلید ثبت دما در کنار هر آزمایش است.

برای خریداران در مناطقی با تغییرات دمایی وسیع (مناطق گرمسیری، مناطق معتدل با چهار فصل متمایز)، مدل‌های دارای قابلیت تست دما (PK59B) را در اولویت قرار دهید. داده های دما از دست رفته به طور چشمگیری قابلیت تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش را کاهش می دهد - شما ممکن است زمان و تلاش مشابهی را در آزمایش صرف کنید اما نمی توانید تعیین کنید که آیا نتایج بدون شرایط دمایی طبیعی هستند یا خیر.

با نگاهی به آینده، تعمیر و نگهداری باتری به سمت ارزیابی جامع چند پارامتری - مقاومت داخلی، ولتاژ، دما، تاریخچه شارژ-دشارژ، و شرایط محیطی که از طریق تجزیه و تحلیل داده‌ها ترکیب شده‌اند تا یک امتیاز سلامت باتری ترکیبی ایجاد کنند، در حال تکامل است. دما یک پارامتر ضروری در این سیستم است. View the Battery Test Instruments Collection