22 lipca 2023 r
Temperatura wpływa na każdy proces zachodzący w akumulatorze — od szybkości reakcji elektrochemicznej, przez lepkość elektrolitu, po stabilność filmu SEI. Zrozumienie wpływu temperatury jest warunkiem wstępnym skutecznego testowania i konserwacji akumulatorów. W tym artykule wyjaśniono, dlaczego temperatura zasługuje na taką samą uwagę jak napięcie.
Temperatura ma kompleksowy wpływ na wydajność baterii. Prawie każdy proces wewnętrzny — szybkość reakcji elektrochemicznej, lepkość elektrolitu, stabilność filmu SEI — jest kontrolowany temperaturą. Zrozumienie tych efektów jest warunkiem prawidłowego testowania i konserwacji akumulatorów.
W niskich temperaturach (poniżej 0°C) pojemność użytkowa znacznie spada. W przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych pojemność użytkowa w temperaturze 0°C wynosi około 75% pojemności znamionowej; w -10°C, około 50%; przy -20°C, ewentualnie tylko 30%. Nie jest to uszkodzenie trwałe — niska temperatura zmniejsza przewodność jonową elektrolitu, spowalnia kinetykę reakcji i zwiększa polaryzację, tymczasowo zmniejszając dostępną pojemność. Pojemność odzyskuje się wraz ze wzrostem temperatury. Jednakże wyładowanie wysokoprądowe w niskiej temperaturze może spowodować szybki spadek napięcia i spowodować wyłączenie sprzętu, nawet jeśli pojemność resztkowa pozostaje.
W wysokich temperaturach (powyżej 30°C) pojemność użytkowa chwilowo wzrasta (około 10% na wzrost o 10°C w przypadku kwasu ołowiowego), ale kosztem jest przyspieszona degradacja żywotności. Żywotność pływaka kwasowo-ołowiowego w temperaturze 25°C wynosi około 5-8 lat; każde 10°C wzrostu skraca mniej więcej połowę pozostałego życia – w temperaturze 35°C pozostaną być może tylko 2-4 lata. Dzieje się tak, ponieważ wysoka temperatura przyspiesza korozję siatki i zużycie wody elektrolitowej. Baterie litowo-jonowe są równie wrażliwe — wysoka temperatura przyspiesza rozkład warstwy SEI i utlenianie elektrolitu, powodując przyspieszony spadek pojemności i szybki wzrost rezystancji wewnętrznej.
Dlatego wartość monitorowania temperatury podczas testowania akumulatorów jest następująca: wyniki testów przeprowadzonych w różnych temperaturach nie są porównywalne. Bez zarejestrowania temperatury otoczenia podczas testowania, późniejsza analiza nie będzie w stanie określić, czy zmiany rezystancji odzwierciedlają starzenie się, czy jedynie zmianę temperatury. Na przykład rezystancja zmierzona zimą może być wyższa niż latem, nie dlatego, że akumulator się zestarzał, ale dlatego, że było zimno.
Kompensacja temperatury jest kluczową technologią w testowaniu akumulatorów. Jego celem jest wyeliminowanie wpływu temperatury, aby można było porównać dane zmierzone w różnych momentach. Zasada: jako temperaturę odniesienia należy przyjąć temperaturę 25°C i korygować wyniki w oparciu o odchylenie od wartości odniesienia.
W przypadku wewnętrznego pomiaru rezystancji typowa metoda kompensacji jest następująca: każde odchylenie o 10°C od wartości odniesienia koryguje odczyt o około 30% w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych lub o 15% w przypadku akumulatorów litowo-jonowych. Na przykład rezystancja wewnętrzna mierzona w temperaturze 10°C jako 50 mΩ jest korygowana do około 35 mΩ przy temperaturze odniesienia 25°C. Umożliwia to bezpośrednie porównanie odczytów zimowych i letnich.
W przypadku testów napięciowych równie ważna jest kompensacja temperatury. Napięcie jałowego akumulatora zmienia się również w zależności od temperatury — w przypadku kwasu ołowiowego wynosi około 3 mV na 1°C. Bez kompensacji napięcie 12,6 V mierzone w temperaturze 5°C i 12,6 V mierzone w temperaturze 35°C może odpowiadać wartościom SOC różniącym się o więcej niż 10%.
PK59B posiada wbudowaną kompensację temperatury ze standardowym czujnikiem temperatury do jednoczesnego pomiaru temperatury powierzchni akumulatora i otoczenia. Tester automatycznie koryguje odczyty przy użyciu wstępnie ustawionej krzywej kompensacji — nie są potrzebne ręczne obliczenia. W praktyce znacznie zmniejsza to liczbę błędnych diagnoz spowodowanych zmianami temperatury.
W procesie awarii akumulatora anomalie temperaturowe często pojawiają się przed wzrostem rezystancji wewnętrznej lub zauważalnym spadkiem pojemności. Wczesne wykrycie anomalii temperaturowych może zapobiec wielu stratom.
Typowe anomalie temperaturowe obejmują: jedno ogniwo w ciągu nagrzewa się podczas ładowania znacznie cieplej niż inne (co sugeruje wewnętrzne krótkie lub silne zasiarczenie); cała struna pracuje stale ciepło podczas ładowania podtrzymującego (co sugeruje, że napięcie podtrzymujące jest ustawione na zbyt wysokie); powolny powrót temperatury po rozładowaniu (co sugeruje nadmierną impedancję wewnętrzną). Jeśli te anomalie temperaturowe można wykryć wcześnie, można podjąć działania naprawcze przed katastrofalną awarią — niekontrolowaną temperaturą lub utratą wydajności do zera.
Metoda wykrywania zależy od konfiguracji sprzętu. Najprostszym podejściem jest tester akumulatorów z możliwością pomiaru temperatury (taki jak PK59B), rejestrujący temperaturę podczas każdego testu rezystancji wewnętrznej. Bardziej zaawansowany jest system monitorowania temperatury online z czujnikami w każdej komórce, a dane stale przesyłane do hosta monitorującego. W przypadku większości zakładów telekomunikacyjnych i UPS okresowe testy temperatury w połączeniu z wewnętrznym testem rezystancji są wystarczające, aby wykryć większość anomalii temperaturowych.
Testowanie temperatury wydaje się proste, ale zawiera szczegóły operacyjne, na które warto zwrócić uwagę. Po pierwsze: gdzie mierzyć. Rozkład temperatury w akumulatorze nie jest równomierny — zaciski i złącza nagrzewają się bardziej niż korpus z powodu nagrzewania Joule'a pod wpływem rezystancji styków. Dlatego głównym punktem odniesienia jest pomiar na korpusie akumulatora (w środkowej części obudowy), a temperatura na zaciskach jako drugorzędna. Jeśli temperatura terminala przekracza temperaturę ciała o więcej niż 10°C, połączenia są prawdopodobnie luźne i wymagają dokręcenia.
Po drugie: kiedy mierzyć. Temperatura akumulatora wzrasta podczas ładowania, także podczas rozładowywania, a w stanie spoczynku stopniowo powraca do temperatury otoczenia. Aby zapewnić porównywalność między testami, należy rejestrować temperaturę w stałym punkcie cyklu testowego — na przykład zawsze podczas stabilnego ładowania podtrzymującego lub zawsze pod koniec rozładowania. Jeśli punkty pomiarowe są różne, analiza danych dotyczących temperatury staje się trudna.
Po trzecie: jak interpretować. Pojedynczy odczyt temperatury odzwierciedla jedynie moment pomiaru i należy go porównać z temperaturą otoczenia. Jeśli temperatura korpusu akumulatora przekracza temperaturę otoczenia o więcej niż 5°C, dochodzi do nieprawidłowego nagrzewania się wnętrza, nawet jeśli temperatura bezwzględna jest nadal niska. Jeżeli temperatury ogniw w ciągu różnią się o więcej niż 3°C, występuje niespójność ogniw.
W przypadku zespołów konserwacyjnych należy zintegrować testowanie temperatury z istniejącymi procedurami konserwacji akumulatorów. Zespoły posiadające PK59A mogą dodać termometr na podczerwień jako uzupełnienie temperatury; zespoły posiadające PK59B korzystają bezpośrednio ze standardowego czujnika. Niezależnie od narzędzia, kluczem jest rejestrowanie temperatury podczas każdego testu.
W przypadku nabywców na obszarach o dużych wahaniach temperatury otoczenia (regiony tropikalne, strefy umiarkowane z czterema różnymi porami roku) preferuj modele z możliwością testowania temperatury (PK59B). Brakujące dane dotyczące temperatury drastycznie zmniejszają możliwość analizy wyników testów — możesz poświęcić ten sam czas i wysiłek na testowanie, ale nie możesz określić, czy wyniki są normalne bez kontekstu temperatury.
Patrząc w przyszłość, konserwacja akumulatorów ewoluuje w kierunku kompleksowej oceny wieloparametrowej — rezystancji wewnętrznej, napięcia, temperatury, historii ładowania i rozładowania oraz warunków środowiskowych, połączonych poprzez analizę danych w celu uzyskania złożonej oceny stanu akumulatora. Temperatura jest niezbędnym parametrem w tym systemie. View the Battery Test Instruments Collection
Podaj nam swój scenariusz projektu i wymagania, a my dopasujemy odpowiednie rozwiązanie i przedstawimy wycenę w ciągu 24 godzin.
Uzyskaj bezpłatną wycenęPK59A storage battery tester, PK59B tester with temperature, PK59C battery internal resistance tester, PK59D premium resistance tester — four series covering the complete needs from basic capacity/voltage/resistance testing to high-precision internal resistance consistency analysis. Handheld design, online testing supported, multi-chemistry compatible — designed for battery maintenance and acceptance at telecom base stations, UPS, and data centers.
Explore the Battery Test Instruments →