Giám sát nhiệt độ trong kiểm tra pin: Tại sao nó quan trọng như điện áp

Bài viết

Ngày 22 tháng 7 năm 2023

Nhiệt độ ảnh hưởng đến mọi quá trình bên trong pin — từ tốc độ phản ứng điện hóa đến độ nhớt của chất điện phân đến độ ổn định của màng SEI. Hiểu được ảnh hưởng của nhiệt độ là điều kiện tiên quyết để kiểm tra và bảo trì pin hiệu quả. Bài viết này giải thích tại sao nhiệt độ lại đáng được quan tâm như điện áp.

Nhiệt độ ảnh hưởng đến pin như thế nào: Từ hóa học đến dung lượng sử dụng

Nhiệt độ có ảnh hưởng toàn diện đến hiệu suất của pin. Gần như mọi quy trình bên trong - tốc độ phản ứng điện hóa, độ nhớt của chất điện phân, độ ổn định của màng SEI - đều được kiểm soát nhiệt độ. Hiểu được những tác động này là điều kiện tiên quyết để kiểm tra và bảo trì ắc quy đúng cách.

Ở nhiệt độ thấp (dưới 0°C), công suất sử dụng giảm đáng kể. Đối với pin axit chì, ở nhiệt độ 0°C, công suất sử dụng là khoảng 75% công suất định mức; ở -10°C, khoảng 50%; ở -20°C, có thể chỉ 30%. Đây không phải là hư hỏng vĩnh viễn - nhiệt độ thấp làm giảm độ dẫn ion của chất điện phân, làm chậm động học phản ứng và tăng độ phân cực, tạm thời làm giảm công suất khả dụng. Công suất phục hồi khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên, việc phóng điện với dòng điện cao ở nhiệt độ thấp có thể khiến điện áp sụt giảm nhanh chóng và khiến thiết bị ngừng hoạt động, mặc dù công suất dư vẫn còn.

Ở nhiệt độ cao (trên 30°C), công suất sử dụng tạm thời tăng lên (khoảng 10% mỗi lần tăng 10°C đối với axit chì), nhưng cái giá phải trả là tuổi thọ của pin tăng nhanh. Tuổi thọ của axit chì ở 25°C là khoảng 5-8 năm; cứ tăng 10°C thì tuổi thọ còn lại giảm đi một nửa - ở nhiệt độ 35°C, có lẽ chỉ còn lại 2-4 năm. Điều này là do nhiệt độ cao làm tăng tốc độ ăn mòn lưới điện và tiêu thụ nước điện giải. Pin lithium-ion cũng nhạy cảm như nhau - nhiệt độ cao làm tăng tốc độ phân hủy màng SEI và quá trình oxy hóa chất điện phân, khiến công suất giảm nhanh và điện trở trong tăng nhanh.

Do đó, giá trị của việc theo dõi nhiệt độ trong thử nghiệm pin là: kết quả thử nghiệm được thực hiện ở các nhiệt độ khác nhau là không thể so sánh được. Nếu không ghi lại nhiệt độ môi trường trong quá trình thử nghiệm, phân tích tiếp theo không thể xác định liệu sự thay đổi điện trở phản ánh sự lão hóa hay chỉ đơn thuần là sự thay đổi nhiệt độ. Ví dụ, điện trở đo được vào mùa đông có thể cao hơn vào mùa hè không phải vì pin đã cũ mà vì trời lạnh.

Bù nhiệt độ: Làm cho dữ liệu có thể so sánh được giữa các mùa

Bù nhiệt độ là một công nghệ quan trọng trong thử nghiệm pin. Mục đích của nó là loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt độ để có thể so sánh dữ liệu đo được ở các thời điểm khác nhau. Nguyên tắc: sử dụng 25°C làm nhiệt độ tham chiếu và hiệu chỉnh kết quả dựa trên độ lệch so với tham chiếu.

Đối với thử nghiệm điện trở trong, phương pháp bù điển hình là: cứ mỗi 10°C lệch so với tham chiếu sẽ điều chỉnh số đọc khoảng 30% đối với pin axit chì hoặc 15% đối với pin lithium-ion. Ví dụ, điện trở trong được đo ở 10°C là 50 mΩ sẽ điều chỉnh thành khoảng 35 mΩ ở mức tham chiếu 25°C. Điều này cho phép so sánh trực tiếp giữa các bài đọc mùa đông và mùa hè.

Đối với thử nghiệm điện áp, việc bù nhiệt độ cũng quan trọng không kém. Điện áp mạch hở của pin cũng thay đổi theo nhiệt độ - khoảng 3mV trên 1°C đối với axit chì. Không bù, 12,6V đo ở 5°C và 12,6V đo ở 35°C có thể tương ứng với các giá trị SOC chênh lệch hơn 10%.

PK59B bao gồm tính năng bù nhiệt độ tích hợp với cảm biến nhiệt độ tiêu chuẩn để đo đồng thời bề mặt pin và nhiệt độ môi trường. Máy kiểm tra tự động hiệu chỉnh các số đọc bằng cách sử dụng đường cong bù đặt trước — không cần tính toán thủ công. Trong thực tế, điều này làm giảm đáng kể chẩn đoán sai do sự thay đổi nhiệt độ.

Sự bất thường về nhiệt độ: Tín hiệu cảnh báo sớm hơn mức kháng cự

Trong quá trình hỏng pin, sự bất thường về nhiệt độ thường xuất hiện trước khi điện trở trong tăng hoặc dung lượng giảm rõ rệt. Việc phát hiện sớm sự bất thường về nhiệt độ có thể ngăn ngừa được nhiều tổn thất.

Các kiểu bất thường về nhiệt độ điển hình bao gồm: một ô trong chuỗi chạy nóng hơn đáng kể so với các ô khác trong quá trình sạc (gợi ý quá trình sunfat hóa ngắn hoặc nghiêm trọng bên trong); toàn bộ chuỗi chạy liên tục ấm trong quá trình sạc phao (cho thấy điện áp phao được đặt quá cao); phục hồi nhiệt độ chậm sau khi phóng điện (gợi ý trở kháng bên trong quá mức). Nếu có thể phát hiện sớm những bất thường về nhiệt độ này thì hành động khắc phục có thể được thực hiện trước khi xảy ra sự cố nghiêm trọng - thoát nhiệt hoặc mất công suất về 0.

Phương pháp phát hiện phụ thuộc vào cấu hình thiết bị. Cách tiếp cận đơn giản nhất là máy kiểm tra pin có khả năng đo nhiệt độ (chẳng hạn như PK59B), ghi lại nhiệt độ cùng với mỗi lần kiểm tra điện trở trong. Cao cấp hơn là hệ thống giám sát nhiệt độ trực tuyến với các cảm biến trên từng tế bào, dữ liệu liên tục được tải lên máy chủ giám sát. Đối với hầu hết các địa điểm viễn thông và UPS, kiểm tra nhiệt độ định kỳ kết hợp với kiểm tra điện trở trong là đủ để phát hiện hầu hết các bất thường về nhiệt độ.

Điểm thực hành hiện trường để kiểm tra nhiệt độ

Kiểm tra nhiệt độ có vẻ đơn giản nhưng có những chi tiết vận hành đáng chú ý. Đầu tiên: đo ở đâu. Sự phân bố nhiệt độ trong pin không đồng đều - các cực và các kết nối nóng hơn thân pin do nhiệt độ Joule từ điện trở tiếp xúc. Do đó, hãy đo ở thân pin (giữa vỏ) làm tham chiếu chính, lấy nhiệt độ đầu cực làm tham chiếu thứ cấp. Nếu nhiệt độ đầu cuối vượt quá nhiệt độ cơ thể hơn 10°C, các kết nối có thể bị lỏng và cần siết chặt.

Thứ hai: khi nào cần đo lường. Nhiệt độ pin tăng lên trong quá trình sạc, cũng như trong quá trình xả và dần dần trở về nhiệt độ môi trường xung quanh khi ở trạng thái nghỉ. Để so sánh giữa các thử nghiệm, hãy ghi lại nhiệt độ tại một điểm nhất quán trong chu kỳ thử nghiệm - ví dụ: luôn luôn ở thời điểm nạp phao ổn định hoặc luôn ở cuối quá trình phóng điện. Nếu các điểm đo khác nhau, dữ liệu nhiệt độ sẽ trở nên khó phân tích.

Thứ ba: cách diễn giải. Một giá trị nhiệt độ duy nhất chỉ phản ánh thời điểm đo và phải được so sánh với nhiệt độ môi trường. Nếu nhiệt độ thân pin vượt quá môi trường xung quanh hơn 5°C, hiện tượng nóng lên bất thường bên trong sẽ xảy ra ngay cả khi nhiệt độ tuyệt đối vẫn thấp. Nếu nhiệt độ tế bào trong một chuỗi thay đổi hơn 3°C thì có nghĩa là tế bào không nhất quán.

Lời khuyên thực tế: Tích hợp nhiệt độ vào đánh giá tình trạng pin

Đối với các nhóm bảo trì, hãy tích hợp kiểm tra nhiệt độ vào các quy trình bảo trì pin hiện có. Các đội có PK59A có thể bổ sung nhiệt kế hồng ngoại để bổ sung nhiệt độ; các đội có PK59B sử dụng trực tiếp cảm biến tiêu chuẩn. Bất kể sử dụng công cụ nào, điều quan trọng là ghi lại nhiệt độ trong mỗi lần kiểm tra.

Đối với người mua ở những khu vực có nhiệt độ môi trường dao động rộng (vùng nhiệt đới, vùng ôn đới có bốn mùa rõ rệt), hãy ưu tiên những mẫu có khả năng kiểm tra nhiệt độ (PK59B). Việc thiếu dữ liệu nhiệt độ làm giảm đáng kể khả năng phân tích kết quả kiểm tra — bạn có thể đầu tư thời gian và công sức vào việc kiểm tra nhưng không thể xác định liệu kết quả có bình thường nếu không có bối cảnh nhiệt độ.

Trong tương lai, việc bảo trì pin đang phát triển theo hướng đánh giá toàn diện đa thông số - điện trở trong, điện áp, nhiệt độ, lịch sử sạc-xả và các điều kiện môi trường được kết hợp thông qua phân tích dữ liệu để tạo ra điểm tổng hợp về tình trạng pin. Nhiệt độ là thông số không thể thiếu trong hệ thống này. View the Battery Test Instruments Collection