Емкость аккумулятора остаточная: Как проверить заряд и емкость автомобильного аккумулятора? ✔️

Содержание

Как определить остаточную емкость аккумулятора

Аккумулятор представляет собой источник тока многоразового действия, служащий для автономного электропитания различных устройств, а в данном случае – автомобиля. Поэтому со временем использования объемы емкости могут уменьшаться, как результат – уменьшается время его работы без дополнительного заряда.

Единицы показателей аккумулятора

Номинальная емкость – эта единица чаще всего служит для определения электрического заряда источников питания. Выражается номинальная емкость автомобильного аккумулятора в Ач, то есть в ампер-часах, или Ач ( Ah – ampere – hour в английской аббревиатуре).

Электрическое напряжение измеряется в вольтах, В. Аккумуляторы, используемые на легковых автомобилях, чаще всего имеют стандартный показатель в 12 В. Это характеристика, указываемая в техническом паспорте. А величина напряжения зачастую указывается следом за маркой, например, BOSCH 63 Ач, где 63 – емкость автомобильного аккумулятора, Ач.

Проверяем тестером

Итак, для начала автолюбитель задается вопросом о том, как определить остаточную емкость автомобильного аккумулятора.

Чтобы установить, каков объем емкости и понять, насколько он еще работоспособен, используются специальные тестеры. Это незаменимые устройства для проверки любых видов аккумуляторов, их функционал огромен. Тестер совсем не сложен в эксплуатации и в большинстве случаев имеет всего одну кнопку, с помощью которой определяются показатели различных параметров, например, как объем емкости, так и сила тока. Полученные результаты не обязательно будут точно отображать состояние аккумулятора, но при желании, при помощи несложных формул, можно подвести и окончательный расчет объема емкости автомобильного аккумулятора.

Применение мультиметра

Мультиметр (или авометр, от слова ампервольтомметр) – это также комбинированный прибор, использующийся для замеров показателей электрических приборов.

В нем также несколько режимов работы, он не сложен в эксплуатации.

Провести замер и узнать, какая емкость автомобильного аккумулятора, можно несколькими способами.

Тестирование под нагрузкой

В качестве нагрузки будет выступать обычная лампочка. Если при замерах уровень ее яркости будет снижаться, то тестирование сразу прекращается, поскольку это скажет о некачественной работоспособности батареи – не хватает заряда или нарушена схема устройства.

Чтобы просчитать требуемую нагрузку для емкости автомобильного аккумулятора, первым делом учитывается количество ампер. Если номинал емкости составляет, например, 7 Ач (Ah), то соответствующая величина нагрузки будет равна 3,5 Вольт. Если под рукой не окажется нужной лампочки, отлично подойдет обычная автомобильная фара.

Процесс замера

Как определить емкость автомобильного аккумулятора, должен знать каждый автолюбитель!

Для определения замеров емкости батареи проводят следующие действия, в точном порядке:

  1. Сначала необходимо отключить аккумуляторную батарею от генератора.
  2. Далее подвести нагрузку в виде лампочки и дать поработать аккумулятору буквально пару минут. Затем отключить ее.
  3. Затем к батарее подводится уже мультиметр и производится замер в течение 20 секунд.

Если напряжение составит 12,5 Вольт, то состояние аккумулятора хорошее. А вот если показатели равны 11,5 или даже ниже – то необходимо заменить батарею.

Метод контрольного разряда

Для того чтобы провести замер емкости автомобильного аккумулятора именно таким способом, надо знать силу тока разрядки конкретного источника питания. Для этого можно посмотреть техническую документацию, прилагаемую к нему. Сила тока разрядки емкости будет равна необходимому уровню нагрузки, который применится к аккумулятору.

В таком замере объема емкости мультиметр должен оставаться подключенным к аккумулятору столько времени, пока сила тока не снизится до 60, а лучше 50 %. В результате будет получено значение, которое необходимо сравнить со значением в техническом паспорте аккумулятора. Скорее всего, они не будут совпадать, поскольку каждый заряд/разряд аккумулятора постепенно снижает его рабочую емкость, однако цифры не должны сильно разнится! Если расхождение большое, вывод один – замена аккумулятора.

Замеры других показателей

Современный мультиметр – устройство с большим функционалом. Он подойдет для измерения и других параметров источника питания.

Замер напряжения

Если аккумуляторная батарея по типу относится к щелочно-кислотным или литий-ионным, то можно провести замеры напряжения аккумулятора, переведя его в режим вольтметра. В зависимости от уровня нагрузки измеряемого прибора настраивают мультиметр, установив соответствующий показатель. После этого к отрицательной клемме аккумулятора подводят черный провод, а к положительной – соответственно красный. Буквально в течение 2 следующих секунд на экране мультиметра отобразится показатель напряжения.

Если аккумулятор исправен, то величина показателя будет равна 12-12,5 Вольт. Это скажет о том, что состояние источника питания находится в норме.

Тест внутреннего сопротивления

Здесь опять же понадобится лампочка мощностью 12 В и, конечно, мультиметр.

Внутреннее сопротивление аккумулятора также является важным показателем работоспособности.

Чтобы провести замер, автолюбитель или мастер действует в следующем порядке:

  1. К аккумулятору подсоединяется лампочка. Батарея ни в коем случае не заряжается!
  2. Через пару секунд к клеммам аккумулятора подключается мультиметр и делается первый замер напряжения.
  3. Лампа отключается.
  4. И производится второй замер напряжения.

Если в полученных цифрах есть разница, но она не выше 0,05 В, то аккумулятор считается исправным. Если же разница выше, то требуется или замена, или осмотр и проведение дополнительных тестов. Внутреннее сопротивление не должно превышать норму!

Ток утечки

Если с вышеуказанными замерами не так сложно разобраться и запомнить действия, то далее надо переходить к вопросу о том, как проверить емкость автомобильного аккумулятора на утечку тока. Это показатель, от которого напрямую зависит объем самой емкости батареи, а значит, и срок ее «жизни».

Уровень саморазряда, допустимый для аккумулятора в состоянии покоя, прописан в его технической документации. Однако стоит знать, что у щелочных типов батарей этот уровень выше всего!

Любая утечка подразумевает наличие разрыва или некачественную герметизацию в цепи питания батареи. И если при замерах определился уровень утечки гораздо выше технически допустимого уровня, то аккумулятор будет разряжаться еще быстрей. Но не только разряд батареи может стать проблемой, поскольку плохая изоляция отдельных участков цепи питания может привести к короткому замыканию или возгоранию!

Для тестирования уровня утечки тока аккумулятора мультиметр переводится в соответствующий режим, а показатель напряжения устанавливается на 10 Ампер. Подключают мультиметр таким образом: красный провод подводится к плюсовой клемме, а черный же – отсоединяется вовсе.

Показатель утечки определяется так: если на мониторе прибора ничего не отображается, значит, проверка емкости автомобильного аккумулятора прошла успешно, утечки нет! Если же есть какие-то показания, то необходимо срочно проверить всю бортовую систему.

Восстановление емкости источника питания

После проведения всех необходимых замеров следующий логический шаг – научиться восстанавливать «размер» емкости батареи. Ведь в любом случае, особенно при долгой эксплуатации транспорта, аккумулятор теряет часть емкости.

Как же восстановить емкость автомобильного аккумулятора?

Подготовка к восстановлению начинается с осмотра и поверхностной чистки аккумулятора. Необходимо удалить все возможные подтеки внутреннего состава, грязь и окисление с клемм. Перед промывкой самого резервуара загрязненный электролит сливается. Обязательно проверяются свинцовые пластины на наличие целостности, поскольку в ином случае процедура восстановления просто ничего не даст.

Далее проводят контрольный цикл по полному разряду и дальнейшему заряду аккумуляторной батареи. Лучше его проводить не менее 4 раз.

Чтобы проконтролировать этот цикл, можно использовать:

  • ареометр – для определения плотности внутреннего состава батареи;
  • лампочку – для создания нужной нагрузки;
  • вольтметр или же мультиметр.

Непосредственно между циклом разряда и дальнейшего заряда емкости автомобильного аккумулятора в mAh устанавливается перерыв около 12-14 часов. Продолжительность заряда должна быть не меньше 8 часов. В технической документации указаны точные параметры необходимой силы тока, времени заряда, их нужно учитывать в каждом конкретном случае.

Период покоя между циклами нужен для того, чтобы сверху, на поверхности свинцовых пластин, устанавливался единый потенциал.

За каждый полный цикл разряда – заряда плотность электролитного состава будет увеличиваться. Если она станет очень высокой, то можно использовать дистиллированную воду для его разбавления.

После того как была слита дистиллированная вода и все емкости тщательно промыты, внутрь аккумулятора вливают раствор натрия. Его заливку также делают в несколько подходов, 2-3 раза.

Правила манипуляций

При работе с любыми электроприборами каждый должен знать, что скачки напряжения, вызываемые принудительным отсоединением от цепи питания, будут неблагоприятно отражаться на самом устройстве. Поэтому все действия должны происходить по возможности с выключенным двигателем. Если же возникла необходимость заменять аккумулятор при работающем двигателе, то для минимизации скачков напряжения надо включить в автомобиле все электроприборы (обогрев заднего стекла, фары, магнитолу). А подключение/отключение каждой клеммы делать максимально быстро, без многократных касаний. Таким образом, нежелательные перепады напряжения будут сведены к минимуму.

Если же возникает необходимость зарядки аккумулятора от другого оборудования, то соединение устройств должно производиться с тщательной аккуратностью. В противном случае это также может повлечь неисправность приборов.

Интересные факты

Понятия «лучший аккумулятор» просто не существует. Разные типы служат для разных целей. Например, кальциевые аккумуляторы имеют слабую утечку тока, но в то же время почти не переносят глубоких разрядов, особенно это наблюдается в зимнее время. В то же время для стандартных «обслуживаемых» батарей, например, свинцово-кислотных, емкостью автомобильного аккумулятора в 18Ah, такой разряд не будет критичен, но постоянно придется проводить замеры и делать промывку и долив дистиллированной воды.

Если температура низкая, то способность аккумулятора «заряжаться» резко сокращается. Поэтому короткие поездки в мороз могут привести к более быстрому разряду. Даже если аккумулятор новый! А это приведет к невозможности запуска мотора!

В зимнее время для аккумулятора хорошим подспорьем будет конструкция с подогревом, которая будет ускорять повышение температуры внутреннего состава батареи. Ведь он имеет определенную вязкость, поэтому его температура понижается или повышается вслед за температурой окружающей среды, с задержкой. И для того чтобы помочь аккумулятору эффективней получать заряд от генератора, необходимо обеспечить дополнительный источник теплого воздуха. А это в свою очередь поможет замедлить разряд батареи во время покоя. Также устройство можно брать домой и после согревания до комнатной температуры ставить на зарядку.

Чем регулярней проводится проверка показателей работоспособности источника питания и состояния «размера» его емкости, тем своевременнее можно заметить увеличение утечки тока, а значит, и провести восстановление. Чем незначительней отклонения, тем легче провести эту процедуру и тем вероятней вернуть утерянный объем. Ведь эксплуатация аккумулятора неизбежно ведет к разрушению свинцовых пластин, образованию подтеков электролита, а все это способствует его медленному выходу из строя.

Всем привет!
Решил немного освежить знания физики и применять их на практике.
Итак этот метод не сложный требуется мультиметр и лампочка в качестве нагрузки например на 55w.
На аккумуляторе нужно увидеть его характеристики и ток холодной прокрутки

В моем случае это ток холодной прокрутки по EN методике. Если у Вас указан ток измеренный другим методом(SAE, DIN, IEC) то можно воспользоваться таблицей перевода:

Итак в моем случае ток холодной прокрутки 600А, емкость 60 а/ч
Затем меряем напряжение на клеммах аккумулятора, в моем случае: 12,71В
Подключаем лампочку на 55w например и измеряем напряжение с подключенной лампочкой, в моём случае : 12,5В
Переключаем мультиметр в режим амперметра и подключаем его в разрыв лампочки и аккумулятора(лампочку одним контактом к плюсу, другим контактом к первому щупу мультиметра и вторым оставшимся щупом к минусу аккумулятора), в моем случае ток составил 3,75А

Далее берём калькулятор и считаем:

Рассчитываем начальное внутреннее сопротивление при -18:
Rнач = (12,666(ток нрц кальциевого заряженного аккумулятора при -18)-7,5)/600(ток холодной прокрутки) = 0,00861 Ом

Сопротивление зависит от окружающей температуры, примерно 40% при температуре -18 от значения при 25 градусах.
Расчитываем эталонное сопротивление:
Rэталон=0,00861 / 0,40 = 0,0215 Ом

Рассчитываем текущее внутреннее сопротивление:
Rфакт=(12.71(напряжение на аккумуляторе без нагрузки)-12.5(напряжение с лампочкой))/3.75(измеренныйе ток лампочки) = 0,056 Ом

Рассчитываем остаточную запасенную энергию
Cфакт=60*0,0215/0,056 = 23,035 А/ч

Учитывая что мой аккумулятор полностью заряжен, то в нем расчетная оставшаяся емкость составляет 23,035 А/ч, что много 50% от первоначальной ёмкости и подлежит утилизации.

Самым важным параметром каждой АКБ является его емкость аккумулятора. Она определяет количество энергии, отдаваемой им за каждый отрезок времени. Это касается всех батарей от автомобильных до телефонных. Знать о них и понимать устройство важно, поскольку при использовании батареи не той емкости могут возникнуть серьезные проблемы при запуске этих устройств.

Единицы измерения этой величины – Амперы или Миллиамперы / час. По данному параметру осуществляют выбор АКБ для техники, руководствуясь рекомендованными значениями. При нарушении рекомендаций, к примеру, автомобиль может не запуститься зимой.

Что такое емкость батареи или аккумулятора

Все аккумуляторы обычно украшают надписи вроде 55, 70 Ah либо 1800mAh. Такое обозначение говорит о том, что емкость данного аккумулятора – соответственно 55 Ампер или долей Ампер в час, только в переводе на английский – A/hour. Его нужно отличать от другого параметра – напряжения, которое пишется в Вольтах.

Показатель Ah показывает, сколько батарея проработает в течение часа на нагрузку 60 Ампер и напряжение 12,7В. Другими словами, емкость – это запас энергии, который в себе способен удерживать аккумулятор.

И если будет меньше, чем 60А нагрузки, то батарея продержится дольше 60 минут.

Как быстро проверить емкость любого аккумулятора

Чаще всего вместимость аккумулятора измеряется с помощью тестера. Это прибор для быстрых измерений. Он работает автоматически, для его применения не нужны никакие дополнительные познания. Временные затраты составляют не более 15 секунд. Все, что требуется – подключить тестер к источнику питания и надавить на единственную кнопку, после чего он начинает определять емкости подключенных аккумуляторов.

Его используют при выборе батареи, сравнивая остаточную и номинальную вместимость, которая официально указана на устройстве. Если разница составить больше 50%, то АКБ нельзя эксплуатировать.

Какой использовать прибор для точного измерения емкости любого аккумулятора

Показатель емкости определяет плотность электролитов, она определяется с помощью особого прибора – ареометра. На новых батареях всегда указаны основные параметры. Однако эта величина определяется и самостоятельно.

Наиболее простым способом являются обычные тестеры наподобие «Кулона». С помощью этого прибора измеряют вместимость и напряжение АКБ в автомобиле. Это требует минимальных затрат сил и времени при достижении достоверных результатов.

Чтобы воспользоваться «Кулоном», нужно подсоединить его к клеммам аккумулятора, после чего он начнет определять силу напряжения и величину вместимости.

Используется множество других способов вычисления данных параметров. Классическим является измерение с помощью мультиметра аккумулятора авто. Для того чтобы это осуществить, в нем должен быть полный заряд и соединение с потребителем (достаточно обычной лампочки в 60Вт). Однако даже это не гарантирует абсолютной точности показаний.

Первым шагом после сбора цепи из самой батареи, мультиметра, лампочки станет подача напряжения. В случае если на протяжении 2 минут лампочка не гаснет (если это не так, батарею не восстановить), брать показания «Кулона». Как только показания будут падать ниже стандартов напряжения аккумулятора, он начинает разряжаться. Замерив время, потребовавшееся для окончательного израсходования энергии и ток нагрузки потребителя, нужно эти показания друг на друга умножить друг на друга. Получившееся число и есть вместимость батареи.

В случае отличия результата от официального значения аккумулятор нужно заменять. Мультиметр позволяет посчитать емкость любой батареи. Неудобство такого способа в больших временных затратах.

Во втором способе измерения обеспечивают разрядку АКБ с помощью резистора по специальной схеме. С помощью секундомера определяется время разряда. Однако важно не разрядить АКБ полностью, предохраняясь от этого посредством реле.

Как сделать прибор собственными руками

Если под рукой необходимой техники нет, реализовать устройство можно самому. Подойдут нагрузочные вилки. Их всегда много в продаже, но их собирают и самостоятельно. Ниже рассмотрен такой вариант.

У данной вилки расширена шкала, что позволяет достичь высочайшей точности показания. В строено сопротивление нагрузке. Диапазоны шкалы делятся напополам, благодаря чему понижается погрешность показаний. Прибор оснащен 3-х вольтовой шкалой. Это дает возможности проверить отдельные банки батареи. Шкалы в 15В достигают посредством понижения на диодах и стабилитронах напряжения.

Показание тока прибора вырастет, как только значения напряжения станут больше уровня открытия стабилитрона. Во время подачи напряжения не той полярности диоды оказывают защиту. На картинке: SB1 – тумблер, R1 является передатчиком требуемого тока, R2 и R3 – резисторами, предназначенными для M3240, R4 – определителями ширины узких диапазонов шкал, R5 – нагрузочным сопротивлением.

Как в домашних условиях узнать емкость телефонного аккумулятора

При использовании сотового телефона его аккумулятор подвергается постоянной деградации. Этого процесса не избежать, он естественен. Это происходит вне зависимости от модели, цен, функций телефона. Чтобы точно понимать, сколько еще прослужит аккумулятор в устройстве, нужно измерять текущую его емкость. Это позволит вовремя заменить батарею до того, как она начнет отключаться в самое неподходящее время.

В первую очередь нужно осмотреть батарею. Опасные проблемы в литиевой батарее видны сразу: корпус может вздуваться, быть полным следов коррозий, пятен зеленоватых и белых оттенков.

При обнаружении признаков вздутия дальше использовать такую батарею опасно. Это может спровоцировать замыкание электросхем в телефоне. Возможно начало вздутия с маленькой выпуклости вплоть до серьезных деформаций. К настораживающим фактором относится и быстрое падение заряда в телефоне.

На сегодняшний день существует множество приложений для измерения текущей вместимости телефона.

Чтобы точно определить вместимость батареи, используют метод продвинутого зарядного устройства. Аккумулятор полностью разряжают, затем подключают к данному устройству. Оно, в свою очередь, высчитывает вместимость аккумулятора с учетом времени и значения тока.

Различия нагрузки

Параметры каждого автомобиля разные. Различаются их объемы двигателей, вместимости аккумулятора. В легковом авто обычно АКБ вместимостью 40-45А, а в большой машине около 60-75А.

Причины этого кроются в пусковом токе – чем меньше батарея, тем меньше в ней электролитов, свинца и т.п. Чем он больше, тем больше количество энергии, которую может отдавать в один момент. Исходя из этого, на малолитражке способны успешно работать крупные АКБ, а маленькие недопустимо вставлять в крупный автомобиль.

Зависимость от корпуса

Аккумуляторы разных размеров

Вместимость прямым образом связана с числом электролитов и свинца АКБ. Из-за этого батареи маленькой вместимости будет гораздо меньше в объеме и весе, чем более вместительные батареи. По этим причинам на малолитражку никогда не ставят большие аккумуляторы, так как это не имеет смысла – в этих машинах мало пространства под капотом. А маленькая батарея прекрасно справляется с функцией запуска мотора.

Уменьшение емкости

Любая батарея подвержена воздействию амортизации, ее вместимость становится меньше со временем. Обычные аккумуляторы служат около 3-5 лет. Наиболее качественные экземпляры сохраняются в хорошем состоянии до 7 лет.

Когда вместимость падает, батарея теряет способность давать достаточно пускового тока. Тогда ее приходит пора заменять. К основным причинам падения вместимости относятся:

  • Скопление серной кислоты на плюсовой пластине. Она может полностью перекрыть все поверхности, ухудшается контакт с электролитами, вместимости падает.
  • Пластина осыпается из-за перезарядов, тогда происходит недостаток электролитов. Это ведет к мгновенному понижению емкости батарей.
  • При замыкании банки и соединении минусовой и плюсовой пластин друг с другом происходит снижение емкости батареи. Тем не менее, ее восстанавливают.

От чего зависит текущая емкость АКБ?

В течение всего срока службы аккумуляторной батареи ее емкость меняется. На начало своей работы они обладают наибольшей емкостью, поскольку пластины активно разрабатываются. Затем наступает период стабильной работы, и вместимость держится на одном и том же уровне. Дальше начинается спад вместимости по причине изнашивания пластин.

Процесс проверки аккумулятора

Вместимость аккумулятора меняется в зависимости от наличия активных материалов и конструкции электродов, электролитов, их температур и концентрации, величин разрядного тока, амортизации батареи, концентрации дополнительных налетов в электролитах и от многих других факторов.

С повышением разрядного тока вместимость АКБ понижается. При быстрой, спровоцированной специально разрядке АКБ теряют меньше вместимости, чем при более плавных режимах с малыми величинами тока. Исходя из этого на корпусе фиксируются показатели для 4, 15, 100 часов разряда. Вместимости одних и тех же АКБ при этом меняются крайне сильно. Меньше всего вместительность при 4 часах разрядки, а больше всего прочего – при больших отрезках времени.

Также показатели емкости меняются при повышении температуры электролитов, однако при повышении предельно допустимых норм происходит снижение сроков службы. Причины этого кроются в том, что при повышенной температуре электролиты проникают в активную массу, ведь их вязкость уменьшается, а сопротивление наоборот растет. Из-за этого в реакциях разрядки активной массы больше, чем во время заряда с пониженной температурой.

При особенно маленькой температуре вместимость АКБ снижается так же, как и ее полезное действие.

С увеличением концентрации электролитов повышается и емкость аккумулятора. Однако АКБ быстрее портится, так как разрыхляется активная масса аккумулятора.

Таким образом, проверка емкости аккумулятора необходима на всех этапах его жизни.

При какой ёмкости нужно менять аккумулятор iPhone на новый

AppleInsider.ru – во многом фанатский проект. Большая часть нашей аудитории пользуется сайтом на постоянной основе и даже образовала своё сообщество в Telegram. Там читатели общаются с авторами и основателями проекта, задают друг другу интересующие вопросы и получают советы по использованию устройств Apple. Однако есть как минимум один вопрос, который не перестают задавать на протяжении вот уже нескольких лет – стоит ли менять аккумулятор, если его остаточная ёмкость составляет XX%. Мы, признаться честно, поначалу добросовестно отвечали каждому, кто интересовался этой темой, а когда нам это надоело, решили написать этот пост.

Понять, что аккумулятор требует замены, несложно. Вот вам подробный разбор

Само понятие износа аккумулятора применительно к технике Apple появилось не так давно. Нет, конечно, батарейки устройств компании изнашивались и раньше, просто пользователей об это никто не оповещал и им приходилось ориентироваться на собственные ощущения. Стал iPhone держать заряд вдвое меньше положенного – значит, пришло время менять. Однако с тех пор, как в iOS появился механизм контроля износа, всех сразу стало интересовать, не пришло ли время заменить батарейку на новую. Причём задаются этим вопросом не только те, у кого остаточная ёмкость составляет меньше условных 80%, но и те, у кого едва приблизилась к 90%. Что ж, вот что на этот счёт думает сама Apple.

На сколько циклов зарядки рассчитан iPhone

Аккумулятор каждого iPhone рассчитан на 500 циклов зарядки, прежде чем он потеряет более 20% своей ёмкости

Стандартный литий-ионный аккумулятор, которым комплектуются все iPhone независимо от модели, рассчитан на сохранение 80% ёмкости после 500 полных циклов зарядки. Получается, что даже если разряжать смартфон в ноль и заряжать его каждый день, должно пройти не менее полутора лет, прежде чем его автономность начнёт сокращаться. По достижении батареей ёмкости 80% и ниже могут начать возникать проблемы с производительностью из-за того, что смартфон будет принудительно урезать мощность процессора, чтобы минимизировать скачки напряжения и не провоцировать самопроизвольных перезагрузок.

Читайте также: iPhone разряжается раньше времени? Установите iOS 13.2

Получается, что сама по себе плохая автономность не является признаком износа. Не исключено, что iPhone разряжается раньше времени из-за сбоев в программном обеспечении, которое может исправить только Apple, или из-за чрезмерной нагрузки, которую создаёте вы сами. Игры, монтаж и просмотр видео по LTE являются довольно ресурсоёмкими процессами, способными провоцировать повышенный расход энергии. А значит, нет ничего необычного в том, что смартфон разрядился в ноль, если вы залипли на пару часов в World of Tanks Blitz или другую игру с трёхмерной графикой и спецэффектами.

Как узнать, что iPhone сбрасывает мощность

Поэтому лучше ориентироваться на снижение мощности процессора. Если вы не уверены, что производительность смартфона действительно начала страдать, перейдите в «Настройки» — «Аккумулятор» — «Состояние аккумулятора» и проверьте включена ли функция управления производительностью. Если нет, значит, с аккумулятором всё в порядке и замена ему не требуется. Дело в том, что управление производительностью включается только после первого неожиданного отключения смартфона, которое происходит как раз из-за недостатка ёмкости. Это и является лучшей лакмусовой бумажкой для определения необходимости замены батареи. Получается, что поводом для замены аккумулятора является либо сброс производительности, либо достижение им ёмкости 80% и ниже.

Читайте также: На Apple подали в суд из-за проблем с аккумуляторами

Функция управления производительностью доступна только на iPhone, начиная с модели 6s, а потому искать её на более ранних аппаратах бесполезно. Впрочем, может произойти и такое, что даже новые iPhone не смогут определить ни остаточную ёмкость аккумулятора, ни активировать функцию управления производительностью. Обычно это сопровождается комментарием о том, что смартфону не удалось определить состояние аккумулятора на этом смартфоне. В этом случае рекомендуется обратиться в сервисный центр (кстати, заменить аккумулятор на айфон можно тут), даже если проблем с автономностью вы не испытываете, поскольку батарея в вашем iPhone может быть либо неоригинальной, либо установленной с нарушениями требований Apple.

Что такое емкость аккумуляторной батареи. Как измерить емкость аккумулятора.

Емкость аккумуляторов— это количество электрической энергии, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при определенном режиме разряда и температуре от начального до конечного напряжения. Единицей СИ для электрического заряда является кулон (1Кл), но на практике емкость обычно выражается в ампер-часах (Ач).

Емкость измеряют в ампер-часах и определяют по формуле:

C=Ip *tp,гдеС– емкость, Ач;

Ip– сила разрядного тока, А;

tp– время разряда, Ч.

Номинальная емкость— емкость, которую должен отдать новый полностью заряженный аккумулятор в нормальных условиях разряда, указанных в стандарте на этот аккумулятор. При этом напряжение не должно упасть ниже определенной величины.

Так как емкость зависит от разрядного тока и конечного разрядного напряжения, в условном обозначении аккумуляторов указывается емкость, соответствующая определенному режиму разряда. Для стартерных аккумуляторов за номинальную принимается емкость при 20-часовом, стационарных при 10-часовом, тяговых при 5-часовом режимах разряда.

Пример оценки ёмкости батареи 20-ти часовым режимом разряда током 0.05 С20 (током, равным 5% от номинальной ёмкости). Если ёмкость батареи 55Ач, то разряжая ее током 2.75А, она полностью разрядится за 20 часов. Аналогично для батарей ёмкостью 60Ач полный 20-ти часовой разряд произойдет при чуть большем токе разряда — 3А.

Отдача по емкости — отношение количества электричества, полученного от аккумулятора при разряде, к количеству электричества, необходимого для заряда аккумулятора до первоначального состояния при определенных условиях.

Она зависит от полноты заряда. Часть же заряда теряется на газообразование, это уменьшает коэффициент отдачи.

Емкость остаточная– величина, соответствующая количеству электричества, которое может отдать частично разряженный аккумулятор при установленном режиме разряда до конечногонапряжения.

Резервная ёмкость аккумуляторной батареи— время, в течение которого батарея сможет обеспечить работу потребителей в аварийном режиме. Величина резервной ёмкости, выраженная в минутах, последнее время все чаще проставляется изготовителями стартерных аккумуляторных батарей после значения тока холодного старта.

Емкость зарядная— количество электричества, сообщаемое аккумулятору во времязаряда.Зарядная емкость акб всегда больше разрядной из-за потерь энергии на побочные реакции и процессы.

При постоянном токе заряда l зарядная емкость С= I * t, где t — время заряда.

Измерение емкости ведется до падения напряженияхотя бы одного элемента аккумуляторной батареи до величины, регламентированной для конкретного режима разряда.

В течение срока службы емкость акб изменяется. В начале срока службы она возрастает, так как происходит разработка активной массы пластин. В процессе эксплуатации емкость некоторое время держится стабильной, а затем начинает постепенно уменьшаться из-за устаревания активной массы пластин.

Емкость батареи зависит от количества активного материала и конструкции электродов, количества и концентрации электролита, величины тока разряда, температуры электролита, степени изношенности аккумулятора, наличияпосторонних примесей в электролитеи других факторов.

При увеличении тока разряда емкость батареи уменьшается. АКБ при форсированных режимах разряда отдают емкость меньше, чем при разряде более длительными режимами (небольшой величиной тока). Поэтому на аккумуляторах могут быть обозначения при 3,5,6,10,20 и 100 часах разряда. При этом емкости одной и той же батареи будут совершенно разные. Наименьшая будет при 3-х часовом разряде, наибольшая при 100 часовом.

С повышениемтемпературы электролитаемкость растет, но при излишне высоких температурах уменьшается срок их службы. Это происходит потому что, при повышении температуры электролит легче проникает в поры активной массы, так как уменьшается его вязкость и увеличивается внутреннее сопротивление.Поэтому в реакции разряда принимает участие больше активной массы, чем при заряде, производившемся при более низкой температуре.

При низкихже температурах емкость и полезное действиеАКБбыстро уменьшается.

Если увеличить концентрацию (плотность электролита), то емкость также увеличится, но аккумулятор быстро выйдет из строя из-за разрыхления активной массы батареи.

Как проверить емкость аккумулятора телефона — Евгений Васильев — Хайп

Как измерить емкость батареи смартфона © news.usc.edu

Покупая телефон, особенно китайский, многим хочется узнать, насколько соответствует реальная емкость его аккумулятора заявленной. Многие также желают узнать, насколько износилась батарея их смартфона после определенного периода эксплуатации. Особенно часто такое желание возникает, если девайс начинает держать заряд ощутимо хуже, чем после покупки.

Проверить емкость аккумулятора телефона можно несколькими способами, как программными, так и аппаратными. Первые удобнее, так как требуют только установки приложения и тестирования в нем. Однако проверка аккумулятора на аппаратном уровне, с помощью специального оборудования, иногда бывает точнее.

В чем правильно измерять емкость аккумулятора

Начать стоит с определения единиц, в которых правильно измерять емкость аккумулятора. Многие считают таковыми миллиампер-часы (мАч), что не совсем верно. Измерять в мАч можно только относительную разницу в емкости между двумя батареями одного типа и напряжения.

Дело в том, что электрическая мощность вычисляется путем умножения рабочего напряжения (вольты) на силу рабочего тока (амперы). Единица измерения этой мощности – ватт. Количество энергии – это мощность, которая может быть выдана за период времени (часы). Соответственно, при ее измерении – к вольтам и амперам добавляются часы. Правильная единица измерения емкости аккумулятора – ватт-часы (Втч).

Емкость в ватт-часах – это электрическая мощность, которую аккумулятор может выдавать в течение часа. Соответственно, объем 10 Втч указывает, что при выдаче мощности 10 Вт батарея протянет ровно час, а если снизить нагрузку до 5 Вт – 2 часа, 1 Вт – 10 часов. Напряжение и сила тока сравниваемых аккумуляторов при этом не имеют значения, так как ватт-час – единица самостоятельная, абсолютная.

Измеряя емкость батареи в мАч, мы учитываем только ток (миллиамперы), но не напряжение (вольты). Если два аккумулятора, на 2000 мАч и 4000 мАч, имеют одинаковое напряжение, то второй больше первого ровно вдвое. Но если первый выдает при этом 4 вольта (литий-ионный), а второй – только 2 (свинцово-кислотный, 1 ячейка), то аккумуляторы будут одинаковыми. Ведь если умножить 2000 мАч (2 Ач) на 4 вольта – будет 8000 милливатт-часов (8 Втч), а если умножить 4000 мАч на 2 вольта – в итоге тоже будет 8000 мВтч.

Из-за того, что ампер-часы без учета напряжения в конкретный момент времени не позволяют определить количество энергии, не стоит оценивать объем аккумулятора телефона по показателям мАч, которые выдает USB-тестер.

KWS -V21

Среднее напряжение литиевой батареи смартфона составляет чуть меньше 4 вольт, и показатель мАч в характеристиках указывается для него. Зарядка телефона же обычно производится напряжением 5 вольт (от 5 до 12 при поддержке быстрой зарядки). Поэтому, если за время зарядки от 0 до 100% прибор показал 3000 мАч, а КПД зарядки около 100%, то в батарею залилось 15 Втч энергии.

С учетом понижения напряжения на батарее до 3,8 вольт, это значит, что емкость аккумулятора в единицах, используемых производителем, составляет около 3,94 Ач или 3940 мАч (15 Втч, разделенные на 3,8 вольт). Так что не спешите обвинять китайцев, будто они «не долили» миллиампер-часов, если прибор показывает меньше, чем должно быть.

Как проверить емкость аккумулятора телефона USB-тестером

Как уже говорилось выше, самый простой способ проверить емкость батареи телефона – использовать USB тестер.

USB Safety Tester J7-T

Такой прибор с одной стороны содержит штекер USB, которым вставляется в блок питания, с другой – гнездо USB, в которое смартфон подключается кабелем. Также прибор содержит экран, на которые выводятся показатели тестирования.

RD UM24C — продвинутый тестер аккумулятора смартфона © Rd Tech

Разновидностей USB-тестеров много: от простеньких за пару долларов, умеющих только показывать вольты, амперы и считать мАч – до продвинутых профессиональных в десятки раз дороже. Последние часто оснащаются цветными экранами, умеют считать ватт-часы в готовом виде, поддерживают быструю зарядку, учитывают КПД, могут синхронизироваться с ПК для построения графиков и т.д. Чтобы просто проверить емкость аккумулятора телефона – достаточно и простенького приспособления, вроде того, что на иллюстрации.

KCX-017

KCX-017 — бюджетный тестер батареи смартфона © Megadevice

Чтобы провести замеры – разрядите смартфон «в ноль». Затем подключите тестер в зарядное устройство, к тестеру подсоедините кабелем свой аппарат, и оставьте заряжаться до 100%. Когда батарея зарядится – тестер покажет, сколько энергии в нее залито.

Если прибор умеет показывать ватт-часы – это и есть количество энергии. Чтобы перевести его в мАч, разделите полученное число на напряжение 3,8 вольт, и умножьте на примерно 0,9 (так как КПД редко превышает 90%). То есть, если прибор показывает 10 ватт-часов (10 Wh), то (10/3,8)*0,9=2,37 Ач или 2370 мАч составляет объем батареи. Если заявленная в характеристиках смартфона емкость – 2500 мАч, то износ батареи около 5%.

Если USB тестер измеряет только мАч, то нужно делать поправку на разницу напряжений. Для этого сначала умножьте число мАч на 5 (вольт), а затем полученный результат (это будут милливатт-часы) разделите на 3,8 и умножьте на 0,9.

При показаниях тестера 4669 мАч емкость аккумулятора смартфона составит 4669*5=23345 мВтч, (23345/3,8)*0,9=5529 мАч. То есть, хоть прибор и указал только 4669 мАч, но емкость батареи телефона в единицах, указанных в характеристиках – около 5529 мАч.

Shopper. Life

Как измерить емкость батареи телефона программным способом

Если у вас нет тестера, измерить емкость батареи смартфона можно с помощью специальных приложений. Один из лучших вариантов такого – AccuBattery. Бесплатная версия программы обладает широкой функциональностью и умеет вычислять рабочие параметры аккумулятора. Скачать ее можно в Google Play.

Для тестирования установите программу на смартфон, а затем рязрядите его до выключения. Поставьте устройство на зарядку, включите и запустите приложение. Во вкладке «Зарядка» внизу установите проектную емкость, указанную производителем, если она отображается неправильно. Оставьте устройство заряжаться, желательно, до 100%.

Когда смартфон зарядится – вы можете перейти в программе во вкладку «Здоровье». Там отображается текущий показатель емкости, рассчитанный на основе данных, встроенных в контроллер заряда в телефоне. Программа автоматически рассчитывает степень износа аккумулятора и показывает его.

AccuBattery

Если держать AccuBattery в фоне постоянно – приложение может формировать графики износа, чтобы вы могли определять, насколько быстро деградирует батарея в вашем телефоне.

Минусом AccuBattery, как и любого аналога, является большая зависимость от точности бортовых сенсоров смартфона. Ведь расчеты ведутся на основе показателей вольтметра и амперметра, встроенных в контроллер заряда. Если эти датчики неточны, искажают информацию – то и конечные показатели будут некорректными.

Хуже всего программные методы работают (точнее, на работают) с дешевыми китайскими смартфонами из ценового диапазона около $100. Такие устройства, с целью удешевления, часто лишают полноценных датчиков. Если они и есть (а измерять напряжение и ток умеет любой контроллер батареи на плате смартфона), то доступ к данным сенсорам из операционной системы отсутствует. В таком случае измерить емкость аккумулятора телефона программой не получится.


Помимо тестеров и программ, есть и более точные способы измерения емкости батареи. Имеются полноценные тестеры для проведения замеров на батареях, отключенных от смартфона. Такие часто используются для тестов, например, круглых аккумуляторов форматов 18650, 14500 и тому подобных.

LiitoKala Lii-500

Проведя замеры на батарее, отключенной от смартфона, вы получите наиболее точные показатели емкости. Но так как 90% современных мобильников оснащаются несъемными аккумуляторами, использующими для подключения шлейф вместо контактной площадки (как было раньше), этот метод измерения емкости для них неприменим.

Проверка ёмкости тяговых аккумуляторов

При помощи специального разрядного устройства на нашем сервисном центре можно проверить емкость тягового аккумулятора.

Согласно технологии проверки емкости тягового аккумулятора необходимо:

  1. Разрядить АКБ
  2. Зарядить АКБ
  3. Контрольный разряд
  4. Зарядка АКБ
Предлагаем ознакомиться с примером проверки ёмкости на аккумуляторе BENSLER 48В/480Ач установленного у одного из наших клиентов на погрузчике Komatsu, у которого возникли подозрения в слишком быстром разряде аккумулятора по сравнению с аккумуляторами, установленными на других погрузчиках клиента, марки TCM.

Пример проверки ёмкости аккумулятора Bensler 48/480 В/Ач

Аккумулятор подключен к разрядному устройству BTL160 Италия

Параметры аккумулятора согласно заводской бирке: 24 элемента или 48 В, 480 Ач.

Тест № 298.
Согласно инструкции разрядного устройства устанавливаем указанную ёмкость 480 Ач на зарядно-разрядном устройстве.
Устанавливаем на нижнем тумблере номинальное напряжение 48 В.
Цикл разряда 5 часов, устанавливаем ток разряда равный 20% от номинальной ёмкости ближайший на верхнем тумблере. В нашем случае 100 Ач.
Устанавливаем минимальное напряжение на элементе 1,7 В после которого разряд выключается автоматически.


Разряд пошел.
На мониторе показано время разряда 4 ч 26 мин. при нагрузке 100 А в час, текущая остаточная емкость 36 Ач, так же текущее напряжение на элементе 1,79.

Разрядка 4 часа 40 минут, остаточная емкость 11 Ач, 1,75 В на элементе.

Цикл 298 показал, что заявленная емкость 480 Ач батарея выдала в процессе первого разряда.

Тест № 300 контрольный.

Через час разряда током 100А емкость остаточная 371Ач, 2,01В на элементе

Через 2 часа разряда током 100А, остаточная емкость 280Ач, 1,97В на элементе.

Через 3 часа разряда током 100А, остаточная емкость 179Ач, 1,93В на элементе.

Через 4 часа разряда током 100А, остаточная емкость 79Ач, 1,87В на элементе.

Реальная емкость АКБ 493Ач.

Вывод:

  • тестируемая АКБ соответствует заявленной емкости 480Ач. Необходимо проверить состояние ЗУ которыми заряжается данный аккумулятор Bensler.
  • возможно, что электропогрузчик Коматсу FB15 2001 года выпуска, на котором эксплуатируется проверяемый аккумулятор, потребляет больше мощности чем аналогичные электропогрузчики ТСМ FB15.

Наш сервисный центр предлагает услугу проверки остаточной ёмкости аккумулятора на складской электротехнике своих клиентов по договорной цене. Батареи могут быть от 6 В до 96 В, ёмкости от 50 Ач до 1 600 Ач.

Износ батареи: как проверить на Андроид в 3 этапа? | by NEOVOLT.RU | Надёжные аккумуляторы

Neovolt.ru ➡ Блог ➡ Как правильно

Пошаговая инструкция актуальна в 2019-м году

Просто знай — любой телефон со временем начинает быстро разряжаться. Причина в износе батареи, из-за чего она теряет большую часть ёмкости, а затем и вовсе вздувается и даже угрожает взорваться.

Технология аккумулятора внутри твоего телефона (даже самого дорогого) не менялась более 30 лет — ему свойственно быстро стареть и изнашиваться.

Ситуацию можно взять под контроль. Главное знать, пора ли менять батарею, либо она ещё в самом расцвете сил и послужит? Выполните эту пошаговую проверку прямо сейчас, если у вас Android-смартфон.

Начинай всегда с простого — с внешнего осмотра самого аккумулятора (если крышка у телефона снимается) или с задней панели (если не снимается).

1.1. Съёмный аккумулятор

Контакты не должны быть окисленными (пятна белого цвета или зеленоватого оттенка), и уж тем более никакой коррозии. Как только заметил это — меняй батарею не задумываясь.

О том, где лучше покупать аккумулятор для телефона в России, Беларуси и Казахстане, а также как выбирать надёжную модель, читай здесь.

Стенки аккумулятора ровные и без выпуклостей (батарея ровно ложиться на поверхности и не крутится на «горбу»). Увидели такое? Срочно меняй — элемент питания на грани взрыва и опасен.

Проверка батареи телефона мультиметром (подсоедините измерительный прибор к контактам аккумулятора после полной его зарядки). Если напряжение при 100% показателе заряда меньше 3,7 Вольт, то это первый признак начала износа. Если напряжение меньше 2.7 Вольт, то срочно меняй!

1.2. Несъёмный аккумулятор

Конечно, ты можешь разобрать любой телефон даже с несъёмным аккумулятором для его замены (как это сделать и сколько стоит), но не спеши — сперва проверим точно ли он изношен? Вот, на что тебе нужно обратить внимание без снятия крышки.

• Давление на крышку изнутри (конструкция как-будто расклеивается и появляются люфты в зазорах). Известный всем YotaPhone 2 искажает изображение на втором E-Ink-экране (сзади), когда аккумулятор изнашивается и начинает давить на крышку. Тоже самое происходит и с другими Android-телефонами, где вместо второго экрана установлена крышка — у неё появляется горб, вокруг которого корпус легко раскручивается на столе.

• Ощутимый нагрев устройства (во время использования без подзарядки и с подключением к розетке). Узнай, нет ли у твоего смартфона перегрева по инструкции здесь. Нагрев без причины — явный признак износа.

Не надо быть гуру в технологиях и смартфонах, чтобы понять — в разрядившемся за 20 минут со 100% до 0% телефоне явно что-то не так с батареей. График расхода заряда, как на картинке вверху справа (обрывистые и резкие скачки после подзарядки) показывает нездоровые «провалы» из-за износа.

2.1. Проследи за поведением телефона в двух сценариях:

• при отключённых интернете, встроенных сервисах и функциях телефона скорость разрядки не должна превышать 2–4% в час;
• в состоянии покоя большинство смартфонов разряжаются максимум на 6% за ночь.

В Android всегда ведётся наблюдение за состоянием аккумулятора. В большинстве старых версий системы она скрыта от чужих глаз.

3.1. Встроенная утилита

На старых телефонах статистику с температурой и износом можно увидеть через сервисное меню (например, известный код в номеронабирателе *#*#4636#*#* для Android).

В Android 8.0 Oreo также есть скрытая утилита — смотри подробную инструкция по её использованию.

Кстати, если у тебя Android 8.0 Oreo, то обязательно оптимизируй работу системы по этому руководству.

В последней Android 9.0 Pie есть адаптивный режим работы системы, который также поддаётся настройке и сбору статистики.

Для самой подробной информации лучше скачай стороннее приложение.

3.2. Выполни проверку батареи на Андроид с помощью программ:

• Battery Care
• AccuBattery
• Battery Life
• Battery Calibration
• Power Battery
• DU Battery Saver
• Kaspersky Battery Life
• или любых других по запросу в Google Play «battery life care»

3. 3. А нужен ли Root для проверочных приложений?

Если вам необходима расширенная статистика и тестирование аккумулятора, то эти приложения потребуют Root-прав. Но при обычном использовании (просто скачать и установить) они с точностью до процента определят степень износа и фактические характеристики элемента питания.

Лучший материал Neovolt в декабре 2018: « Наушники от телефона действительно могут убить током»

Оставь сообщение ниже в комментарии, либо отправь нам вопрос ВКонтакте, чтобы лично получить ответ. Подпишись в группе на новости из мира гаджетов и узнай об улучшении автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайся к нам в Facebook и Twitter.

Как проверить износ аккумулятора на Android

Думаю, вы ещё не успели забыть, что в конце 2017 года Apple уличили в тайном замедлении старых iPhone. Первое время в Купертино отмалчивались, а потом объяснили, что это было сделано для того, чтобы обеспечить стабильную работу смартфонов с изношенными аккумуляторами. Технически так и было, поскольку замедление не касалось аппаратов, чьи батареи не имели признаков износа. Однако суд это не убедило, и Apple обязали выплатить пострадавшим компенсацию общей суммой порядка 500 миллионов долларов. Android-смартфоны, конечно, не страдают от той же проблемы, что iPhone, но проверить износ их аккумуляторов всё равно можно.

Смартфон стал быстро разряжаться? Скорее всего, его аккумулятор уже износился

Как продлить срок службы аккумулятора смартфонов Huawei и Honor

Существует масса приложений для Android, которые определяют степень износа аккумулятора, однако лучшим считается AccuBattery. Вообще, это довольно универсальный инструмент, которые разрушает мифы об аккумуляторах и даёт советы по правильному использованию, способствуя тем самым увеличению срока его службы.

Как узнать, что аккумулятор изношен

Прежде чем вы сможете проверить, насколько изношен аккумулятор вашего смартфона, вам придётся откалибровать приложение. То есть мало просто установить его на устройство, нужно ещё какое-то время попользоваться им. Это позволит приложению проанализировать множество разных показателей – от фактической ёмкости аккумулятора до скорости разрядки, — чтобы предоставить отчёт. Двух недель будет достаточно, тем более что все измерения производятся в пассивном режиме и ничего делать вручную вам не придётся.

Четверть владельцев смартфонов скучают по съемным аккумуляторам. Почему?

  • Скачайте AccuBattery из Google Play;
  • Запустите приложение и перейдите во вкладку «Зарядка»;

Без запрошенных привилегий приложение не сможет анализировать работу аккумулятора

  • Разрешите приложению анализировать работу устройства;
  • Заряжайте смартфон по мере разрядки и следите, как во вкладке «Здоровье» меняется график износа.

Как отключить приложения в фоновом режиме и сэкономить аккумулятор

Вообще, что такое износ аккумулятора? Износ представляет собой потерю аккумулятором части своей ёмкости, из-за чего он постепенно теряет способность к накапливанию энергии. Износ – вещь небыстрая, потому что наступает по истечении нескольких месяцев, а может быть, даже лет использования, и относительная, поскольку у всех проявляется в разное время. Однако есть показатели износа, которые могут считаться нормальными. Например, 10% в год. То есть, если за год использования аккумулятор потерял 10% ёмкости, это, в общем говоря, нормально.

Когда нужно менять батарею смартфона

Отследить степень износа можно в разделе «Здоровье»

А вот износ в 20% и остаточная ёмкость в 80% — уже считаются довольно серьёзными. Как правило, к этой цифре аккумулятор приходит на второй год использования либо по его истечении. То есть после этого батарею лучше заменить, потому что она, во-первых, начинает хуже держать зарядку, а, во-вторых, приобретает склонность к самопроизвольным перезагрузкам и отключениям. Именно от них Apple в своё время пыталась избавить свои смартфоны, урезая производительность процессора, скачки напряжения которого изношенный аккумулятор банально не выдерживал.

Как правильно заряжать смартфон

Заряжайте аккумулятор до 80% и это сильно отсрочит износ

Можно ли отсрочить износ аккумулятора? Конечно, можно, и AccuBattery может в этом помочь. Разработчики, которые создавали своё приложение, основываясь на многолетних исследованиях, пришли к выводу, что зарядка до 80 приводит к 0,26 циклов износа вместо 1 цикла, к которому приводит зарядка до 100%. Это продлевает срок службы аккумулятора на 211%, что довольно неплохо. Поэтому включите оповещения о зарядке до 80% и не позволяйте смартфону заряжаться дольше. Для этого просто перейдите в раздел «Зарядка» и перетащите синий ползунок в положение 80%.

Что делать, если вздулся аккумулятор телефона

Можно подумать, что это бессмысленно, однако это не так. Например, в автомобилях Tesla используется аналогичная методика зарядки. По словам Илона Маска, она позволяет продлить срок службы аккумулятора. Поэтому в приложении для управления автомобилем даже есть специальная надстройка, которая позволяет ограничить подачу тока при достижении аккумулятором зарядки в 80%. Думаю, это достаточно весомый аргумент в пользу того, чтобы начать применять данную методику. В конце концов, вреда ни вам, ни аккумулятору смартфона она точно не принесёт.

Емкость Быстрый прогноз и оценка остаточного срока службы свинцово-кислотных аккумуляторов с клапанным регулированием

Полезная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов часто используется в качестве показателя ухудшения для онлайн-оценки RUL (остаточного срока службы). В инженерных приложениях «стандартный» метод полной разрядки для измерения емкости довольно трудоемок и вреден для аккумуляторов большой емкости. В этой статье представлена ​​основанная на данных структура, обеспечивающая быстрое прогнозирование емкости и оценку RUL для VRLA (свинцово-кислотных батарей с регулируемым клапаном) большой емкости.Эти батареи используются в качестве резервных источников питания на кораблях. Для экстраполяции полезной емкости устанавливается зависимость между временем полного разряда и кривой напряжения частичного разряда. Основываясь на прогнозируемой емкости, для получения распределения RUL батареи используется подход фильтрации частиц. Проведено тематическое исследование с экспериментальными данными аккумулятора GFM-200. Результаты подтверждают, что наш метод не только значительно сокращает время прогнозирования, но также довольно хорошо работает с точностью прогнозирования емкости аккумулятора и RUL.

1. Введение

VRLA (свинцово-кислотные батареи с регулируемым клапаном) широко используются на судах, электромобилях, источниках бесперебойного питания и средствах мобильной связи, поскольку они обладают выдающимися характеристиками высокой емкости, хорошей стабильности, низкой стоимости и легкое восстановление [1]. Во время работы в батарее происходит ряд электрохимических и физических побочных реакций, которые приводят к необратимому ухудшению емкости батареи, внутреннего сопротивления, удельной мощности и других характеристик [2].EOL (окончание срока службы) батареи VRLA определяется как момент, когда указанные выше рабочие характеристики не могут соответствовать требованиям [3]. Срок службы — один из важных показателей для измерения производительности и качества батареи, который обычно обозначается общим количеством циклов зарядки / разрядки, которые испытывает новая батарея перед достижением EOL. На практике пользователей и инженеров больше беспокоит ПРАВИЛА аккумуляторов, а именно, оставшийся цикл заряда / разряда, который имеет аккумулятор от настоящего до конечного.Точная модель оценки RUL может предоставить научную и разумную основу для стратегий обслуживания и замены батарей. И это также ключевая технология системы управления батареями (BMS).

Снижение емкости — это основной вид отказа батарей VRLA. А постоянная потеря емкости происходит из-за календарного хранения и циклической зарядки-разрядки. Согласно соответствующему промышленному стандарту, батарея VRLA выходит из строя, когда полезная емкость падает до 70% ~ 80% от первоначального значения.Следовательно, точное измерение полезной емкости является предпосылкой для выполнения оценки RUL аккумуляторов VRLA. Обычно емкость VRLA-батареи может быть точно измерена методом полной разрядки, при котором проводится полный цикл зарядки / разрядки и регистрируется количество электричества, которое выделяет аккумулятор. Однако этот метод нельзя напрямую применить к VRLA большой емкости напрямую [4]. Обычно процесс полной разрядки аккумуляторной батареи VRLA большой емкости длится не менее десяти часов.Хотя время измерения может быть сокращено за счет большого тока, это приведет к неполному разряду, а затем к недооценке емкости по сравнению с фактическим значением и даже приведет к необратимому повреждению батареи VRLA и серьезно сократит ее срок службы [4]. Кроме того, процесс разрядки аккумуляторной батареи, которая состоит из большого количества последовательных аккумуляторных ячеек, должен останавливаться, как только любая из ячеек полностью разряжена. Другими словами, ячейка с наименьшей емкостью ограничивает измерение емкости других ячеек [5].Следовательно, метод полной разрядки не работает с аккумуляторной батареей, состоящей из множества последовательных ячеек.

Работа в данной статье мотивирована практической инженерной проблемой резервных батарей VRLA на кораблях. В обычные дни именно дизельный двигатель-генератор обеспечивает питание электрических нагрузок. И батареи хранятся в плавающем режиме как резервные. Только в аварийной ситуации, когда дизельный двигатель перестает работать из-за некоторых аварий, аккумуляторы VRLA активируются и начинают обеспечивать энергией некоторые особенно важные нагрузки, такие как оборудование связи, световые приборы и т. Д.Чтобы гарантировать, что батареи могут обеспечить достаточную мощность (или емкость) в аварийной ситуации, инженерам необходимо регулярно измерять максимальную разрядную емкость (например, каждые три месяца). Как обсуждалось выше, традиционный метод полной разрядки занимает довольно много времени и серьезно сокращает срок службы батареи из-за глубокой разрядки. С этой целью мы стремимся разработать метод быстрого прогнозирования емкости, который поможет периодически проверять состояние резервных батарей, а затем оценивать их остаточный срок службы.

В нашей статье мы сосредоточены на прогнозировании емкости и оценке RUL для аккумуляторов VRLA большой емкости, используемых в качестве резервного источника питания на судах. Множество экспериментов показывают, что кривая напряжения разряда батареи VRLA регулярно меняется с возрастом батареи [6]. Таким образом, его можно применять для прогнозирования полезной емкости. С учетом этой особенности разработан новый метод быстрого прогнозирования емкости на основе кривой напряжения частичного разряда. При разрядке полностью заряженной батареи за относительно короткий период времени изменение напряжения используется для оценки параметров модели напряжения разрядки, а затем для экстраполяции времени полной разрядки и полезной емкости.В рамках фильтрации частиц результаты прогнозирования производительности используются в качестве признака деградации для выполнения онлайн-оценки RUL. Практический пример свинцово-кислотной аккумуляторной батареи GFM-200 с клапанной регулировкой демонстрирует эффективность нашего метода как в отношении точности прогноза полезной емкости, так и оценки RUL.

2. Характеристики аккумуляторов VRLA
2.1. Краткое введение в батареи VRLA
Батареи

VRLA обладают тем достоинством, что они не имеют утечки кислоты или кислотного тумана из-за их строго герметичной конструкции.Во время работы нет необходимости добавлять кислоту или воду, чтобы батареи VRLA работали постоянно. На аккумуляторной банке установлен предохранительный клапан. Как только давление внутри батареи повышается до определенного уровня, клапан автоматически открывается, чтобы выпустить дополнительный газ, а затем закрывается, чтобы не допустить попадания наружного воздуха. В процессе зарядки / разрядки химические реакции на положительном и отрицательном электродах батарей VRLA обратимы. Активным материалом анода является диоксид свинца, а основной составляющей катода — кавернозный свинец.Электролит — разбавленная серная кислота. Основные реакции батареи VRLA в процессе заряда и разряда показаны следующим образом:

(i) Зарядный анодный катод

(ii) Разрядный анодный катод Напряжение на клеммах свинцово-кислотной батареи зависит от концентрации электролита. При разряде напряжение аккумулятора постепенно падает по мере уменьшения концентрации электролита, в то время как оно растет при заряде по мере увеличения концентрации электролита [6].

Батарейки

VRLA работают в широком диапазоне температур.Номинальное напряжение одной батареи VRLA обычно составляет 2 В, напряжение отключения разряда составляет 1,75–1,8 В, а напряжение отключения заряда составляет 2,35 В. Режим заряда может быть постоянным током и постоянным напряжением (CC-CV ) заряда или постоянного напряжения (CV) плавающий заряд. Для аккумуляторов VRLA большой емкости ток при полном разряде должен быть менее 0,1 C, чтобы защитить их от ударов и повреждений. Для батареи на 200 Ач 0,1 C соответствует току 200 × 0,1 = 20 A.

2.2. Характеристики разряда

На рисунке 1 показана кривая напряжения полностью заряженной свинцово-кислотной батареи во время разряда постоянным током. Понятно, что кривую напряжения разряда можно разделить на три фазы. На первом этапе напряжение аккумулятора резко падает за короткий период времени (около 5 минут), что вызвано внутренним сопротивлением аккумулятора. Аккумулятор VRLA обычно работает во второй фазе. В течение этого периода электрохимические реакции внутри батареи имеют тенденцию быть стабильными, а напряжение демонстрирует приблизительно линейное снижение со временем.В последней фазе напряжение быстро падает до напряжения отключения. На рис. 2 показано изменение кривых напряжения разряда в разных циклах. Замечено, что форма кривых напряжения в основном не меняется на протяжении всего срока службы, но они вращаются по часовой стрелке в определенный момент со старением батареи. Из-за снижения производительности напряжение старого аккумулятора снижается быстрее, чем напряжение нового. А это приводит к изменению емкости аккумулятора в течение срока его службы.



3.Процедуры тестирования

Для изучения ухудшения характеристик VRLA-батарей большой емкости используется свинцово-кислотная батарея GFM-200 для проведения циклических испытаний заряда-разряда. Батарея производится компанией Ainuosi-Huada Power System Ltd. (Китай) и используется в качестве резервного источника питания на корабле. Его номинальная емкость составляет 200 Ач, а напряжения отключения заряда и разряда составляют 2,35 В и 1,8 В соответственно. В соответствии с режимами заряда при постоянном токе и постоянном напряжении (CC-CV) и разрядки при постоянном токе (CC) [7], испытание, проводимое с помощью испытательной системы аккумуляторов ACCEXP, выполнялось в соответствии с шагами, представленными ниже.Испытания проводились в закрытой камере с регулируемой температурой при 25 градусах Цельсия, что примерно соответствует средним условиям на кораблях. Температурные изменения батареи были очень небольшими и, следовательно, предполагалось, что они равны температуре камеры: (1) Заряжайте батарею постоянным током 0,1 C, пока напряжение не достигнет 2,35 В. (2) Заряжайте батарею постоянным током. напряжение 2,35 В, пока ток не упадет до 1,2 А. (3) Дайте аккумулятору отдохнуть 0,5 ч. (4) Разрядите аккумулятор постоянным током 0.1 ° C, пока напряжение не упадет до 1,8 В. (5) Дайте батарее отдохнуть 0,5 ч. (6) Повторяйте вышеуказанные шаги, пока батарея не разрядится.

Во время тестирования интересующие параметры, такие как напряжение, ток и разрядная емкость, отслеживаются и записываются автоматически. Кривые напряжения разряда в различных циклах показаны на рисунке 3. По мере того, как испытания продолжаются, кривые напряжения разряда становятся все круче и круче. В результате эффективное время разряда уменьшается с увеличением количества циклов, а также с увеличением производительности.


4. Быстрое прогнозирование емкости аккумуляторов VRLA
4.1. Моделирование напряжения разряда

Кривая напряжения разряда содержит обширную информацию о характеристиках и состоянии батареи, что позволяет создать точную модель разряда, которая может помочь нам быстро спрогнозировать полезную емкость. Поскольку первая фаза напряжения (резкое падение) очень короткая, ее обычно игнорируют при моделировании напряжения разряда. В фазе 2 напряжение падает линейно. Когда используется большая часть полезной емкости, напряжение начинает быстро падать в фазе 3.Согласно этим характеристикам, эмпирическое уравнение для напряжения разряда свинцово-кислотной батареи было предложено Рынкевичем [8]. Где — напряжение разряда во времени, — время разряда в часах (ч), — ток разряда в амперах ( A), является константой для начального напряжения (В), является константой для эффективного сопротивления в Ом, фиксирует концентрацию электролита и представляет собой конечную емкость всех активных материалов.

Напряжения в каждом цикле соответствуют (5) соответственно.Напряжения в первые 5 минут (соответствующие фазе резкого падения) снимаются для повышения точности подгонки. На рисунке 4 показаны изменения каждого параметра в зависимости от количества циклов. Как показано на графиках, начальное напряжение () и эффективное сопротивление () со временем увеличиваются, в то время как концентрация электролита () и конечная емкость () уменьшаются. Все эти явления связаны с ухудшением характеристик свинцово-кислотных аккумуляторов.


Кроме того, мы обнаружили, что оба параметра сильно коррелируют с.Как показано на рисунках 5 и 6, степенная функция подходит для моделирования их отношений. Другими словами, для данной батареи параметры и можно оценить, подставив в следующее уравнение:



4.2. Прогноз емкости

Теоретически емкость аккумулятора можно измерить, полностью разрядив его и интегрировав ток разряда. Однако этот метод неприменим к батареям большой емкости, поскольку для их разрядки требуется много времени (не менее 10 часов) и серьезно сокращается срок службы батареи из-за глубокой разрядки.Таким образом, необходим метод быстрого прогнозирования емкости для батарей VRLA большой емкости. В соответствии с вышеупомянутым определением полезной емкости свинцово-кислотной батареи ее можно рассчитать по следующему уравнению: где — ток разряда, а — время, необходимое для снижения напряжения полностью заряженной батареи до напряжения отключения разряда.

После получения оценок,, и, время полной разрядки может быть легко рассчитано с помощью (5). Затем проблема быстрого прогнозирования пропускной способности преобразуется в задачу оценки параметров в (5).Это легко предсказать с помощью (6), поэтому остающийся вопрос, который мы должны решить, — это как оценить и как можно быстрее.

В этой статье мы стремимся спрогнозировать полезную емкость данной батареи, разряжая ее только за 3,5 часа вместо 10 часов (в настоящее время самое короткое время полной разрядки). На рисунке 3 видно, что напряжение батареи линейно падает в течение первых 3,5 часов. Таким образом, линейное уравнение используется для подбора напряжения в течение периода; а именно,

Оценки параметров и показаны на рисунках 7 и 8.Результаты показывают, что это хорошо согласуется с линейной корреляцией между и. Таким образом, мы можем предсказать и, подставив и в следующее уравнение:



Теперь, процедуру быстрого прогнозирования емкости можно резюмировать следующим образом.

Алгоритм 1 (быстрое предсказание емкости).
Шаг 1 . Для данного аккумулятора зарядите его в обычном режиме CC-CV, пока он не будет полностью заряжен.
Шаг 2 .Разрядите его постоянным током 0,1 С в течение 3,5 ч.
Шаг 3 . Оцените параметры и подгоняя напряжения, полученные на шаге с (8).
Шаг 4 . Оцените « и, подставив оценки и в (9) и (6).
Шаг 5 . Вычислить, подставив, ,, и в (5).
Шаг 6 . Предскажите полезную емкость, подставив в (7).

В предыдущем обсуждении время частичной разрядки установлено равным 3.5 часов. Чтобы продемонстрировать, что это разумное время, на рисунке 9 сравниваются результаты прогнозирования емкости при разном времени разрядки. На рисунке 9 пунктирные линии обозначают фактическую емкость, измеренную с помощью «стандартного» метода полной разрядки, а сплошные линии — прогнозируемые значения алгоритма 1. Средние относительные ошибки определяются следующим образом: где и обозначают прогнозируемую емкость и фактическую емкость в -м цикле и — количество циклов.


Менее 1.Время разряда 5, 2,5, 3,5 и 4,5 часа составляет 5,14%, 3,08%, 1,31% и 1,05% соответственно.

По мере увеличения продолжительности времени частичной разрядки точность прогнозирования повышается. Однако, когда время превышает 3,5 часа, эффект повышения точности за счет увеличения времени разряда больше не заметен. Таким образом, в этой статье мы выбрали 3,5 часа в качестве времени частичной разрядки, всесторонне учитывая факторы времени и точности.

Чтобы дополнительно продемонстрировать эффективность нашего метода, мы используем шаги и параметры, описанные выше, для прогнозирования емкости другого аккумулятора VRLA GFM-100.Единственная разница между GFM-200 и GFM-100 состоит в том, что последняя номинальная емкость составляет 100 Ач. GFM-100 также был протестирован в режимах заряда CC-CV и CC-разряда при 25 ° C. В процедуре прогнозирования время частичной разрядки установлено равным 3,5 часа. На Рисунке 10 сравнивается фактическая емкость и прогнозируемые значения GFM-100. Прогноз для GFM-100 составляет 2,71%. Замечено, что результаты прогнозов остаются точными, за исключением первых нескольких циклов. Основная причина может заключаться в том, что характеристики разряда разных аккумуляторов демонстрируют некоторую неоднородность в результате случайного выбора материалов.


5. Оценка RUL

В последнее время инженеры уделяют больше внимания онлайн-безопасности, управлению рисками и решениям по техническому обслуживанию оборудования в оборонной промышленности [9–11]. Оценка RUL играет важную роль в управлении рисками и техническом обслуживании аккумуляторов VRLA для использования в судовых резервных источниках питания. Как обсуждалось выше, полезная емкость и стабильность батареи VRLA уменьшаются во время хранения или работы. Перед тем как батарея выйдет из строя, ее необходимо заменить новой, чтобы избежать неожиданных отказов и несчастных случаев [12, 13].Прогнозируемая пропускная способность в разделе 4 может использоваться в качестве признака деградации для вывода распределений RUL (RLD).

5.1. Фильтрация частиц

Моделирование деградации и обновление параметров — ключи к онлайн-оценке RUL. Процесс снижения емкости батареи можно рассматривать как лежащий в основе случайный процесс. С помощью прогнозируемой мощности можно легко создать эмпирическую модель для описания общих характеристик деградации. Чтобы зафиксировать изменчивость батареи в режиме онлайн, параметры модели, используемые для прогнозирования, должны быть обновлены, когда станет доступно новое измерение емкости.Чтобы охарактеризовать замирание динамической емкости, в этой статье используется подход фильтрации частиц для своевременного обновления распределения параметров. Фильтрация частиц — это последовательный байесовский метод, основанный на методе моделирования Монте-Карло [14]. По сравнению с фильтрацией Калмана, он может иметь дело с нелинейной моделью и системой негауссовского шума. И поэтому он широко используется в области прогнозирования [15].

В рамках фильтрации частиц модель в пространстве состояний используется для характеристики эволюции характеристик деградации и параметров модели (известных как вектор состояний). В случае батарей VRLA признаком деградации является емкость батареи, и путь деградации может быть выражен экспоненциальной функцией (как показано на рисунке 9). Исходя из [16], параметры не являются динамическими и могут считаться постоянными между двумя моментами времени. Таким образом, модель в пространстве состояний выглядит следующим образом.

Функция перехода между состояниями

Функция наблюдения где — незагрязненный сигнал (а именно, фактическая мощность) при, — наблюдение (а именно, прогнозируемая мощность), включая гауссов шум, — параметр экспоненциальной функции, а стандартное отклонение составляет.

Набор частиц генерируется моделированием Монте-Карло для оценки текущей емкости, а также распределения параметров и. Как только становится доступным новое наблюдение, производится повторная выборка этих частиц, чтобы приблизительно обозначить апостериорное распределение. Более подробно с теориями фильтрации частиц можно ознакомиться в [17, 18]. После получения данных наблюдений (это время последнего наблюдения) стандартная фильтрация частиц для оценки RUL выглядит следующим образом.

Алгоритм 2 (стандартная фильтрация частиц для оценки RUL).
Шаг 1 (инициализация частиц) . Из-за отсутствия априорной информации исходные частицы вектора состояния выбираются из равномерных распределений. За . Шаг 2 (обновление частиц) . Согласно функции перехода состояний (11) обновить частицы до следующего момента; а именно Шаг 3 (расчет весов) . Рассчитайте вес каждой частицы, который пропорционален значению функции правдоподобия для текущего наблюдения; а именно Шаг 4 (передискретизация частиц) .Выполните повторную выборку частиц по весу,.
Шаг 5 . Повторяйте Step to Step до тех пор, пока частицы в Step не могут быть использованы для аппроксимации апостериорного распределения вектора состояний в точке.
Шаг 6 . Распространение частиц с использованием (11), и пороговый уровень указывается для экстраполяции псевдо-RL, обозначенный как, который может аппроксимировать фактическое RLD при.

5.2. Анализ результатов

Данные, используемые в качестве наблюдений, являются результатами быстрого прогнозирования батареи GFM-200 VRLA.Для простоты прогнозы мощности нормализованы следующим образом: где — прогнозируемая мощность в -м цикле.

В данном исследовании окончание срока службы соответствует моменту, когда полезная емкость снижается до 80% от первоначального значения; иными словами, порог отказа установлен равным 0,8. Фактический срок службы аккумулятора GFM-200 по критерию отказа составляет 27 циклов.

Обновление выполняется каждые 5 циклов, от 1-го цикла до EOL. Количество частиц установлено равным 5000.На рисунке 11 представлены процедуры оценки RUL на 15-м цикле. Наблюдения в каждом цикле отмечены синей точкой, а красная линия и пунктирные линии обозначают средний и 80% доверительный интервалы прогнозируемой нормализованной емкости при фильтрации частиц, соответственно. Результаты показывают, что медианные прогнозы очень близки к наблюдениям после онлайн-обновления. Гистограмма на рисунке 11 представляет собой приблизительное значение RLD на 15-м цикле, которое довольно хорошо совпадает с фактическим RUL (12 циклов).Фактическое значение, среднее значение, медиана и 80% доверительные интервалы оценки RUL на 10-м, 15-м и 20-м циклах показаны в таблице 1. Ясно, что фактическое RUL попадает в диапазон 80% доверительных интервалов, что указывает на что оценка RUL в этой статье очень точна.

9016.4

Текущий цикл Фактическое значение Среднее значение Медиана 80% доверительные интервалы

19 []
15 12 10,9 11 []
20 7 6,7
6 6

6. Заключение и дальнейшая работа

Хорошо известно, что полезная емкость является ключевым показателем, измеряющим снижение производительности вторичных батарей. В этой статье для VRLA-аккумуляторов большой емкости представлена ​​структура оценки RUL, основанная на методе быстрого прогнозирования полезной емкости.Подход к быстрому прогнозированию емкости осуществляется с использованием частично разряженных напряжений, а метод фильтрации частиц используется для своевременного обновления модели снижения емкости. По результатам эксперимента мы видим, что предлагаемая структура может эффективно реализовать прогнозирование емкости батареи VRLA, а также оценку RUL. Благодаря преимуществу обобщения подходы, изложенные в этой статье, могут быть легко распространены на другие типы вторичных батарей. В этой работе мы не рассматривали влияние изменения температуры на точность прогноза.На практике батареи обычно работают при разных температурах. При необходимости будущие исследования могут добавить температуры к модели прогноза.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов относительно публикации данной статьи.

Благодарности

Эта работа поддержана Китайским национальным научным фондом (грант № 71271212) и Фондом естественных наук провинции Хунань (грант № 14JJ3009).

Оценка остаточной емкости свинцово-кислотных аккумуляторов, используемых в автомобилях, методом среднего внутреннего сопротивления

  • 1.

    E.P. Филипп, Х.А. Аднан, Coup de Fouet на основе оценки емкости батареи VRLA. Труды первого международного семинара IEEE по проектированию, тестированию и применению электронного оборудования , январь 2002 г., Крайстчерч, стр. 149–153

  • 2.

    J.H. Эйлор, А. Тиме, Б.В. Джонсон, Индикатор уровня заряда батареи для электрических инвалидных колясок. IEEE Trans. Ind. Electron. 39 (5), 398–409 (1992)

    Статья Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> 3.

    E.P. Филипп, Х.А. Аднан, оценка емкости батареи VRLA с использованием анализа мягких вычислений в регионе Coup de Fouet. Труды 22-й конференции по энергетике электросвязи , сентябрь 2000 г., Феникс, стр. 589–596

  • 4.

    У.Д. Чанг, Т.Р. Чен, Исследование оценки остаточной емкости батарей моторных инвалидных колясок. Труды 22-го симпозиума по электроэнергетике , ноябрь 2001 г., Каушунг, стр. 965–969

  • 5.

    H.L. Chan, Новая модель аккумуляторной батареи для использования в аккумуляторных системах хранения энергии и системах питания электромобилей. IEEE Power Eng. Soc. Зимняя встреча. 1 , 470–475 (2000)

    Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> 6.

    Z.M. Саламе, М.А. Касакка, В.А. Линч, Математическая модель для свинцово-кислотных аккумуляторов. IEEE Trans. Energy Convers. 7 (1), 93–98 (1992)

    Статья Google ученый

  • 7.

    А. Салкинд, П. Сингх, К. Фенни, Д. Э. Рейснер, подход с нечеткой логикой к определению состояния заряда в высокоэффективных аккумуляторах с приложениями для электромобилей. 15-й симпозиум по электромобилям , октябрь 1998 г., Брюссель, стр. 13–15

  • 8.

    X. Сунь, Ю. Чжун, Г. Ци, З. Не, Система управления батареями электромобилей с нечеткой экспертной диагностикой. 16-й симпозиум по электромобилям , октябрь 1999, Китай, стр. 17–19

  • 9.

    G.E.M.D.C. Бандара, Р.Иванов, С. Гишин, Интеллектуальный нечеткий контроллер для зарядного устройства свинцово-кислотных аккумуляторов. 1999 Международная конференция IEEE по системам, человеку и кибернетике , октябрь 1999, Токио, т. 6. С. 185–189

  • 10.

    G.C. Се, Л. Чен, К. Huang, Система зарядки литий-ионных аккумуляторов с нечетким управлением и активным контроллером заряда. IEEE Trans. Ind. Electron. 48 (3), 585–593 (2001)

    Статья Google ученый

  • 11.

    И. Курисава, М. Ивата, Внутреннее сопротивление и износ батареи VRLA — анализ внутреннего сопротивления, полученного путем измерения постоянного тока, и его применение в методике мониторинга батареи VRLA. 19-я конференция по электросвязи и энергетике , октябрь 1997 г. , Мельбурн, стр. 687–694

  • 12.

    И. Сайфар, М. Маларик, Р. П. Буллоу, Герметичные батареи в распределительных сетях с ограничением переходных процессов — методы измерения их внутреннего сопротивления. 12-я конференция IEEE по телекоммуникациям и энергетике , октябрь 1990 г., Орландо, т.1, стр. 458–463

  • 13.

    С. Сато, А. Кавамура, Новый метод оценки состояния заряда с использованием напряжения на клеммах и внутреннего сопротивления для свинцово-кислотной батареи. Международная конференция IEEE по преобразованию энергии , апрель 2002 г., Осака, т. 2, pp. 565–570

  • 14.

    J. Hirai, T.W. Ким, А. Кавамура, Исследование интеллектуальной зарядки аккумуляторов с использованием индуктивной передачи энергии и информации. IEEE Trans. Power Electron. 15 (2), 335–345 (2000)

    Статья Google ученый

  • 15.

    А. Кавамура, Т. Янагихара, Оценка состояния заряда герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов, используемых для электромобилей. 29-я ежегодная конференция специалистов по силовой электронике IEEE , май 1998 г., Фукуока, т. 1, стр. 583–587

  • 16.

    Х. Вен-Лунг, Оценка остаточной емкости аккумуляторных батарей в электромобиле с изменяющейся нагрузкой , магистерская работа, Университет Да-Йе, Китай, 2004 г.

  • 17.

    WA Линч, З.М. Саламе, Реалистичная оценка аккумуляторной батареи электромобиля.IEEE Trans. Energy Convers. 12 (4), 407–412 (1997)

    Статья Google ученый

  • org/ScholarlyArticle»> 18.

    F.Z. Hong, Руководство пользователя для различных аккумуляторов , Quan Hwa, Taipei, 1994. (на китайском языке)

  • Приборы для измерения уровня заряда аккумулятора

    : точное измерение уровня заряда — инструкция по применению



    Аннотация: Уровнемеры батареи определяют количество оставшегося заряда вторичной батареи и то, как долго (при определенных условиях эксплуатации) батарея может продолжать обеспечивать питание.В этой заметке по применению обсуждаются проблемы, возникающие при измерении заряда, оставшегося в литий-ионной батарее, и различные методы использования топливомера для решения этих проблем.
    Введение
    С момента появления мобильных телефонов заряжаемые батареи и соответствующие индикаторы уровня топлива стали неотъемлемой частью нашего информационного и коммуникационного общества. Они так же важны для нас сейчас, как автомобильные датчики уровня топлива за последние 100 лет. Тем не менее, в то время как водители не терпят неточных указателей уровня топлива, от пользователей мобильных телефонов часто приходится иметь дело с очень неточными показателями с низким разрешением. В этой статье обсуждаются различные препятствия для точного измерения уровней заряда и описывается, как разработчики могут реализовать точный учет топлива в своих приложениях с батарейным питанием.
    Литий-ионные батареи
    Литий-ионные батареи начали массовое производство только с 1997 года, после решения различных технических проблем во время их разработки.Поскольку они обладают самой высокой плотностью энергии по отношению к объему и весу (, рис. 1, ), они используются в самых разных системах, от мобильных телефонов до электромобилей.


    Рис. 1. Плотность энергии различных типов батарей.

    Литиевые элементы также имеют определенные характеристики, которые важны для определения уровня их заряда. Блок литиевых батарей должен включать в себя различные механизмы безопасности, чтобы предотвратить перезарядку, глубокую разрядку или обратное подключение батареи. Поскольку высокореактивный литий может представлять опасность взрыва, литиевые батареи нельзя подвергать воздействию высоких температур.

    Анод литий-ионной батареи изготовлен из графитового соединения, а катод — из оксидов металлов с добавлением лития таким образом, чтобы минимизировать нарушение структуры решетки. Этот процесс называется интеркаляцией. Поскольку литий сильно реагирует с водой, литиевые батареи сконструированы с использованием нежидких электролитов органических солей лития. При зарядке литиевой батареи атомы лития ионизируются на катоде и переносятся через электролит к аноду.

    Емкость аккумулятора
    Наиболее важной характеристикой батареи (помимо напряжения) является ее емкость (C), которая указывается в мА-часах и определяется как максимальное количество заряда, которое может обеспечить аккумулятор. Емкость указывается производителем для определенного набора условий, но она постоянно меняется после изготовления батареи.


    Рисунок 2. Влияние температуры на емкость аккумулятора.

    Как показано на рис. 2 , емкость пропорциональна температуре батареи.Верхняя кривая показывает литий-ионный аккумулятор, заряженный в процессе постоянного I и V при разных температурах. Обратите внимание, что при высоких температурах аккумулятор может заряжаться примерно на 20% больше, чем при -20 ° C.

    Как показано нижними кривыми на Рисунке 2, температура имеет еще большее влияние на доступный заряд, пока батарея разряжается. На графике показана полностью заряженная батарея, разряженная двумя разными токами до точки отсечки 2,5 В. Обе кривые показывают сильную зависимость от температуры, а также от тока разряда.При заданной температуре и скорости разряда емкость литиевого элемента определяется разницей между верхней и нижней кривыми. Таким образом, емкость литиевых элементов значительно снижается при низких температурах или при большом токе разряда, или в обоих случаях. После разряда при высоком токе и низкой температуре батарея все еще имеет значительный остаточный заряд, который затем может быть разряжен низким током при той же температуре.

    Саморазряд
    Батареи теряют заряд из-за нежелательных химических реакций, а также из-за примесей в электролите.Типичные значения скорости саморазряда при комнатной температуре для обычных типов батарей показаны в , Таблица 1 .

    Таблица 1. Скорость саморазряда аккумуляторов обычных типов

    Химия Саморазряд / месяц
    Свинцово-кислотный от 4% до 6%
    NiCd от 15% до 30%
    NiMH 30%
    Литий от 2% до 3%

    Химические реакции происходят под воздействием тепла, поэтому саморазряд сильно зависит от температуры ( Рисунок 3 ).Саморазряд можно смоделировать для различных типов батарей, используя параллельное сопротивление для токов утечки.


    Рисунок 3. Саморазряд литий-ионных аккумуляторов.

    Старение
    Емкость аккумулятора уменьшается по мере увеличения количества циклов зарядки и разрядки (, рисунок 4, ). Это снижение количественно выражается сроком службы, определяемым как количество циклов зарядки / разрядки, которое батарея может обеспечить до того, как ее емкость упадет до 80% от начального значения. Срок службы типичной литиевой батареи составляет от 300 до 500 циклов зарядки / разрядки.Литиевые батареи

    также страдают от старения, связанного со временем, из-за чего их емкость падает с момента выпуска батареи с завода, независимо от использования. Этот эффект может привести к потере полностью заряженной литий-ионной батареи на 20% своей емкости в год при 25 ° C и 35% при 40 ° C. Для частично заряженных батарей процесс старения более постепенный: для батареи с остаточным зарядом 40% потери составляют около 4% ее емкости в год при 25 ° C.


    Рисунок 4. Старение батареи.

    Кривые нагнетания
    Характеристическая кривая разряда батареи указана в ее техническом паспорте для конкретных условий.Одним из факторов, влияющих на напряжение аккумулятора, является ток нагрузки (, рис. 5, ). К сожалению, ток нагрузки не может быть смоделирован в модели простым сопротивлением источника, поскольку это сопротивление зависит от других параметров, таких как возраст батареи и уровень заряда.


    Рис. 5. Кривая разрядки аккумулятора.

    Вторичные литиевые элементы демонстрируют относительно плоские кривые разряда по сравнению с первичными элементами. Разработчикам систем нравится такое поведение, потому что доступное напряжение относительно постоянно.Однако постепенная разрядка делает напряжение аккумулятора независимым от уровня остаточного заряда аккумулятора.

    Точное измерение уровня заряда
    Для определения доступного заряда батареи предпочтительны простые методы мониторинга. Они должны потреблять мало энергии и (в идеале) позволять определять уровень заряда по напряжению батареи. Однако такой метод с использованием только напряжения может привести к ненадежным результатам, поскольку четкой корреляции между напряжением и имеющимся зарядом не существует (рис. 5).Напряжение аккумулятора также зависит от температуры, и эффекты динамической релаксации могут вызвать медленное увеличение напряжения на клеммах после снижения тока нагрузки. Таким образом, мониторинг, основанный исключительно на напряжении, вряд ли обеспечит точность уровня заряда выше 25%.

    Относительный уровень заряда, часто называемый состоянием заряда (SOC), определяется как отношение остаточного заряда к зарядной емкости аккумулятора. Следовательно, поток заряда необходимо измерять и контролировать с помощью процедуры, называемой «подсчет кулонов».«На практике подсчет кулонов осуществляется путем интегрирования токов, текущих в ячейку и выходящих из нее. Для измерения этих токов с помощью АЦП высокого разрешения обычно подключают небольшой резистор последовательно с анодом.

    Fuel-Gauge Learning
    Функциональная связь между SOC аккумулятора и упомянутыми выше параметрами не может быть связана аналитически, поэтому емкость и заряд элемента должны определяться эмпирически. Отсутствуют обширные аналитические модели для расчета (с достаточной точностью) емкости аккумулятора в практических условиях эксплуатации, таких как температура, количество циклов зарядки, ток, возраст и т. Д.Теоретические модели применимы только к определенным «местным» условиям. Для определения относительных уровней заряда они применяются локально и калибруются глобально.

    Для достижения достаточной точности при использовании батареи параметры модели должны постоянно калиброваться в процессе, называемом «обучением» топливомера. В сочетании с подсчетом кулонов этот подход дает указатели уровня топлива с точностью до нескольких процентов.

    Выбор датчика уровня топлива
    Современные интегральные схемы могут определять SOC для всех типов вторичных ячеек, конфигураций ячеек и приложений.Несмотря на низкий ток питания (около 60 мкА в активном режиме и 1 мкА в спящем режиме), эти ИС обеспечивают высокую степень точности. Микросхемы топливомеров делятся на три категории (, таблица 2, ). Поскольку для многих приложений предпочтительны литиевые батареи, показанные примеры основаны на литий-ионных и литий-полимерных батареях.

    Таблица 2. Цепи указателя уровня топлива.

    Часть Тип датчика топлива IC Функция в аккумуляторном блоке Функция в хост-системе
    DS2762 Счетчик кулонов Измерение Алгоритм + дисплей
    DS2780 Указатель уровня топлива Измерение + алгоритм Дисплей
    MAX1781 Программируемый указатель уровня топлива Измерение + гибкий алгоритм Дисплей

    Кулоновские счетчики, иногда известные как мониторы батареи, представляют собой ИС, которые измеряют, подсчитывают и преобразуют параметры батареи, упомянутые выше, включая заряд, температуру, напряжение, циклы нагрузки и время. Поскольку счетчики кулонов не обрабатывают измеряемые величины, они не интеллектуальны. Одно из таких устройств, DS2762, уже включает в себя встроенный высокоточный резистор 25 мОм для измерения тока. Он контролирует температуру, напряжение и ток батареи и оснащен шиной 1-Wire®, которая позволяет считывать все показания микроконтроллером, находящимся в аккумуляторной батарее или хост-системе. Он также предлагает необходимую цепь безопасности, необходимую для вторичных литиевых элементов. В результате получается гибкая и экономичная система, требующая значительных знаний и усилий по разработке (хотя затраты компенсируются программным обеспечением, моделями и поддержкой, предоставляемой поставщиком ИС).

    Альтернативный подход к счетчику кулонов — указатели уровня топлива. Эти многофункциональные устройства выполняют процедуры измерения уровня топлива с помощью алгоритма обучения, и они выполняют все необходимые измерения самостоятельно. Указатели уровня топлива обычно используются в интеллектуальных автономных батареях, называемых интеллектуальными батареями. Поскольку разработка встроенных датчиков уровня топлива требует значительно меньше усилий, этот подход хорошо подходит для приложений, требующих быстрого вывода на рынок. Один из таких указателей уровня топлива, DS2780, позволяет хосту считывать SOC, используя шину 1-Wire.

    Другой вариант — программируемые указатели уровня топлива, которые включают встроенные микроконтроллеры, обеспечивающие значительную гибкость. MAX1781, например, включает встроенное ядро ​​RISC, EEPROM и RAM. Это устройство позволяет разработчикам реализовать модели батарей, процедуры измерения уровня топлива и измерения по мере необходимости. Встроенные драйверы светодиодов поддерживают простую, но точную индикацию SOC.

    Сводка
    Измерение уровня топлива заряжаемых аккумуляторных элементов — сложная задача из-за множества взаимозависимых параметров, которые влияют на емкость элемента.Поэтому простые методы измерения дают неточные результаты, которые подходят только для некритических приложений. Однако, используя стандартные микросхемы топливомеров, можно реализовать высокоточные и надежные датчики уровня топлива.

    Аналогичная статья появилась в сентябрьском номере журнала Battery Power Products and Technology за сентябрь 2006 г.

    1-Wire является зарегистрированным товарным знаком компании Maxim Integrated Products, Inc.


    © Maxim Integrated Products, Inc., 22 декабря 2006 г.
    Содержимое этой веб-страницы защищено законами об авторском праве США и других стран. Для запросов на копирование этого контента свяжитесь с нами.
    APP 3958: 22 декабря 2006 г.
    ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 3958, AN3958, AN 3958, APP3958, Appnote3958, Appnote 3958

    Емкость аккумулятора | PVEducation

    «Емкость батареи» — это мера (обычно в ампер-часах) заряда, накопленного батареей, и определяется массой активного материала, содержащегося в батарее. Емкость аккумулятора представляет собой максимальное количество энергии, которое может быть извлечено из аккумулятора при определенных условиях. Однако фактическая способность аккумуляторов аккумулировать энергию может значительно отличаться от «номинальной» номинальной емкости, так как емкость аккумулятора сильно зависит от возраста и прошлой истории аккумулятора, режимов зарядки или разрядки аккумулятора и температуры.

    Единицы емкости аккумулятора: Ампер-часы

    Энергия, запасенная в батарее, называемая емкостью батареи, измеряется в ватт-часах (Втч), киловатт-часах (кВтч) или ампер-часах (Ач).Наиболее распространенной мерой емкости батареи является Ач, определяемая как количество часов, в течение которых батарея может обеспечивать ток, равный скорости разряда при номинальном напряжении батареи. Единица измерения в ампер-часах обычно используется при работе с аккумуляторными системами, поскольку напряжение аккумулятора будет меняться в течение цикла зарядки или разрядки. Емкость Втч может быть приблизительно рассчитана из емкости Ач путем умножения емкости АН на номинальное (или, если известно, среднее по времени) напряжение батареи. Более точный подход учитывает изменение напряжения путем интегрирования емкости AH x V (t) за время цикла зарядки.Например, 12-вольтовая батарея емкостью 500 Ач позволяет хранить энергию приблизительно 100 Ач x 12 В = 1200 Втч или 1,2 кВтч. Однако из-за большого влияния скорости зарядки или температуры для практического или точного анализа производители аккумуляторов предоставляют дополнительную информацию об изменении емкости аккумулятора.

    Влияние скорости зарядки и разрядки на емкость

    Скорость зарядки / разрядки влияет на номинальную емкость аккумулятора. Если аккумулятор разряжается очень быстро (т.е.е., ток разряда высокий), то количество энергии, которое может быть извлечено из батареи, уменьшается, и емкость батареи ниже. Это связано с тем, что компоненты, необходимые для возникновения реакции, не обязательно имеют достаточно времени, чтобы переместиться в свои необходимые положения. Только часть всех реагентов превращается в другие формы, и поэтому доступная энергия снижается. В качестве альтернативы, если батарея разряжается очень медленно с использованием низкого тока, из батареи может быть извлечено больше энергии и емкость батареи выше.Следовательно, емкость аккумулятора должна включать скорость зарядки / разрядки. Распространенный способ определения емкости батареи — указать емкость батареи как функцию времени, которое требуется для полной разрядки батареи (обратите внимание, что на практике батарея часто не может быть полностью разряжена).

    Температура

    Температура батареи также влияет на энергию, которую можно извлечь из нее. При более высоких температурах емкость аккумулятора обычно выше, чем при более низких температурах.Однако преднамеренное повышение температуры батареи не является эффективным методом увеличения емкости батареи, так как это также сокращает срок службы батареи.

    Возраст и история батареи

    Возраст и история батареи имеют большое влияние на емкость батареи. Даже если следовать спецификациям производителя в отношении DOD, емкость аккумулятора будет оставаться на уровне номинальной емкости или близкой к ней в течение ограниченного числа циклов зарядки / разрядки. История батареи оказывает дополнительное влияние на емкость, так как если батарея была взята ниже ее максимального DOD, то емкость батареи может быть преждевременно уменьшена, и номинальное количество циклов заряда / разряда может быть недоступно.

    Методика контроля для точного определения остаточной емкости аккумулятора

    ПРЕТЕНЗИЯ ПРИОРИТЕТА

    Это приложение ссылается на все льготы, начисляемые согласно 35 USC, и заявляет о них. §119 из заявки на СИСТЕМУ МОНИТОРИНГА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, СПОСОБНОЙ ОБЕСПЕЧИТЬ ТОЧНУЮ ОСТАТОЧНУЮ ЕМКОСТЬ АККУМУЛЯТОРА, ранее поданную в Корейское ведомство промышленной собственности 30 апреля 1997 г., с должным образом присвоенным серийным номером 16856/1997 и из заявки на МОНИТОРИНГ МЕТОДИКА ДЛЯ ТОЧНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ ЕМКОСТИ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, ранее поданной в Корейское промышленное управление надлежащим образом в декабре. 26, 1997 г. и присвоенный ей серийный номер 74203/1997.

    ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    1. Область изобретения

    Настоящее изобретение относится к устройству контроля батареи, а более конкретно к методике точного измерения остаточной емкости батареи, используемой в портативных электронных устройствах.

    2. Описание предшествующего уровня техники

    Портативные компьютеры и другие электронные устройства часто получают питание от устройств хранения заряда, таких как аккумулятор.Батарея обычно перезаряжаемая и состоит из щелочных батарей в виде никель-кадмиевой (Ni-Cd) батареи или никель-металлогидридной (Ni-MH) батареи корпусного типа. Кроме того, литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы органического электролитического элемента используются в портативных электронных устройствах высокого класса. Вышеупомянутые аккумуляторные батареи требуют зарядного устройства для зарядки батарей. Зарядное устройство включает внутреннее зарядное устройство, встроенное в устройства с батарейным питанием; это зарядное устройство начнет заряжать аккумулятор всякий раз, когда устройство работает от сети переменного тока.

    Кроме того, портативные электронные устройства с батарейным питанием часто имеют возможность контролировать потребление заряда от батареи, чтобы пользователь мог определить оставшееся время использования до необходимой перезарядки или замены батареи. Одна из предшествующих систем мониторинга батареи измеряла рассеяние заряда путем измерения тока, потребляемого от батареи. Кроме того, некоторые электронные устройства и некоторые системы контроля заряда аккумулятора измеряли оставшуюся емкость аккумулятора, проверяя напряжение на клеммах аккумулятора.Эта система мониторинга включает в себя микроконтроллер, который считывает напряжение на клеммах батареи и вычисляет оставшуюся емкость, соответствующую уровню входного напряжения батареи. Величина емкости батареи преобразуется в сигнал датчика заряда батареи, предпочтительно в цифровой форме, для подачи на хост-устройство, такое как ноутбук. Хост-устройство отображает уровень заряда батареи на дисплее по запросу пользователя.

    Вышеупомянутая система мониторинга работает следующим образом. Микроконтроллер определяет, была ли задействована кнопка индикатора заряда батареи. Микроконтроллер определяет напряжение на клеммах батареи при нажатии на ключ. Входное напряжение на клеммах сравнивается с данными об уровне заряда батареи, хранящимися в памяти, а на выходе — сигнал датчика батареи, соответствующий входному напряжению на клеммах. Сохраненные данные об уровне заряда батареи соответствуют указанным интервалам напряжения типичной кривой разряда батареи. Интервалы напряжения подразделяются на несколько уровней батареи во времени, и каждый уровень заряда батареи обозначается конкретными данными емкости батареи.Сигнал датчика заряда аккумулятора подается с хост-устройства для отображения данных о емкости аккумулятора, которые обозначаются в процентах или гистограмме с помощью программного обеспечения.

    Однако вышеупомянутая система мониторинга неточна, поскольку она определяет оставшуюся емкость батареи на основе напряжения на клеммах батареи. Было обнаружено, что данные об остаточной емкости батареи зависят от температуры батареи и саморазряда батареи, а также от условий работы устройства с питанием от батареи; и в данных об остаточной емкости батареи обнаруживаются большие отклонения, несмотря на меньшее изменение фактической емкости батареи.

    Кроме того, схема отображения индикатора батареи неадекватна для того, чтобы пользователь мог получить информацию об оставшемся времени работы батареи. Таким образом, существует потребность в системе мониторинга батареи, которая может предоставить пользователю прогноз времени работы батареи при различных уровнях потребления энергии.

    В области интеллектуальных аккумуляторов были предприняты попытки обеспечить передачу точной информации на хост-устройство для управления питанием и зарядом, характерным для состояния заряда и химического состава аккумулятора.Интеллектуальная батарея оснащена специализированным оборудованием, которое под управлением программного обеспечения передает текущее состояние, а также расчетную и прогнозируемую информацию на хост системы. Подробная информация о такой интеллектуальной батарее описана в Спецификациях интеллектуальной батареи, совместно разработанных Intel и Duracell, Inc. Эти спецификации определяют решение системного уровня для интеллектуальных батарей, включая батарею, зарядное устройство и уровни программного обеспечения.

    Хотя эта спецификация обеспечивает идеальное решение многих проблем, связанных с аккумуляторами, используемыми в портативных электронных устройствах, интеллектуальное аккумуляторное устройство имеет сложную конструкцию и высокую стоимость.Таким образом, настоящее изобретение предназначено для предоставления пользователю точной информации об остаточной емкости батареи вместе с точным прогнозом оставшегося времени работы без использования интеллектуальной батареи.

    Каждый из следующих патентов раскрывает признаки, общие с настоящим изобретением, но не раскрывает и не предлагает методику точного определения остаточной емкости бессистемной батареи, как в настоящем изобретении: № 5650712 на имя Kawai et al., Озаглавленный «Метод определения остаточного тока, напряжения и температурной емкости аккумулятора путем непрерывного мониторинга», U.С. Пат. № 5 541 489, выданный Dunstan, под названием Smart Battery Power Availability Feature, основанная на характеристиках батареи, Патент США No. Патент США № 5600230, выданный Dunstan, озаглавленный «Интеллектуальная батарея, обеспечивающая программируемую остаточную емкость и время работы». Патент США № 5648717, Uskali, озаглавленный «Измеритель заряда аккумулятора с интегратором тока и способ измерения заряда аккумулятора», Патент США No. № 5,656,919 на имя Proctor et al., Под названием «Устройство и способ точного мониторинга и индикации состояния заряда батареи», U.С. Пат. № 5,563,496, McClure, под названием Battery Monitoring and Charging Control Unit, патент США No. Патент США № 5652502 на имя van Phuoc et al., Озаглавленный «Аккумуляторная батарея, имеющая управляемую процессором операционную систему аккумулятора», патент США № № 5444378, Rogers, под названием Battery State Of Charge Monitor, Патент США. Патент США № 5 191 291 на имя Тейлора, озаглавленный «Способ и устройство для определения рабочих характеристик вторичных батарей», патент США № № 5,659,240 на имя King, озаглавленное «Интеллектуальное зарядное устройство для аккумуляторов систем электропривода», U. С. Пат. № 5688027, выданный Hiratsuka et al., Под названием «Аккумуляторная батарея, включающая монитор внутренней емкости для групп мониторинга аккумуляторных элементов», Патент США No. Патент США № 5703471 на имя Bullock et al., Озаглавленный «Схема защиты батареи для ограничения параметров зарядки аккумуляторного завода», патент США №5703471, выданный Bullock et al. No. 5606243, Sakai et al., Под названием Battery State Judging Apparatus, Патент США. № 5,592,094 на имя Итикавы, озаглавленный «Метод расчета характеристик разряда батареи и устройство для измерения оставшейся емкости батареи», U.С. Пат. Патент США № 5,561,362, выданный Кавамуре и др., Озаглавленный «Измеритель остаточной емкости и способ обнаружения для аккумуляторной батареи электромобиля», патент США №5,561,362. Патент США № 5631540, Nguyen, озаглавленный «Способ и устройство для прогнозирования оставшейся емкости и времени резерва батареи при разряде», патент США No. Патент США № 5656919 на имя Proctor et al., Озаглавленный «Устройство и способ для точного мониторинга и индикации состояния заряда батареи», патент США № No. 5,710,503, Sideris et al., Под названием «Система мониторинга батареи в режиме онлайн с возможностью обнаружения дефектных ячеек», U.С. Пат. № 5412307 на имя Yoshinatsu, озаглавленное «Устройство для определения остаточной емкости», патент США № Патент США № 5012176 на имя LaForge, озаглавленный «Аппарат и способ калориметрического определения состояния заряда батареи», патент США No. № 5,545,969, Hasegawa, озаглавленная «Система отображения остаточной емкости аккумулятора с разделом вычисления количества разряженной электроэнергии», патент США № Патент США № 5744963 на имя Arai et al., Озаглавленный «Устройство для измерения остаточной емкости аккумулятора и способ измерения напряжений холостого хода при запуске и прекращении подачи энергии аккумулятором», U.С. Пат. № 5394089, Clegg, под названием Battery Monitor, который показывает оставшуюся емкость посредством непрерывного мониторинга мгновенного потребления энергии относительно ожидаемых скоростей гиперболического разряда, патент США No. Патент США № 5422822 на имя Toyota et al., Озаглавленный «Устройство для обнаружения остаточно сохраненной энергии в аккумуляторной батарее и устройство для предупреждения о снижении остаточно сохраненной энергии в аккумуляторной батарее», Патент США №5,422,822. № 5,518,835, Simmonds, под названием «Устройство для определения остаточной емкости вторичных элементов», U.С. Пат. No. 5614829, Song, озаглавленный «Метод измерения состояния заряда с использованием многоуровневого уравнения Пейкерта», патент США No. Патент США № 5617324 на имя Arai, озаглавленный «Способ и устройство измерения оставшейся емкости батареи», патент США Патент США № 5650712, выданный Kawai et al., Озаглавленный «Способ определения остаточного тока, напряжения и температурной емкости аккумулятора путем непрерывного мониторинга», патент США № № 5,341,084, Gotoh et al., Озаглавленный «Способ и устройство для определения и индикации остаточной емкости батареи», U.С. Пат. Патент США № 5672973 на имя Arai et al., Озаглавленный «Устройство для контроля остаточной емкости аккумулятора в нескольких режимах», патент США № № 5789923 на имя Shimoyama et al. , Под названием «Устройство для измерения остаточной емкости батареи», патент США № № 5,809,449 на имя Harper, озаглавленный «Индикатор тока батареи для портативных устройств», патент США No. №5,699,050, Kanazawa, под названием Battery Capacity Meter, Патент США. № 5635842, выданный Yokoo et al., Под названием «Способ оценки остаточной емкости батареи» и патенте США No. № 5,680,027, Hiratsuka et al.под названием «Аккумуляторная батарея, включая монитор внутренней емкости для групп контроля аккумуляторных элементов».

    СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Таким образом, целью изобретения является создание системы мониторинга батареи, которая может точно определять остаточную емкость бессистемной батареи с учетом изменения температуры батареи, величины саморазряда батареи и количества разряд батареи от хост-устройства.

    Другой целью настоящего изобретения является создание системы мониторинга батареи, которая может предоставлять пользователю точную информацию об оставшейся емкости батареи, а также об оставшемся времени работы главного устройства.

    В соответствии с настоящим изобретением система мониторинга батареи включает в себя: детектор напряжения для определения напряжения на клеммах батареи и для создания сигнала напряжения на клеммах, соответствующего обнаруженному напряжению батареи; датчик температуры для измерения температуры батареи и для выработки сигнала температуры батареи, соответствующего измеренной температуре батареи; датчик тока для измерения тока нагрузки батареи и для формирования сигнала тока нагрузки, соответствующего измеренному току нагрузки батареи; детектор для определения уровня энергосбережения, установленного в портативном электронном устройстве и устройстве отображения; и калькулятор для вычисления остаточной емкости аккумулятора на основе обнаруженного напряжения аккумулятора и прогнозируемого оставшегося времени работы устройства на основе обнаруженного тока нагрузки и для корректировки вычисленной остаточной емкости в соответствии с сигналом температуры аккумулятора и током нагрузки. сигнал, а также прогнозируемое оставшееся время работы в соответствии с установленным уровнем энергосбережения устройства, результирующая остаточная емкость и прогнозируемое оставшееся время работы устройства, подаваемые на портативное электронное устройство, чтобы отображать скорректированную остаточную емкость аккумулятора и оставшееся время работы устройства.

    Кроме того, в соответствии с изобретением предоставляется способ измерения остаточной емкости бессистемной батареи, используемой в главном устройстве, при этом способ включает следующие этапы: определение напряжения на клеммах батареи; вычисление оставшейся емкости батареи из обнаруженного напряжения батареи; обнаружение, по меньшей мере, одного фактора окружающей среды, вызывающего неточность расчетной оставшейся емкости батареи; определение того, требуется ли корректировка расчетной оставшейся емкости батареи в соответствии с обнаруженным по меньшей мере одним фактором окружающей среды; корректировку расчетной оставшейся емкости аккумулятора на основании, по меньшей мере, одного фактора окружающей среды; и создание скорректированной остаточной емкости батареи для отображения ведущим устройством.

    По меньшей мере один фактор окружающей среды, содержащий по меньшей мере одно из: изменение температуры батареи, степень саморазряда батареи и степень разряда батареи от главного устройства.

    Этап коррекции оставшейся емкости аккумулятора, содержащий этапы: вычитания значения, соответствующего изменению температуры аккумулятора, из вычисленной оставшейся емкости аккумулятора, если температура аккумулятора выше, чем заданная температура окружающей среды; добавление значения, соответствующего изменению температуры батареи, к вычисленной оставшейся емкости батареи, если температура батареи ниже, чем заданная температура окружающей среды.

    Кроме того, предоставляется способ индикации оставшегося времени работы главного устройства, когда оно питается от батареи, при этом способ включает: определение напряжения на клеммах батареи; определение текущего значения, разряженного аккумулятором; вычисление доступного времени работы устройства на основе обнаруженного напряжения на клеммах аккумулятора и значения тока; обнаружение по меньшей мере одного фактора, относящегося к энергосбережению, установленного в главном устройстве; определение, требуется ли коррекция рассчитанного оставшегося времени работы в соответствии с обнаруженным по меньшей мере одним фактором, относящимся к экономии энергии; корректировку вычисленного оставшегося времени работы на основе по меньшей мере одного фактора, относящегося к экономии энергии; и создание скорректированного оставшегося времени работы для отображения ведущим устройством.

    По меньшей мере один фактор, связанный с энергосбережением, содержащий: по меньшей мере, одно из изменения уровня энергосбережения, установленного в настройке управления энергопотреблением ПЗУ BIOS, и уровня энергосбережения дисплея, установленного в свойстве отображения операционной системы.

    КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

    Более полное понимание изобретения и многих сопутствующих ему преимуществ станет очевидным по мере того, как оно станет более понятным со ссылкой на следующее подробное описание при рассмотрении вместе с сопроводительными чертежами. в которой одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые или подобные компоненты, при этом:

    Фиг.1 — диаграмма, изображающая более раннюю систему мониторинга батареи, которая отображает данные остаточной емкости батареи на основе уровня напряжения, обнаруженного от батареи;

    РИС. 2 — блок-схема, показывающая работу системы мониторинга по фиг. 1;

    РИС. 3 — график, показывающий типичную кривую напряжения разряда аккумуляторной батареи;

    РИС. 4 — схема, показывающая индикатор заряда батареи, отображаемый на экране монитора портативного компьютера;

    РИС. 5 — блок-схема, изображающая систему мониторинга батареи в соответствии с настоящим изобретением;

    РИС.6 — схема, изображающая способ обучения, принятый в системе мониторинга батареи по фиг. 5, для определения остаточной емкости батареи в соответствии с настоящим изобретением;

    РИС. 7 — блок-схема, показывающая работу системы мониторинга по фиг. 5;

    РИС. 8 — график, показывающий кривые напряжения разряда, построенные в соответствии с изменением температуры батареи;

    РИС. 9 — график, показывающий изменение напряжения батареи в зависимости от саморазряда батареи;

    РИС.10 — график, показывающий кривые напряжения разряда, построенные в соответствии с изменением тока нагрузки батареи; и

    ФИГ. 11 — схема, показывающая датчик заряда батареи, отображаемый на экране монитора в соответствии с настоящим изобретением.

    ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

    ФИГ. 1-4 иллюстрируют более раннюю систему мониторинга батареи, описанную выше в описании уровня техники. Система мониторинга батареи включает микроконтроллер 20, батарею 10, хост-устройство 30 и дисплей 40.Vin — это уровень напряжения, который определяется микроконтроллером 20 по напряжению на клеммах батареи 10. Уровень входного напряжения преобразуется в предварительно определенное значение оставшейся емкости батареи для получения сигнала датчика Vs батареи, который подается на главное устройство. 30.

    Как показано на фиг. 2, на этапе S22 микроконтроллер 20 определяет, была ли задействована кнопка отображения индикатора заряда батареи. Микроконтроллер 20 определяет напряжение на клеммах батареи на этапе S24, и напряжение Vin сравнивается с данными об уровне заряда батареи, хранящимися в памяти.Микроконтроллер 20 выводит сигнал Vs датчика заряда батареи, соответствующий данным уровня заряда батареи на этапе S26, и данные остаточной емкости батареи отображаются на дисплее 40 ведущего устройства на этапе S28.

    Как показано на фиг. 3, сохраненные данные об уровне заряда батареи соответствуют обозначенным интервалам напряжения Vs1-Vs6 типичной кривой разряда батареи. Интервалы напряжения подразделяются на шесть уровней батареи от нуля до F точек с течением времени, и каждый уровень заряда батареи обозначается конкретными данными емкости батареи от 100 до 10%.Например, если обнаруженное напряжение на клеммах соответствует данным уровня заряда батареи, которые попадают в интервал напряжения Vs2, между точками A и B, данные емкости батареи будут представлены в виде 80% как остаточная емкость батареи.

    РИС. 4 показывает индикатор заряда батареи, отображаемый на экране монитора портативного компьютера. Индикатор заряда батареи отображается в окне W13, включая строку заголовка W11 и информацию о текущем уровне заряда батареи и оставшейся емкости батареи. Оставшаяся емкость аккумулятора обозначается в процентах, а также обозначается гистограммой W12 с помощью программного обеспечения.

    Ссылаясь на фиг. 5 показана система мониторинга батареи в соответствии с настоящим изобретением. Система 60 мониторинга батареи включает в себя микроконтроллер 62, блок 64 батарей, схему 65 определения температуры батареи, схему 66 определения напряжения батареи, схему 67 определения положения яркости и схему 68 определения тока нагрузки. Микроконтроллер 62 соединен с ведущее устройство 50, такое как портативный компьютер. Главное устройство 50 включает в себя контроллер, такой как основная плата компьютера, дополнительная плата 52, запоминающее устройство 54, память 56, ЖК-дисплей 58 и контроллер 59 задней подсветки ЖК-дисплея.Ведущее устройство 50 дополнительно включает в себя преобразователь 42 постоянного тока в постоянный и схему 44 зарядки аккумулятора. Адаптер 46 переменного тока подключен к преобразователю 42 постоянного тока в постоянный ток и схеме 44 зарядки аккумулятора. Схема 44 зарядки подключена к блоку 64 аккумулятора.

    Хост-устройство 50 обычно питается от аккумуляторной батареи 64 и, альтернативно, от адаптера 46 переменного тока, который может быть подключен к розетке переменного тока. Выходной постоянный ток адаптера 46 переменного тока подается в схему 44 зарядки и преобразователь 42 постоянного тока в постоянный, так что зарядное устройство 44 может заряжать аккумуляторный блок 64 всякий раз, когда устройство питается от источника переменного тока.Кроме того, когда мощность переменного тока не используется, мощность постоянного тока аккумуляторной батареи 64 подается на вход преобразователя 42 постоянного тока в постоянный ток. Преобразователь 42 постоянного тока в постоянный ток вырабатывает соответствующие рабочие напряжения, необходимые для главного устройства.

    Батарейный источник питания 64 обычно включает в себя множество аккумуляторных элементов, таких как никель-металлгидридные аккумуляторные элементы, и внутри блока предусмотрен термистор для измерения температуры поверхности аккумуляторной батареи во время операции зарядки или разрядки аккумуляторной батареи. Аккумулятор 64 имеет вывод измерения температуры, подключенный к входу схемы 65 определения температуры аккумулятора.Схема 65 определения температуры батареи определяет значение сопротивления термистора и вводит его в микроконтроллер 62. Кроме того, схема 66 определения напряжения батареи определяет напряжение на клеммах батареи и подает его на другой вход микроконтроллера 62. Кроме того, определение тока нагрузки Схема 68 определяет ток нагрузки на входе питания ведущего устройства 50 и подает его на другой вход микроконтроллера 62. Таймер 63, предусмотренный в микроконтроллере 62, начинает отсчет времени, когда аккумуляторная батарея достигает состояния полной зарядки.

    Кроме того, схема 67 определения положения яркости определяет значение яркости контроллера 59 задней подсветки ЖК-дисплея и отправляет его на другой вход микроконтроллера 62. Хост-устройство 50 проверяет состояние настройки управления питанием системы, сохраненное в ПЗУ BIOS, Базовая система ввода / вывода (BIOS), постоянное запоминающее устройство (ROM) компьютерной системы, а также условие настройки управления питанием дисплея в части дисплея общей операционной системы для обеспечения этих условий микроконтроллеру 62.Микроконтроллер 62 выполняет функцию мониторинга производительности батареи, а также энергопотребления главного устройства в соответствии с изобретением; и он выдает точные данные об остаточной емкости аккумулятора вместе с прогнозируемым оставшимся временем работы ведущего устройства с учетом изменений температуры аккумулятора, степени саморазряда аккумулятора, степени разряда аккумулятора от ведущего устройства, яркости уровень устройства задней подсветки жидкокристаллического дисплея (LCD), уровень энергосбережения, установленный в главном устройстве, и уровень энергосбережения дисплея, установленный в общей операционной системе.

    Способ определения остаточной емкости батареи и оставшегося времени работы ведущего устройства, выполняемый в микроконтроллере 62, будет описан со ссылкой на фиг. 6 и фиг. 7. Фиг. 6 иллюстрирует способ обучения для определения остаточной емкости батареи и оставшегося времени работы, принятый в микроконтроллере 62, а фиг. 7 показывает работу системы мониторинга по фиг. 5. На фиг. 6, данные Vin напряжения на клеммах аккумулятора, обнаруженные схемой 66 определения напряжения аккумулятора, вводятся в микроконтроллер 62.Кроме того, данные ΔT температуры аккумулятора от схемы 65 определения температуры аккумулятора, данные ΔD таймера от таймера 63, предусмотренного в микроконтроллере 62, представляющие величину саморазряда аккумулятора, данные ΔL тока нагрузки от схемы 68 обнаружения тока нагрузки, представляющие текущий скорость разряда батареи также вводятся в микроконтроллер 62.

    Кроме того, значение яркости ΔB от детектора 67 положения яркости, величина экономии энергии ΔP настройки управления питанием в BIOS 50a системы и управление питанием дисплея данные настройки из части отображения или свойства операционной системы 50b также вводятся в микроконтроллер 62.

    Выходами микроконтроллера 62 являются расчетные данные остаточной емкости батареи и прогнозируемое оставшееся время работы ведущего устройства 50.

    Микроконтроллер 62 добавляет изменения температуры батареи ΔT, величины саморазряда батареи ΔD и величины разряд батареи ΔL на данные остаточной емкости батареи, полученные в микроконтроллере 62, на основании кривой напряжения разряда батареи (G1) на фиг. 8, который показан при температуре окружающей среды (25 градусов по Цельсию), времени саморазряда от 30 минут до одного часа и токе нагрузки примерно при двух часах использования батареи.

    Данные остаточной емкости аккумулятора, соответствующие данным Vin напряжения на клеммах, сначала корректируются в соответствии с изменениями температуры ΔT аккумулятора. Как можно видеть на кривых разряда батареи G2 и G3, показанных на фиг. 8, напряжение разряда батареи увеличивается при более высокой температуре и уменьшается при более низкой температуре по сравнению с температурой окружающей среды. Например, при температуре окружающей среды обнаруженное напряжение батареи 12,4 В соответствует 50% емкости батареи согласно графику G1.Однако при более высокой температуре такое же напряжение батареи может составлять 20% емкости батареи в соответствии с кривой разряда G2. Кроме того, при более низкой температуре такое же напряжение батареи может составлять 80% емкости батареи в соответствии с кривой разряда G3. Таким образом, микроконтроллер 62 определяет изменение температуры ΔT и преобразует его в значение, чтобы скорректировать данные напряжения входной клеммы, так что значение добавляется к напряжению входной клеммы или вычитается из нее. Дальнейшая коррекция может быть произведена с учетом следующих факторов: арифметические данные о разнице в химическом составе батарей, производителе и типе.

    Во-вторых, данные Vs остаточной емкости батареи, соответствующие данным Vin напряжения на клеммах, корректируются в соответствии с изменением саморазряда во времени. Как можно увидеть на кривой напряжения разряда батареи, показанной на фиг. 9, напряжение батареи уменьшается на небольшую величину по сравнению с состоянием полного заряда, когда батарея не используется. Микроконтроллер 62 проверяет данные таймера ΔD от таймера 63, чтобы вычислить время саморазряда, отсчитываемое от конечной точки заряда батареи.Время саморазряда преобразуется в значение для корректировки данных о напряжении на входных клеммах, так что значение добавляется к напряжению на входных клеммах.

    Наконец, данные Vs остаточной емкости аккумулятора, соответствующие данным Vin напряжения на клеммах, корректируются в соответствии с изменением данных ΔL тока нагрузки, вызванным током, потребляемым хостом системы. Как можно видеть на кривых напряжения разряда G4, G5 и G6, показанных на фиг. 10, напряжение батареи изменяется в зависимости от тока нагрузки, разряженного из главного устройства.Кривая разряда G4 была построена при высоком токе нагрузки. Напряжение аккумулятора снижается при полном доступе хост-устройства. С помощью этой кривой G4 можно получить 50% данных остаточной емкости батареи, например, несмотря на то, что фактическая оставшаяся емкость батареи составляет от 60% до 70%. При нормальном токе нагрузки строится кривая G5 напряжения разряда, по которой 50% данных остаточной емкости батареи могут соответствовать фактической оставшейся емкости батареи. В случае низкого тока нагрузки, когда операция управления питанием выполняется в главном устройстве, строится кривая напряжения разряда G6, с помощью которой можно получить 50% данных остаточной емкости батареи, несмотря на то, что фактическая оставшаяся емкость батареи составляет от 30% до 40%.Корректировка выполняется таким образом, что изменение данных ΔL тока нагрузки преобразуется в коэффициент, применяемый к полученным данным остаточной емкости батареи; а при большом токе нагрузки в основном коэффициент обозначается 1С. Для нормальных и малых токов нагрузки обозначенные коэффициенты составляют 0,5 ° C и 0,2 ° C соответственно.

    Кроме того, микроконтроллер 62 вычисляет прогнозируемое оставшееся время работы ведущего устройства 50 на основе текущей скорости текущей разрядки батареи, обнаруженной детектором 68 тока нагрузки, и напряжения на клеммах батареи.Таким образом, вычисленный уровень потребляемой мощности корректируется так, что изменение уровня ΔP энергосбережения преобразуется в коэффициент и добавляется к текущему уровню потребляемой мощности. Если уровень энергосбережения системы управления питанием (PMS) установлен на один из низкого / среднего / высокого уровня, соответствующее условие настройки снизит уровень потребляемой мощности при срабатывании каждого таймера управления мощностью. В этом случае поправочный коэффициент может быть установлен ниже единицы (1) при условии, что условие выключения энергосбережения преобразовано в коэффициент, имеющий значение единицы.Кроме того, изменение значения управления яркостью ΔB, обнаруженное детектором 67 положения яркости, преобразуется в коэффициент и применяется к текущему уровню потребляемой мощности. Если значение положения яркости уменьшается ниже заданного значения, коэффициент коррекции будет установлен ниже единицы, что снижает текущую потребляемую мощность. Точно так же изменение условия настройки управления мощностью дисплея приводит к корректировке текущего уровня потребляемой мощности, поскольку условие настройки будет уменьшать или отключать мощность, подаваемую на устройство дисплея, когда срабатывает соответствующий таймер.

    Вкратце, работа системы мониторинга батареи будет описана со ссылкой на фиг. 7. Микроконтроллер 62 обнаруживает напряжение на клеммах немой Ni-MH батареи, когда это запрашивается пользователем на этапе S102. При этом микроконтроллер 62 преобразует обнаруженное напряжение на клеммах в данные остаточной емкости на этапе S104 на основании типичной кривой разряда батареи, как показано на фиг. 3. Затем микроконтроллер 62 обнаруживает ток нагрузки, чтобы вычислить текущий уровень потребляемой мощности ведущего устройства на этапе S106.Дальнейшее вычисление выполняется на этапе S108, чтобы получить прогнозируемое оставшееся время работы ведущего устройства на основе информации о текущем уровне потребляемой мощности.

    Затем температура аккумулятора и данные таймера обнаруживаются на этапе S110 для определения изменения температуры ΔT по сравнению с температурой окружающей среды и для определения величины ΔD саморазряда аккумулятора.

    На этапе S112 определяется, существуют ли вариации ΔT, ΔL и ΔD.Если существует, по меньшей мере, одно из изменений ΔT, ΔL и ΔD, микроконтроллер 62 корректирует данные остаточной емкости аккумулятора в соответствии со значением факторов окружающей среды аккумулятора на этапе S114. Кроме того, уровень энергосбережения PMS и уровень яркости задней подсветки ЖК-дисплея проверяется на этапе S116, чтобы определить, существуют ли вариации ΔP и ΔB на этапе S118.

    Если существует по меньшей мере одно из вариаций ΔP и ΔB, микроконтроллер 62 корректирует данные об оставшемся времени работы, полученные на этапе S108, в соответствии со значениями факторов, связанных с энергосбережением ведущего устройства 50, на этапе S120.

    Наконец, результирующие данные о емкости аккумулятора, а также данные об оставшемся времени работы подаются в главное устройство 50, чтобы отображать остаточную емкость аккумулятора и оставшееся время работы на этапе S122. Один пример индикатора батареи, который отображает указанную выше остаточную емкость батареи и оставшееся время работы на экране монитора портативного компьютера, показан на фиг. 11. Здесь индикатор заряда батареи отображается окном W20, включающим в себя строку W22 заголовка и внутри нее информацию о текущем уровне заряда батареи, оставшейся емкости батареи и доступном времени работы устройства.С помощью программного обеспечения оставшаяся емкость аккумулятора обозначается в процентах и ​​гистограммой W24. Кроме того, доступное время работы обозначается часами и минутами и гистограммой W26, которая предоставляет пользователю точное и легкое определение оставшейся емкости аккумулятора и доступного времени работы.

    Как очевидно из вышеприведенного описания, система мониторинга батареи по настоящему изобретению обеспечивает точные данные остаточной емкости бессистемной батареи, соответствующие напряжению на клеммах батареи, с учетом изменений температуры батареи, величины саморазряда батареи и количества батареи. разряд с хост-устройства.Кроме того, это изобретение обеспечивает точное указание оставшегося времени работы устройства с помощью простой конструкции. Следовательно, в электронном устройстве с батарейным питанием, использующем немую Ni-MH батарею, может быть предусмотрена экономичная и более предсказуемая система мониторинга батареи.

    Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается конкретным вариантом осуществления, раскрытым в данном документе как наилучший режим, предполагаемый для осуществления настоящего изобретения, а скорее, что настоящее изобретение не ограничивается конкретным вариантом осуществления, описанным в этом описании, за исключением того, что определено в прилагаемой формуле изобретения.

    Увеличьте срок службы узла за счет остаточной емкости аккумулятора в мобильных Adhoc-сетях

    [1] Санджив Гангвар, Кришан Кумар, Мобильные специализированные сети: подробный обзор протоколов маршрутизации QoS »Международный журнал распределенных и параллельных систем (IJDPS) Vol.2, No. 6, ноябрь (2011).

    DOI: 10.5121 / ijdps.2011.2626

    [2] С.Э. Перкинс, Э. М. Ройер, Специальная дистанционная векторная маршрутизация по требованию. Семинар IEEE по мобильным вычислительным системам и приложениям, стр. 90-100, (1999).

    DOI: 10.1109 / mcsa.1999.749281

    [3] М.К. Тилагам, М. МоханРадж, Многоадресная многопутевая энергоэффективная маршрутизация в мобильных adhoc-сетях International Journal of Mathematics Trends and Technology, Vol. 3 (2012).

    [4] Хайдар Сафа, Омар Мирза, Алгоритм динамической энергоэффективной кластеризации для Международной конференции MANET IEEE по беспроводным и мобильным вычислениям, сетям и связи (2008).

    DOI: 10.1109 / wimob.2008.67

    [5] С.Мутумари Лакшми, Л. Тирунадана сикамани, Энергетическая многоадресная оппортунистическая маршрутизация (Eamor) для оптимизации срока службы manet, Международная конференция по текущим тенденциям в области инженерии и технологий, (2013).

    DOI: 10.1109 / icctet.2013.6675948

    [6] Джионг Ван, Сириша Медиди, Протокол специальной маршрутизации Density-first для MANET на третьей международной конференции (2008 г.).

    DOI: 10.1109 / comswa.2008.4554469

    [7] Голла варапрасад, Алгоритм многоадресной рассылки с высокой стабильностью питания для мобильных adhoc сетей, журнал датчиков IEEE, том 13, стр.1442-1446, (2013).

    DOI: 10.1109 / jsen.2012.2236552

    Разработка технологии диагностики износа литий-ионных аккумуляторов

    Шухей Окада 1 Сатоши Ёситакэ 1 Юки Томинага 2 Акихиро Анекава 2

    Износ литий-ионных аккумуляторов наблюдается после повторяющихся циклов зарядки / разрядки или длительного хранения.Ухудшение часто проявляется в уменьшении емкости или увеличении внутреннего сопротивления батарей. Измерение сопротивления переменному току (ACR) с помощью анализатора частотной характеристики (FRA) — хорошо известный метод анализа износа батарей. В этом документе представлена ​​недавно разработанная технология Yokogawa для оценки ACR по любым сигналам. Эта технология подразумевает возможность диагностики износа аккумулятора на месте. Чтобы проверить выполнимость для транспортных средств, были использованы фактические формы напряжения и тока движущихся транспортных средств.

    1. Отдел развития рынка, штаб-квартира инноваций
    2. Автомобильный научно-исследовательский центр, Honda R&D Co., Ltd.

    ВВЕДЕНИЕ

    Yokogawa стремится предоставлять комплексные аккумуляторные решения не только в области исследований и разработки аккумуляторов, но и в новых расширенных областях, таких как их производство, эксплуатация, вторичное использование и переработка. С 2011 года эти результаты предоставляются производителям аккумуляторов и пользователям в качестве решений для измерения аккумуляторов.

    В последнее время, в связи с проблемами безопасности, привлекает внимание технология мониторинга аккумуляторных батарей во время работы. В настоящее время важной функцией является мониторинг напряжения и температуры аккумуляторных элементов. Yokogawa считает, что мониторинг износа батарей также станет важной функцией, и Yokogawa продолжает исследования и разработки в области соответствующих технологий.

    В этом документе представлена ​​основная технология, разработанная исследовательскими и опытно-конструкторскими группами Yokogawa, а также возможность диагностики износа автомобильных аккумуляторов, выясненная в результате совместных исследований с Honda R&D Co., Ltd. (далее Honda).

    ИСТОРИЯ

    Рисунок 1 Последовательность вычислений
    Обработка для оценки ACR
    Рисунок 2 Измерительная система для поверочного испытания

    Рисунок 3 Модель эквивалентной схемы, используемой для фитинга

    Известно, что литий-ионные батареи изнашиваются после повторяющихся циклов зарядки / разрядки или длительного хранения, что приводит к снижению емкости или увеличению внутреннего импеданса батарей.Таким образом, было опубликовано множество исследований с использованием характеристик сопротивления переменному току (ACR), измеренных анализатором частотной характеристики (FRA) в качестве метода анализа ухудшения качества (1) .

    Однако на месте, где работают батареи, трудно ожидать идеальных условий для измерения, подобных тем, которые существуют в лабораториях. Например, измерение их отклика на переменный ток для анализа при приостановке их работы нецелесообразно при рассмотрении стоимости и эксплуатации для измерения.

    Для решения этой проблемы компания Yokogawa разработала новую технологию, которая позволяет оценивать ACR по осциллограммам во время работы батарей без выполнения измерений для диагностики, требующей приостановки работы батарей. Предполагая использование этой технологии в транспортных средствах, ее осуществимость была проверена с использованием схем движения транспортных средств, полученных из управления ускорением, принятого для городской территории с контролем ускорения (2) .

    ТЕХНОЛОГИЯ ОЦЕНКИ ACR С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИГНАЛЬНЫХ ВОЛН РАБОЧИХ БАТАРЕЙ

    Рисунок 4 Различия в абсолютном значении импеданса
    между измеренными и оцененными ACR

    Обычно при измерении ACR измеряется отклик на переменный сигнал на желаемой частоте, а затем на его основе вычисляется ACR с использованием дискретного преобразования Фурье (DFT) или быстрого преобразования Фурье (FFT).

    Недавно разработанная технология использует обратное преобразование Лапласа для оценки ACR по любым формам сигнала работающих батарей. Этот метод может устранить такое снижение точности вычислений, которое наблюдается при использовании DFT или FFT, которое вызвано неоднородностью данных на обоих концах выбранного интервала формы сигнала для интегрирования.

    Полученные данные формы сигнала делятся на ступенчатые характеристики через соответствующие интервалы времени. Эта обработка упрощает выполнение вычислений с использованием обратного преобразования Лапласа, позволяя выполнять быстрые вычисления при сохранении точности оценки.Разделенные данные формы сигнала используются для определения констант предварительно определенной модели эквивалентной схемы для батарей, а затем на основе полученных констант схемы вычисляется оценочный ACR на заданной частоте.

    Таким образом, этот метод теоретически может рассчитать ACR по любой форме сигнала отклика. На рисунке 1 показан процесс этой обработки.

    ОБЗОР ПРОВЕРКИ

    В этом проверочном тесте использовались формы сигналов, полученные от аккумуляторов в схеме движения транспортного средства, принятой для городской местности.Все семь тестируемых аккумуляторных элементов предназначены для автомобильного применения. Один из них почти новый, а шесть других различаются степенью износа, при этом сохраняется емкость от 57,2 до 85,4%. Обратите внимание, что температура всех элементов батареи контролируется в камере термостата. На рисунке 2 показана система измерения. Измеренные данные о напряжении и токе отправляются на ПК для измерения. Расчет для оценки ACR также выполняется на этом ПК.

    На рисунке 3 показана модель эквивалентной схемы для используемых батарей.Например, когда ток подается в соответствии с функцией единичного шага u (t), 0 A при t <0 и 1 A при t> = 0, форма волны напряжения в ответ выражается следующим уравнением:

    В этом уравнении R 1 , R 2 , C 2 , R 3 , C 3 и CPE 4 ( P 4 и T 4 ) — константы, которые необходимо определить путем подгонки для оценки ACR с использованием схемы движения транспортного средства. CPE 4 — элемент постоянной фазы (CPE), и P 4 — показатель CPE, а T 4 — постоянная CPE. CPE 4 используется для выражения части рассеянного сопротивления батарей. Поскольку R 5 и L 5 в основном зависят от внутренней структуры батареи и не подвержены ее износу, они считаются фиксированными константами, которые получаются путем отдельной установки с использованием регулярных переменных сигналов. .

    Кроме того, ACR измеряются анализатором импеданса с использованием регулярных переменных сигналов для справки при различных условиях температуры и состояния заряда (SOC).

    Рисунок 5 Сравнение диаграмм Найквиста измеренных и оцененных ACR

    РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

    Рисунок 6 Измеренная импульсная характеристика и ее моделирование
    для ячейки №. 1 при 50% SOC и температуре 25 ° C

    При различных условиях измерения различия между измеренными ACR и оценками, полученными на основе режима движения транспортного средства, были подтверждены для семи аккумуляторных элементов.

    В условиях температуры 25 ° C и 50% заряда батареи, как показано на рисунке 4, разница в абсолютных значениях импеданса между измеренным и расчетным ACR составляет менее ± 5% в диапазоне от 0,1 Гц до 1 кГц, за исключением наиболее изношенной ячейки (№ 7) с сохранением емкости 57,2%. На рисунке 5 показано сравнение измеренных и оцененных значений ACR с использованием диаграмм Найквиста.

    В этих условиях ACR, оцененные на основе модели движения транспортного средства, показывают характеристики, близкие к измеренным ACR.

    Это означает, что состояние износа аккумуляторов в транспортных средствах во время работы можно контролировать, сохраняя в транспортных средствах для справки характеристики износа ACR аккумуляторов, полученные в лаборатории.

    Между тем, в условиях низких температур -10 ° C или низкого уровня заряда батареи 10% наблюдаются относительно большие различия между измеренным и расчетным ACR.

    Рисунок 7 Измеренная импульсная характеристика и ее моделирование
    для ячейки №.1 при 10% SOC и температуре -10 ° C

    Мы считаем, что эти различия связаны с различием как статических, так и динамических характеристик. Можно сказать, что измерения ACR измеряют статические характеристики, используя стабильные простые сигналы гармонических колебаний, и что ACR, оцененный на основе режима движения транспортного средства, оценивает динамические характеристики, используя сигналы, динамически колеблющиеся с высокой скоростью тока, без периодичности и ниже в условиях относительно крупномасштабного саморазогрева и колебания ПОУ.

    Мы предположили, что большие различия возникли из-за того, что эти характеристики легко повлияли на получаемые ACR, особенно в условиях низкой температуры или низкого SOC.

    Чтобы подтвердить это предположение, мы сравнили фактическую импульсную характеристику с моделируемой характеристикой, оцененной на основе измерения ACR. Первые представляют собой фактические динамические характеристики, а последние представляют смоделированные динамические характеристики, полученные из статических характеристик.Сравнивали падение напряжения через пять секунд после подачи импульса.

    На рис. 6 показаны результаты измерений и моделирования для ячейки № 1 при 50% SOC и температуре 25 ° C. Разница результатов между ними составляет примерно 4%. На рис. 7 показаны результаты для той же ячейки при 10% SOC и температуре -10 ° C. В этом случае разница составляет примерно 17%.

    Следовательно, было подтверждено, что существенные различия во внутреннем импедансе батарей возникают в зависимости от того, измеряются ли статические или динамические характеристики.

    РАЗРЕШЕМЫЕ ПРОБЛЕМЫ

    Нам удалось успешно проверить возможность применения новой разработанной технологии в аккумуляторных батареях в транспортных средствах. Однако стало ясно, что эта технология требует технологического усовершенствования, потому что характеристики батарей значительно колеблются при низких значениях SOC или температуре. Кроме того, проверка, учитывающая влияние шума, также необходима, поскольку данные формы волны, используемые в этом испытании, не включают электрические шумы, излучаемые движущимися транспортными средствами.

    ПРОГНОЗ ОСТАТОЧНОГО СРОКА СЛУЖБЫ БАТАРЕЙ

    Рисунок 8 Характеристики сохранения емкости
    аккумуляторных элементов с разной историей использования

    До сих пор сообщалось о многих типах моделей износа батарей. Большинство из них однозначно предсказывают остаточный срок службы батареи в зависимости от сохраняемой емкости.

    Однако Honda фокусируется на том факте, что аккумуляторные элементы с одинаковым сохранением емкости могут иметь разные состояния износа, проявляющиеся в виде различий в ACR, что в конечном итоге приводит к различным тенденциям ухудшения емкости впоследствии (3) .

    Это означает, что прогнозирование остаточного срока службы батареи с использованием характеристик ACR возможно, хотя остаточный срок службы изменяется в зависимости от истории ее использования. На рисунках 8 и 9 показаны результаты испытаний, указывающие на вышеуказанное явление.

    Yokogawa, основываясь на результатах этих исследований, нацелена на мониторинг и прогнозирование степени износа батарей во время эксплуатации.

    ДОСКА ИЗМЕРЕНИЯ АККУМУЛЯТОРА

    Рисунок 9 Характеристики импеданса аккумуляторных элементов
    на начальном этапе и после выхода из строя

    Компания Yokogawa занималась разработкой платы измерения батареи с функцией оценки ACR, предполагающей проверку на месте.На рисунке 10 показан прототип платы измерения батареи и пример конфигурации системы измерения батареи, включающей плату.

    Эта плата измерения батареи включает в себя все функции, необходимые для измерения и расчета. Эта плата позволяет значительно уменьшить размер и стоимость по сравнению с конфигурацией тестовой системы, показанной на рисунке 2.

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    Рисунок 10 Плата измерения батареи и пример конфигурации системы измерения батареи

    Компания Yokogawa разработала новую технологию для оценки ACR аккумуляторных элементов на месте.Применяя эту технологию, Yokogawa провела технологические проверочные испытания, предполагающие применение для диагностики износа автомобильных аккумуляторов, и доказала свою осуществимость. Между тем было подтверждено, что эта технология требует технологического усовершенствования в некоторых моментах. Впоследствии Yokogawa намеревается продолжить разработку системы управления энергопотреблением, включая стационарные батареи, одновременно работая над техническими проблемами, выявленными в ходе проверочных испытаний.

    ССЫЛКА

    1. Ямагути, И. Мочизуки, Р. Фурутачи, Н. Ояма, «Измерение импеданса с использованием метода БПФ с многоканальным использованием литиевой батареи типа 18650 с LiMO-катодом 2 (M = Mn, Ni и Co) и 3D -выражение Результирующих данных, «53-й симпозиум по аккумуляторам в Японии (2A18), 2012 г.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *