Как определить емкость аккумуляторной батареи: Как определить емкость авто аккумулятора – ТОП АКБ

Подходящим материалом является нихромовая проволока, используемая для создания нагревательных спиралей в электрических плитках. Нихромовые элементы можно заменить металлической полосой из прочих нагревательных устройств.

Для напряжения 12 В показатель тока должен находиться в рамках 80-120 Ампер, а сопротивление – 0,1-0,15 Ом. Прибор для измерения такого сопротивления сложно найти. По этой причине подбирают длину одного элемента и измеряют ток, который он пропускает. После этого совмещают несколько подобных деталей.

Самодельный аппарат делают последовательно:

1. Подбирают нихромовую проволоку или нагревательную полосу и измеряют мультиметром до 15 А ток. Элемент должен пропускать 10-12 А.
2. Соединяют 10 таких деталей, получая нагрузку в 100-120 А. Проволоку необходимо надежно скручивать.
3. Полученный элемент помещают в подходящий корпус и фиксируют в нем. Если коробка небольшая, то проволоку несколько раз сгибают так, чтобы витки не касались друг друга. Параллельное соединение должно быть надежным, что обеспечивается изолирующими цилиндрами, которые устанавливают на изгибы.
4. Концы скрутки припаивают к контактам на выходе, а снаружи – к соединительным проводам.
5. Подключают вольтметр.
6. Крепят на концы соединительного кабеля зажимы, которые потом подсоединяют к аккумулятору.

Когда устройство будет готово, можно проводить измерения в домашних условиях.

От чего зависит текущая емкость АКБ

В процессе эксплуатации удельная емкость АКБ меняется. Сначала пластины разрабатываются, поэтому показатели вместимости высокие. После этого прибор начинает работать стабильно, значение не отходит от одного уровня. Затем емкость начинает уменьшаться из-за изнашивания пластин.

На вместимость влияют активные материалы, конструкция электролитов, электродов, их температура и концентрация, амортизация батареи, величина разрядного и пускового тока, содержание налета в электролитах и прочие факторы.

Снижение начинается при увеличении разрядного тока. Если АКБ разряжают специально, то устройство теряет меньше вместимости, чем при плавном режиме с низким уровнем тока. Это позволяет зафиксировать на корпусе показатели для разного времени разряжения.

Емкость одинаковых аккумуляторов редко меняется. Низкие показатели характерны для небольших промежутков разрядки, а высокие – для больших временных отрезков.

Значение вместимости начинает меняться, когда повышается температура электролитов. Если из-за этого превышаются допустимые нормы, то срок службы снижается. Высокая температура электролитов понижает их вязкость, и они попадают в действующую массу. При этом сопротивление начинает расти.

По этой причине коэффициент использования активной массы при разряжении больше, чем при заряжении с низкой температурой. В связи с этим нужно проверять емкость АКБ на каждом этапе его эксплуатации.

Проверка емкости аккумулятора мультиметром | Электрик

Каждый свинцово-кислотный аккумулятор со временем теряет свою максимальную ёмкость и эксплуатационные свойства, на пластинах образуется налет из солей сернокислотного свинца — сульфатация. Количество кислоты на процент электролита становится меньше и естественно плотность электролита уменьшается.

Как можно проверить аккумулятор?

• Плотность электролита, это самый старинный и популярный метод, но в современных герметичных аккумуляторах нет отверстий для проверки таким способом. Этим методом можно лишь немногое узнать о общем состояние аккумулятора и его ближайшем будущем.

• С помощью нагрузочной вилки. Она представляет собой ручку с двумя клеммами-щупами которые на 1 сек. подключаются к контактам аккумулятора. В составе устройства есть шкала вольтметра и нагрузка которая рассчитана на определенной емкости аккумулятор (автомобильный). Устройство показывает напряжение под нагрузкой и в зависимости от показаний его стрелки можно было судить о исправности аккумулятора.

• Тестер свинцово-кислотных аккумуляторов — электронное устройство способное за несколько секунд (до 3 сек.) показать много параметров аккумулятора, основные это: ток, напряжение, ёмкость, прогноз по сроку службы аккумулятора.

• Контрольный разряд — ну недостаток в том что аккумулятор надо полностью зарядить и проверять его работу (разрядку) по заведомо известной нагрузкой длительное время. Это занимает много времени и тратит ресурс аккумулятора.

Проверка аккумулятора подручными средствами

На некоторых моделях указывается еще меньший параметр тока (например такая надпись — Initial current less than — 2.1А) исходя из этого берем эту цифру 2.1 * 12вольт = 25Ват — это рабочая нагрузочная мощность аккумулятора.

Теперь нам нужна нагрузка средняя между рабочей и половиной от максимальной ёмкости, это примерно 35 Ват, если рабочий ток не указан, можно взять и 40 Вт.
В качестве нагрузки лучше всего подойдет лампочка (но можно и другую аналогичную нагрузку по току) на 12 вольт и мощностью в 35-40 Вт.

Итак, подключаем лампочку к клеммам аккумулятора на время в 2 минуты и смотрим не меняет ли лампочка яркости, если свет потускнел за такое время то аккумулятор неисправен.
Если же все без изменений то по достижению 2 минут свечения, подсоединяем к светящейся лампочке вольтметр (мультиметр) и смотрим напряжение:

• больше 12.4вольт — аккумулятор сохранил свою номинальную ёмкость и полностью исправен.
• 12-12.4вольт — аккумулятор исправный но уже подуставшый
• меньше 12вольт — 50% от номинальной ёмкости аккумулятор уже утратил и его лучше заменить.

Следует быть уверенным что аккумулятор был полностью заряжен, лучше всего заряжать его на протяжении суток  или минимум 6 часов соответствующим времени током.

Как измерить ёмкость аккумулятора? Измерение емкости аккумуляторных батарей

Для того чтобы замерить емкость аккумулятора (A/Ч) нужно подсоединить стабильную нагрузку к выводам аккумулятора, (для удобства расчета емкости ток должен быть 0,1А; 0,5А; 1А; 5А) и, с момента подключения нагрузки, начать отсчет времени. Когда напряжение достигнет максимально допустимого уровня разряда аккумулятора отключить нагрузку и остановить отсчет времени.

За время H, аккумулятор передаст нагрузке электрическую энергию:
Pн = W*H [кВт*час].

Предлагаемое устройство было разработано для проверки емкости аккумуляторов. Схема устройства представлена на Рис.1. Основой устройства является микроконтроллер (U1) PIC16F628A. Он выполняет функцию счетчика времени разряда аккумулятора (в минутах), в связи с этим устройство получило название «Минутомер». Микропроцессор (U2) PIC12F675 выполняет функцию компаратора. Компаратор следит за уровнем напряжения на аккумуляторе (порог срабатывания можно настроить переменными резисторами RV1, RV2).

В момент включения питания память U1 обнуляется и на индикаторе высвечи-вается “0000”. Проверяемый аккумулятор подключается к выводам  минутомера.  Кнопкой “ВКЛ.” на вывод 7 U1 подаётся сигнал запуска. На выводе 10 U2  появля-ется лог. “1”, открывается транзистор Q2, подключается нагрузка и начинается отсчёт времени.

Этой же “единичкой” включается индикатор запуска (светодиод) D1. В данной схеме, стабильная нагрузка — Устройство, автоматически поддержи-вающее заданную силу электрического тока в электрической цепи при изменении в ней напряжения. (Ток нагрузки должен быть номинальным для данного типа аккумулятора и температура окружающей среды + 20 ° С. – +25 ° С.). Замер напряжения производить непосредственно на выводах аккумулятора.

Вместо стабильной нагрузки можно подключить накальную лампу, но тогда подсчет емкости аккумулятора будет неточным т.к. при изменении напря-жения будет меняться ток текущий через лампу, к тому — же подобрать лампу с нужными параметрами сложно.

Как безошибочно определить емкость аккумуляторной батареи и восстановить ее?

Автор: Виктор

Основные технические параметры автомобильной АКБ значительно влияют на возможность запуска двигателя машины. Один из таких параметров является емкость. Что это за характеристика, как определить емкость аккумуляторной батареи и как при необходимости ее восстановить — ответы на эти и другие вопросы вы можете найти ниже.

Содержание

Открытьполное содержание

[ Скрыть]

Полезные сведения для автовладельцев о емкости автомобильного аккумулятора

Емкость автомобильного аккумулятора является наиболее значимым и основным показателем в работе АКБ, этот показатель измеряется в ампер-часах. Номинальное значение этого параметра должно быть указано в сервисной книжке к автомобилю, а также на корпусе батареи.

Расчет и определение

Как проверить эту характеристику? В учетом данного показателя автовладелец может выявить величину силы тока аккумуляторной батареи, в соответствии с чем происходит разряд АКБ до минимально допустимого напряжения, которое должно быть равно 10.8 вольт. Если на этикетке АКБ указывается параметр в 72 Ач, это говорит о том, что данный девайс позволяет выдавать около 3. 6 ампер тока на протяжении двадцати часов. Когда данный цикл закончится, значение напряжения упадет примерно до 10.8 вольт.

Формула определения емкости — Cp = I^k * t, в данном случае:

• C_p — непосредственно значение емкости, которое нужно вычислить;
• k — параметр Пейкерта — ученого, рассчитавшего эту формулу;
• t — значение времени.

Число Пейкерта представляет собой постоянное значение для выявления типа аккумулятора. В частности, если речь идет о свинцовых изделиях, то в данном случае это значение может варьироваться в районе 1.15-1.35. В любом случае, этот параметр можно выявить в соответствии с номинальной емкостью АКБ.

Также рассчитать необходимый параметр можно и в соответствии с формулой E = En (I_n/I)^{p-1}, в данном случае:

• E_n — номинальная характеристика;
• Е — реальная величина;
• I_n — характеристика тока разряда.

При вычислении следует учитывать и такую величину, как резервный параметр. В частности, речь идет о временном промежутке, в течение которого аккумулятор может питать электрооборудование и все потребители энергии при отключенном генераторном устройстве. Как правило, для вычисления используется величина в 25 ампер.

Нужно учитывать, что расчет значения емкости должен осуществляться с учетом разных конструктивных и технических особенностей АКБ. В данном случае речь идет об условиях эксплуатации, значении объема активной составляющей, а также о параметре толщины пластин, установленных внутри конструкции. Кроме того, на емкость АКБ также влияют и значение разрядного тока с температурой раствора рабочей жидкости в банках.

Фотогалерея «Схемы для измерителей емкости»

Особенности проверки

Если с расчетом все понятно, то перейдем к вопросу проверки. В любом случае, диагностика производится в соответствии с информацией, указанной ниже. Как вариант, для тестирования можно приобрести специальный измеритель, а сама диагностика может быть произведения путем проведения КТЦ (контрольного тренировочного цикла).

Измеритель можно соорудить и своими руками, для этого вам понадобится специальная схема, приведенная выше. Также следует отметить, что для сборки измерителя потребуется сопротивления, котором можно рассчитать по формуле R = U/I, где U — это параметр напряжения батареи, а I — это значение разрядного тока.

Чтобы соорудить измерительный девайс, который покажет наиболее точные результаты диагностики, нужно правильно подобрать значение разрядного тока. Оно выбирается с учетом номинальной емкости батареи и цикла разряда, последний может составить 10 или 20 часов, в зависимости от аккумулятора. На практике же для разряда АКБ можно использовать обычную лампу с соответствующей мощностью (автор видео — канал transistor815).

Основные аспекты восстановления

Если вы произвели замер необходимого параметра и решили, что ваш аккумулятор нуждается в восстановлении, то выполнить такую задачу можно либо с помощью специалистов, либо самостоятельно. Процедура восстановления не займет много времени, но нужно учитывать, что все следует делать правильно, в соответствии с действиями, описанными ниже. В противном случае есть риск просто уничтожить АКБ.

Итак, как восстановить автомобильный аккумулятор:

1. В первую очередь вам потребуется новый, свежий раствор электролита, значение его плотности должно быть не более 1.28 г/см3. Эта жидкость является рабочей для любого обслуживаемого аккумулятора (кстати, в не обслуживаемых батареях восстановить емкость не получится). В растворе электролита необходимо растворить десульфатизирующую присадку, которая позволит в будущем избежать возможной сульфатации пластин в конструкции. Учтите, что для полного растворения присадки в растворе понадобится не менее двух суток. Также желательно учитывать все моменты и нюансы, которые указаны в инструкции к присадке.
2. Затем, по прошествии 48 часов в банки аккумуляторной батареи необходимо залить свежий раствор рабочей жидкости. Для диагностики показателя плотности вам потребуется ареометр, с его помощью производится замер характеристики. Как сказано выше, в результате манипуляций с присадками плотность должна быть около 1.28 г/см3.
3. После выполнения этих действий необходимо будет подключить к батарее щупы от зарядного устройства, при этом учтите, что сами банки на АКБ закручивать не нужно. Для того, чтобы процедура восстановления была выполнена правильно, автомобильный аккумулятор необходимо будет зарядить и разрядить как минимум два раза. При этом для заряда следует использовать минимальный ток, его показатель должен составлять не выше 10% от максимального. В процессе восстановления емкости жидкость в банках не должна закипать или греться, это приведет к нежелательным последствиям. В том случае, если показатель напряжения в результате заряда увеличится до 13.8 вольт, вам надо будет произвести диагностику плотности электролита.
4. Когда циклы разряда и заряда будут завершены, нужно будет произвести корректировку рабочей жидкости, для этого опять нужно будет проверить ее плотность. Если ее показатель не дотягивает до номинального, то в банки конструкции следует добавить дистиллированной воды. Как сказано выше, оптимальный показатель плотности должен быть 1.28 г/см3.
5. На следующем этапе, когда плотность будет выравнена, надо будет еще раз разрядить АКБ. Для разрядки используется обычная лампа или резистор, при подключении показатель тока следует установить в 1 ампер. Если же вы разряжаете батарею от мотоцикла, в которой 6 вольт, то ток снижается до 0.5 ампер. В данном случае вам надо будет ждать, пока характеристика напряжения не упадет до 10.2 вольт, но перед этим не забудьте засечь точно время с того момента, как была подключена нагрузка. В итоге полученные данные следует умножить на время, при котором осуществлялся разряд.
   Если в конечном итоге данный показатель оказался значительно ниже нормированного, то процесс разрядки и зарядки автомобильной батареи повторяется еще раз. Этот шаг должен повторяться до того момента, пока характеристика емкости не будет соответствовать стандарту или как минимум, пока не приблизится к нему.
6. После выполнения всех этих действий процесс может считаться оконченным, а в рабочую жидкость можно добавить еще немного десульфатирующей присадки.

Видео «Как своими руками восстановить емкость очень старой АКБ»

Есть ли смысл заниматься восстановлением этой характеристики в изделии, которому более 10 лет — наглядная инструкция по выполнению этого процесса приведена в ролике (автор видео — канал transistor815).

Как рассчитать время работы от батарей при проектировании оборудования, использующего батареи; Технические ресурсы по батареям для инженеров-проектировщиков из PowerStream

Заметки для инженеров-проектировщиков: как посчитайте, какая емкость аккумулятора вам нужна.

я знаю, я чувствую Ваша боль. Отдел маркетинга дал вам спецификацию, и все, что в ней говорится, « максимизирует время работы, минимизирует размер батареи и стоимость . » Но они не скажет вам, сколько времени работы приемлемо, сколько размера и веса будет рынок смирится, какая стоимость приемлема?

Эй, причина что они не более конкретны, они надеются на чудо и не хотят переоценить, если они не получат чуда. Чудо вы были надеялся на полную спецификацию, но давайте приступим к делу.

Твоя месть подождать 2 недели и вернуться с « Хорошие новости, я поместил его в фонтан. ручка для спецификации всего за 5000 долларов и за счет сокращения бюджета мощности (т.е. устранение все функции, кроме одной), мы заставили его работать более 5,5 секунд, прежде чем подзарядка. », а затем расслабьтесь и надейтесь на лучшее руководство от маркетинг!

Ты уже знал, что я не могу помочь вам с вашей спецификацией, но, по крайней мере, вы могут использовать следующие инструменты оценки дизайна, чтобы дать отделу маркетинга матрица выбора.

Сколько емкость аккумулятора вам нужна для работы вашего устройства? Вот как вы оцениваете Это.

Q = I * т

где Q — заряд в кулонах, I — ток в амперах и т — время в секундах.

Сумма заряд, проходящий через этот провод (ток 1,0 А) за 60 секунд, составляет 60 кулонов, и через час вы бы поздоровались и «До свидания» 3600 кулонов заряда.

Батареи были очевидно, разработан инженерами, подписавшимися на простейшая »система измерения. Они устали вытаскивать слайд правила делить на 3600 каждый раз, когда они хотели знать, сколько 24000 кулонов продержался бы их и придумал несанкционированный блок ампер-часов . Позже, когда начали использовать батарейки меньшего размера, они придумали миллиампер-час .

Не будь смущает дефис.Ампер-часы означает амперы, умноженные на часы. Разделите на усилители и у вас есть часы, разделенные на часы, и вы получите усилители. Значит, это не усилители, а это не ампер в час, это ампер-часы. И, кстати, я даже использовал термин «ампер-секунды», потому что когда вы говорите «кулоны», все остекленевшие глаза на тебя.

Не понимаю Я ошибаюсь, я люблю ампер-часы за единицы, это удобное практическое правило. Ампер-часы сколько заряда хранится в аккумуляторе.Поскольку батарея меняет напряжение во время разряда, это не идеальная мера того, сколько энергии хранится, для этого вам потребуются ватт-часы. Умножение среднего или номинального умножение напряжения батареи на емкость батареи в ампер-часах дает вам оценку сколько ватт-часов содержится в батарее.

Где E — запасенная энергия в ватт-часах, C — емкость в ампер-часах, а Vavg — среднее напряжение при разряде.Да, ватт-часов — это мера энергии, как и киловатт-часы. Умножьте на 3600, и вы получите ватт-секунд , которое также известно как Джоулей .

Пока мы находятся в прелюдии, я мог бы также упомянуть, что поскольку заряд в конденсаторе Q = CV означает, что батарея также может быть оценена в фарадах. Щелочная батарея AA на 1,5 В аккумулятор, вмещающий 2 ампер-часа заряда (то есть 7200 кулонов), имеет эквивалентная емкость 4800 Фарад. Конечно, батарея ужасно странный конденсатор, потому что напряжение не падает пропорционально накопленный заряд, имеет высокое эквивалентное сопротивление и т. д.

Кроме того, я должен упомяните, что вы не всегда получаете все ампер-часы, которые ожидаете от аккумулятор. Это объясняется в Части 3 ниже как эффект Пеукарта. Вот почему я назвал это практическим правилом, а не теоремой. Самые большие ошибки возникают, когда вы быстро разряжаете батареи.Некоторые батареи, например угольно-цинковые, щелочные или Свинцово-кислотный раствор становится менее эффективным при быстрой разрядке. Типичный запечатанный свинцово-кислотный аккумулятор дает только половину своей номинальной емкости при разряде ставка C / 1 по сравнению со ставкой C / 20.

Следующий метод предполагает, что вы знаете, сколько ампер у вас нужен гаджет под питание. Если вы знаете, сколько ватт, переходите к шагу A ниже.

Шаг 1. Оборотная сторона конверта

Если текущий нарисовано x ампер, время T часов, затем емкость C в ампер-часах

С = xT

Например, если ваша помпа потребляет 120 мА, и вы хотите, чтобы она проработала 24 часа

С = 0,12 А * 24 часа = 2. 88 ампер-часов

Шаг 2 . Соображения по сроку службы

Это не хорошо разряжать аккумулятор до нуля во время каждого цикла зарядки. Для Например, если вы хотите использовать свинцово-кислотную батарею в течение многих циклов, вы не должен превышать 80% заряда, оставив 20% заряда в аккумуляторе. Это не только увеличивает количество циклов, но и позволяет батарее ухудшиться на 20%, прежде чем вы начнете получать меньше времени выполнения, чем вызовы дизайна для

C ’ = С / 0.8

Для примера выше

C ’ = 2,88 AH / 0,8 = 3,6 AH

Шаг 3 : Скорость сброса

Некоторая батарея химические вещества дают намного меньше ампер-часов, если вы их быстро разряжаете. Это называется эффектом Пейкарта. Это большой эффект в щелочном, углеродном цинке, воздушно-цинковые и свинцово-кислотные батареи. Например, если вы рисуете в 1С на свинцово-кислотном аккумулятор вы получите только половину емкости, которую вы имели бы, если бы у вас нарисовано на 0. 05C. Это небольшой эффект в никель-кадмиевых, литий-ионных, литиевых полимерах, и никель-металлгидридные аккумуляторы.

Для свинцово-кислотных номинальная емкость аккумуляторов (т. е. количество AH, выбитое на стороне аккумулятор) обычно рассчитан на 20-часовую разрядку. Если ты при медленной разрядке вы получите расчетное количество ампер-часов из их. Однако при высоких скоростях разряда емкость резко падает. Правило большой палец — это то, что для скорости разряда в 1 час (т.е. рисунок 10 ампер из 10 ампер ч. аккумулятора, или 1С) вы получите только половину номинальной емкости (или 5 ампер-часы от батареи на 10 ампер-часов). Диаграммы, подробно описывающие этот эффект для для большей точности можно использовать различную скорость разряда. Например данные листы, перечисленные в /BB.htm

Например, если ваш портативный гитарный усилитель потребляя стабильные 20 ампер, и вы хотите, чтобы они длились 1 час, вы бы начали с шагом 1:

С = 20 ампер * 1 час = 20 Ач

Затем перейдите к Шагу 2

C ’ = 20 Ач / 0. 8 = 25 хиджры

Тогда учтем высокую ставку

C ’‘ = 25 /.5 = 50 хиджры

Таким образом, вам понадобится герметичный свинцово-кислотный аккумулятор на 50 ампер-час. аккумулятор для работы усилителя в течение 1 часа при среднем токе 20 ампер рисовать.

Шаг 4. Что делать, если вы нет постоянной нагрузки? Очевидно, что нужно сделать, это то, что нужно сделать. Определите среднюю потребляемую мощность. Рассмотрим повторяющийся цикл, в котором каждый цикл составляет 1 час.Он состоит из 20 ампер в течение 1 секунды, а затем 0,1 ампер для остальное время. Средний ток рассчитывается следующим образом.

20 * 1/3600 + 0,1 (3599) / 3600 = 0,1044 в среднем Текущий.

Другими словами, выяснить, сколько ампер потребляется усреднить и использовать шаги 1 и 2. Шаг 3 очень трудно предсказать в случае где у вас есть небольшие периоды высокого тока.Новости хорошие, стабильный розыгрыш 1С снизит мощность намного больше, чем короткие импульсы 1С с последующим отдыхом период. Таким образом, если средняя потребляемая мощность составляет около 20 часов, тогда вы будете приблизиться к расчетной мощности по 20-часовой ставке, даже если вы рисование его в сильноточных импульсах. Фактические данные испытаний трудно получить без проводите тест самостоятельно.

Если вам известны ватты, а не амперы, выполните следующие действия. процедура

Шаг A: Преобразование ватт в амперы

Фактически, ватты — это основная единица измерения мощности, а ватт-часы — это запасенная энергия.В Ключ — использовать известные вам ватты для расчета ампер при напряжении аккумуляторной батареи.

Например, вы хотите использовать 250 Вт Лампочка 110VAC от инвертора на 5 часов.
Ватт-часов = ватт * часы = 250 ватт * 5 часов = 1250 ватт-часов

С учетом эффективности инвертор, скажем, 85%

Ватт-часы = Вт * часы / КПД = 1250 / 0,85 = 1470 ватт-часов

Поскольку ватт = амперы * вольты, разделите ватт-часы на напряжение аккумулятора для получения ампер-часов от аккумулятора

ампер-часов (при 12 вольт) = ватт-часы / 12 вольт = 1470/12 = 122. 5 ампер-часов.
Если вы используете батарею другого напряжения, ампер-часы изменится, разделив его в зависимости от напряжения батареи, которое вы используете.

Теперь вернитесь к шагам 2–4 выше, чтобы уточните свой расчет.

Как рассчитать емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора — это количество энергии, хранящейся в аккумуляторе. Он сообщает вам, сколько энергии может обеспечить вам аккумулятор и в течение какого времени. Звучит расплывчато? Позвольте мне пояснить дальше.

Каждая батарея имеет предел максимальной мощности, который может быть получен от нее в любой момент времени. Он предоставляется производителем как часть спецификации аккумулятора. Емкость аккумулятора говорит нам, как долго он может отдавать энергию при максимальном пределе мощности. Математически это можно определить так:

Емкость = Мощность X Продолжительность

Это означает, что если мы потребляем меньше энергии, батарея прослужит дольше. Теперь мы знаем из предыдущего поста, что мощность рассчитывается в киловаттах (кВт). Итак, мощность измеряется в кВтч (киловатт-час).

Само определение батареи говорит о том, что она преобразует химическую энергию в электрическую. Емкость батареи также измеряется количеством электроэнергии, израсходованной ею за определенный период времени. Вы знаете, что электричество измеряется в амперах. Таким образом, емкость аккумулятора также измеряется в ампер-часах (Ач). Здесь

Мощность = Электричество X Продолжительность

ампер-час — это более часто используемая единица измерения емкости аккумулятора.

Для обеспечения единообразия для всех производителей, емкость батареи, указанная производителями, является номинальной емкостью батареи. По сути, емкость показывает, сколько ампер электроэнергии может вырабатывать аккумулятор за 20 часов. Итак, если у вас есть аккумулятор на 100 Ач, он обеспечит вас электричеством 5 А в течение 20 часов.

Емкость аккумулятора не остается постоянной. Он изменяется со временем из-за таких факторов, как саморазряд, цикл заряда / перезарядки (в случае аккумуляторных батарей), температура, коррозия, хранение и т. Д.

Статьи по теме:

Закон Пойкерта: на сколько прослужит моя батарея

5 причин отказа батареи

Резервная мощность

Определение ампер, вольт, ватт и омов

Метод, основанный на визуальном познании

Это исследование вводит визуальное познание в оценку емкости литий-ионной батареи. Предлагаемый метод состоит из четырех шагов. Во-первых, полученные данные зарядного тока или напряжения разряда в каждом цикле скомпонованы для формирования двухмерного изображения.Во-вторых, сгенерированное изображение раскладывается на несколько пространственно-частотных каналов с набором поддиапазонов ориентации с использованием неподдискретизированного контурного преобразования (NSCT). NSCT имитирует многоканальную характеристику зрительной системы человека (HVS), которая обеспечивает мультиразрешение, локализацию, направленность и инвариантность сдвига. В-третьих, несколько индикаторов временной области коэффициентов NSCT извлекаются для формирования исходного многомерного вектора признаков. Точно так же, вдохновленный характеристикой восприятия коллектора HVS, метод обучения многообразия лапласовских собственных карт, который, как считается, раскрывает эволюционный закон деградации характеристик батареи в низкоразмерном внутреннем многообразии, используется для дальнейшего получения низкоразмерного вектора признаков.Наконец, деградация емкости батареи оценивается с использованием геодезического расстояния на коллекторе между начальными и самыми последними объектами. Проверочные эксперименты проводились с использованием данных, полученных при различных условиях эксплуатации и старения. Результаты показывают, что предлагаемый подход к визуальному познанию обеспечивает высокоточные средства оценки емкости батареи и, таким образом, предлагает многообещающий метод, заимствованный из развивающейся области когнитивных вычислений.

1. Введение

Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы, отличающиеся высокой плотностью энергии и малым весом, становятся все более популярными для различных приложений, особенно в области авиакосмической техники и электромобилей [1–3] . Таким образом, большинство существующих исследований сосредоточено на способах повышения производительности литий-ионных аккумуляторов. Емкость батареи, которая считается важным показателем производительности батареи, сильно зависит от различных внутренних и внешних механизмов, таких как температура окружающей среды, старение и особенности использования; Эти факторы приводят к постепенному снижению производительности аккумулятора с течением времени. Следовательно, доступная емкость батареи должна быть точно оценена в целях надежности и для правильного управления использованием батареи [4].

Недавние исследования сообщили о различных подходах к оценке емкости литий-ионных аккумуляторов. Большинство существующих подходов основаны на моделях, включая электрохимические [5], основанные на эквивалентных схемах [6] и аналитические [7, 8] модели. Эти модели в основном основаны на сложных физических и химических процессах, которые учитывают динамическое поведение батарей [9–11], и эффективность оценки сильно зависит от точности моделей. В частности, эти типы моделей обычно трудно создать из-за ограничений на получение знаний об электрохимических параметрах, механизмах старения и свойствах батарей [12].Более того, эти модели индивидуально зависят от конкретного типа батареи с точки зрения производственных процессов, электролитов, материалов анода и катода. Методы на основе состояния заряда (SOC–) напряжения холостого хода (OCV–) для оценки внутрицикловой емкости широко применяются во многих реальных приложениях [13, 14]. Однако методы на основе SOC – OCV ​​полагаются на точные значения SOC и OCV, получение которых обычно требует значительных затрат времени [10, 15]. Независимо от того, какие методы моделирования используются для моделирования состояния аккумулятора, определенные в лаборатории характеристики заряда и разряда аккумулятора при различных условиях эксплуатации являются источником знаний о поведении аккумулятора.В некоторых приложениях эти исходные данные, хранящиеся в виде дискретных значений, используются для создания базы данных таблицы поиска по состоянию заряда основной батареи. Однако при использовании такого метода оценки емкости литий-ионных аккумуляторов необходимо проводить ряд экспериментов в различных рабочих условиях в течение всего срока службы, чтобы получить емкости аккумуляторов в различных состояниях жизни при разных условиях эксплуатации. В противном случае метод на основе базы данных будет иметь низкую точность с приблизительной базой данных.Тао и др. [16] предложили метод оценки емкости литий-ионного аккумулятора, основанный на распознавании сходства кривых онлайн-данных, который можно рассматривать как интеллектуальный метод, основанный на базе данных. Несмотря на то, что этот метод обеспечивает высокую точность, требуется много времени на поиск наиболее похожей кривой данных, содержащейся в базе данных, что ограничивает его реальное применение.

Новый геометрический метод был предложен в [17]; этот метод отличается от вышеупомянутых и, по-видимому, является расширением традиционного метода постоянного тока и постоянного напряжения [18]. Он оценивает емкость батареи путем объединения дифференциальной геометрии и четырех геометрических характеристик, которые чувствительны к уменьшению емкости. Четыре геометрические характеристики извлекаются из кривых зарядного тока (CC) и напряжения разряда (DV), включая продолжительность кривой постоянного напряжения (CV), максимальный радиус кривизны ступени CV, площадь под кривой CV и наклон кривой напряжения на ранней стадии процесса разряда. Экспериментальные результаты, представленные в их статье, демонстрируют эффективность геометрического метода.

Суть метода, основанного на геометрии, направлена ​​на введение теории дифференциальной геометрии и традиционных геометрических характеристик в оценку емкости батареи. Вдохновленные работой [17], мы пытаемся внедрить другие передовые междисциплинарные методы оценки емкости батареи, избегая сложного анализа физико-химических процессов и достигая точного понимания процессов деградации, тем самым дополнительно повышая эффективность и точность батареи. оценка мощности.

Когнитивная наука — это междисциплинарное исследование, состоящее из нескольких научных дисциплин, включая психологию, искусственный интеллект, философию, нейробиологию, лингвистику и антропологию. Он включает исследования интеллекта и поведения, особенно с акцентом на то, как информация представляется, обрабатывается и трансформируется в нервных системах и машинах [19]. Когнитивная наука — это обширная область, охватывающая широкий спектр тем, связанных с познанием, таких как обработка речи, искусственный интеллект, а также зрительное и слуховое познание.Среди этих тем визуальное познание стало в центре внимания многих исследований когнитивной науки и становится важной темой, вызывающей интерес в двадцать первом веке [20]. В последние годы страны по всему миру вложили значительные средства в поддержку исследований в области визуального познания. В США Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США в 2007 году запустило специальную исследовательскую программу под названием «Когнитивные вычисления», в рамках которой визуальное познание является ключевой целью исследования. В Японии эксперты в области компьютерного зрения были включены в «План развития мозга» за последнее десятилетие для содействия междисциплинарным исследованиям когнитивной науки о мозге и визуального познания.Комитет Национального фонда естественных наук Китая в 2008 году инициировал крупный исследовательский проект под названием «Когнитивные вычисления, основанные на визуальной и слуховой информации»; его цель — создать новый вычислительный метод, основанный на человеческих зрительных и слуховых когнитивных механизмах, тем самым обеспечивая новые идеи для понимания изображений и обработки голоса. Сегодня вычислительные методы, основанные на визуальном познании, получили большое внимание и широко используются в распознавании лиц [21], слиянии изображений [22], классификации текстур [23] и т. Д.Однако в области оценки емкости литий-ионных аккумуляторов редко сообщалось о методах, основанных на визуальном восприятии. Руководствуясь этим, мы пытаемся преобразовать значения CC и DV в двумерное изображение и, таким образом, дополнительно улучшить оценку емкости батареи с помощью метода визуального познания.

По сути, визуальное познание — это разновидность бионической науки; то есть он имеет дело с распознаванием объектов на основе характеристик зрительной системы человека (HVS). Одной из хорошо известных характеристик HVS является многоканальная характеристика (MCC), означающая, что существует несколько пространственно-частотных каналов при обработке графической информации в HVS, каждый из которых дополнительно включает разное количество компонентов ориентации в зависимости от предопределенная установка серии [24].В этом исследовании авторы используют MCC для извлечения информации об особенностях деградации из данных CC и DV, что является ядром этого исследования, а также отличием нашего метода от других существующих методов, включая метод [17]. Другой отмеченной характеристикой HVS является характеристика обнаружения коллектора (MSC). В 2000 г. в статьях, опубликованных в Science , было указано, что визуальная информация хранится в виде множества стабильных паттернов нейронной активности в мозге, а разнообразные методы обучения могут идентифицировать значимые низкоразмерные структуры в данных высокой размерности [25–27]. .Таким образом, в этом исследовании используется обучение многообразию для построения низкоразмерного внутреннего многообразия, которое может не только выявить закон деградации емкости, который содержится в извлеченных функциях, но и сократить требуемые вычисления. Таким образом, это исследование пытается ввести визуальное восприятие в оценку емкости литий-ионных аккумуляторов, чтобы установить систематический метод оценки емкости на основе MCC и MSC.

Эта статья организована следующим образом: Раздел 2 описывает два интересующих свойства HVS, а именно MCC и MSC, а также соответствующие вычислительные методы, производные от них, в первую очередь NSCT и собственную карту лапласа (LE).Также вводится геодезическое расстояние, которое используется при оценке емкости аккумулятора. В разделе 3 представлен весь метод оценки емкости батареи на основе визуального восприятия, включая описание экспериментальных данных, преобразование изображения, выделение признаков и расчет емкости. Типичные данные из наборов данных о батареях НАСА используются для проверки предлагаемого метода; результаты представлены в Разделе 4. Наконец, Раздел 5 завершает статью.

2. Связанные теории

2.1. ЦУП ГВС и НСКТ

2.1.1. MCC и Contourlet Transform

HVS — важнейший инструмент, с помощью которого люди понимают и постигают мир природы. Было подтверждено, что HVS обладает способностью захватывать важную информацию о естественной сцене, используя минимальное количество активных зрительных ячеек [28]. Рецептивные поля в зрительной коре соответственно характеризуются как локализованные, ориентированные и пропускающие полосу пропускания [29]. Поэтому предлагается, чтобы представление изображения было эффективным, оно должно обладать такими свойствами, как локальность, направленность и мультиразрешение.

Контурлетное преобразование (CT), предложенное До и Веттерли [28], хорошо соответствует MCC HVS. Он состоит из лапласовской пирамиды (LP) и банка направленных фильтров (DFB), где LP используется для захвата точечных разрывов, а DFB используется для связывания точечных разрывов с линейными структурами. КТ обеспечивает гибкое расширение изображения с разным разрешением, локальное и направленное расширение изображения с использованием сегментов контура; таким образом, он может очень эффективно отображать ребра и другие особенности вдоль кривых.К сожалению, у CT отсутствует инвариантность к сдвигу из-за понижающей и повышающей дискретизации как в LP, так и в DFB. В частности, понижающая дискретизация отфильтрованного изображения может привести к наложению частот в нижних и верхних частотах. Эти недостатки ограничивают использование ТТ во многих приложениях [22, 30].

2.1.2. NSCT Theory

Чтобы устранить наложение частот CT и повысить его избирательность по направлению и инвариантность к сдвигу, da Cunha et al. [31] предложили инвариантную к сдвигу версию, основанную на несубдискретизированных банках пирамидальных фильтров (NSPFB) и несубдискретизированных банках направленных фильтров (NSDFB), как показано на Рисунке 1 (а) [31, 32].

Контурлетное преобразование без субдискретизации (NSCT) в качестве репрезентативного метода, связанного с MCC, может использоваться для разложения изображения (например, преобразованного из кривой зарядного тока или напряжения разряда) на несколько пространственно-частотных каналов ( набор узкополосных частот), каждая из которых дополнительно включает в себя разное количество компонентов ориентации в зависимости от предварительно определенной настройки для каждого канала.

В NSCT свойство мультимасштабирования получается из структуры фильтрации, инвариантной к сдвигу, которая обеспечивает разложение на поддиапазоны, подобное таковому в LP.Процесс может быть реализован с использованием двухканальных банков двухмерных (2D) фильтров без субдискретизации. Рисунок 1 (b) иллюстрирует разложение пирамиды без подвыборки по стадиям. Такое расширение концептуально аналогично одномерному (1D) вейвлет-преобразованию без субдискретизации, вычисленному с помощью алгоритма –. Фильтры для следующего этапа получаются путем повышающей дискретизации фильтров предыдущего этапа с помощью матрицы дискретизации: что дает свойство мультимасштабирования без необходимости создания дополнительных фильтров.На разложении j -го идеальная частотная поддержка фильтра нижних частот составляет. Соответственно, идеальной опорой фильтра высоких частот является дополнение фильтра низких частот, а именно область. Эквивалентные фильтры каскадного NSPFB уровня J приведены где и представляют собой фильтр нижних частот и соответствующий фильтр верхних частот, соответственно, на первом этапе [32].

DFB создается путем комбинирования критически дискретизированных двухканальных банков фильтров вентилятора и операций повторной дискретизации.В результате получается банк фильтров с древовидной структурой, который разбивает 2D частотную плоскость на направленные клинья. Выключая субдискретизаторы / повышающие дискретизаторы в каждом двухканальном банке фильтров в древовидной структуре DFB и соответственно повышая дискретизацию фильтров, получается NSDFB. Таким образом может быть получено дерево, состоящее из двухканальных NSDFB. Рисунок 1 (c) иллюстрирует четырехканальную декомпозицию [32]. Фильтры вентилятора с повышенной дискретизацией имеют поддержку частоты в шахматном порядке, где — матрица quincunx: четырехканальное направленное разложение может быть получено, когда фильтры объединены с фильтрами вентилятора.Эквивалентный фильтр в каждом канале может быть задан следующим образом:

После разложения NSCT на уровне можно получить одно изображение поддиапазона нижних частот и изображения направленного поддиапазона с полосой пропускания, все из которых имеют тот же размер, что и входное изображение. Здесь — уровень направленной декомпозиции в масштабе j .

Как описано выше, ядром NSCT является конструкция фильтра в двухканальном NSPFB и NSDFB. NSCT не только сохраняет характеристики CT, но также имеет важное свойство инвариантности сдвига.Таким образом, это исследование использует NSCT для извлечения характеристик из значений CC и DV литий-ионного аккумулятора.

2.2. МСК ВС и ЛЭ

2.2.1. MSC и Manifold Learning

Когда мы смотрим на объект с такими условиями, как изменение масштаба и освещения, сигналы, передаваемые от глаз к мозгу миллионами аксонов зрительного нерва, постоянно находятся в потоке. Тем не менее, мы можем признать, что эти изменяющиеся сигналы производятся одним и тем же объектом. Это явление было изучено Сеунгом и Ли, которые предложили гипотезу о том, что зрительная память хранится в виде множества стабильных состояний или непрерывного аттрактора [25].Изображения одного и того же объекта с изменениями масштаба, освещенности и других переменных факторов лежат на низкоразмерном многообразии, тогда как изображения разных объектов образуют разные многообразия. С точки зрения когнитивной психологии когнитивный процесс идентификации объекта — это распознавание различных низкоразмерных многообразий, встроенных в многомерную визуальную информацию. То есть HVS обладает способностью ощущать многообразие, спрятанное в мозгу. Эта характеристика HVS называется MSC.Подобно MSC HVS, многообразное обучение может находить значимые низкоразмерные структуры, скрытые в высокоразмерных наблюдениях; это привлекает все большее внимание ученых.

Обучение многообразию, также известное как уменьшение нелинейной размерности, является широко распространенным методом, который встраивает многомерные образцы в низкоразмерное пространство признаков, сохраняя некоторые локальные или глобальные геометрические структуры [33]. Было предложено множество подходов к обучению многообразию, такие как изометрическое отображение [26], локально линейное вложение [27], собственные карты Лапласа [34] и собственные карты Гессе [35].Среди этих подходов лапласовское собственное отображение (LE) является разновидностью метода спектральных графов; это привлекло значительное внимание сообщества машинного обучения. В этом исследовании LE используется, чтобы установить низкоразмерное внутреннее многообразие и выполнить уменьшение размерности.

2.2.2. Теория LE

LE — это типичный метод уменьшения размерности на основе графов. Основное математическое понятие LE можно резюмировать следующим образом.

Предположим, что многомерное многообразие d (обозначенное как выходное пространство), встроенное в -мерное пространство м (обозначенное как входное пространство), может быть описано функцией: где — компактное подмножество с открытым внутренним пространством.Набор точек данных, где дискретизируются с шумом от внутреннего коллектора; взаимосвязь можно представить следующим образом: где означает шум. LE можно распознать следующим образом: исходные наборы данных в многообразии более высоких измерений отображаются (нелинейно) в точки данных при оценке неизвестного многообразия более низких измерений с помощью [36].

По заданному набору многомерных наблюдений для произвольной точки с ближайшими окрестностями можно построить взвешенный граф смежности, состоящий из узлов и набора ребер, соединяющих соседние точки.Мы рассматриваем проблему отображения взвешенного графа на линию так, чтобы соединенные точки оставались как можно ближе друг к другу. Пусть, где — значение координаты -й точки в и. Разумная карта — выбрать ∈ для минимизации при соответствующих ограничениях. Чтобы избежать серьезных штрафов, которые могут возникнуть, если соседние точки и отображаются далеко друг от друга, минимизация — это попытка гарантировать, что если точки и находятся близко, то и будут также близкими. В результате для любого мы имеем где — матрица Лапласа, которая является положительно полуопределенной.Примечательно, что это симметрично, и. Таким образом, можно записать как Следовательно, задача минимизации сводится к нахождению.

Ограничение удаляет произвольный коэффициент масштабирования при внедрении. Матрица обеспечивает естественную меру на вершине графа. Чем больше, тем важнее будет вершина. В (7) показано как положительно полуопределенная матрица, а вектор, который минимизирует целевую функцию, задается решением минимального собственного значения обобщенной задачи на собственные значения с дополнительным ограничением ортогональности.

В более общем смысле, вложение задается матрицей, где i -я строка, обозначенная как, обеспечивает координаты внедрения i -й вершины. Точно так же нам нужно минимизировать

Это условие сводится к нахождению [37]

2.2.3. Временное окно для обновления отображения

Фиксированный набор данных из многомерного пространства отображается в низкоразмерное пространство посредством LE через отображение. Следовательно, можно получить соответствующую точку низкой размерности через отображение, когда задана произвольная точка в пространстве высокой размерности.Учитывая, что на практике часто собираются новые данные и в пространстве могут быть получены новые функции, нам необходимо обновить отображение, предоставляемое LE, чтобы приспособиться к новым входящим данным. Таким образом, предлагается общий метод, так называемое «временное окно», которое может быть задано как одна входящая точка или любое другое количество входящих точек по отношению к реальному приложению. Когда количество новых входящих точек достигает фиксированного «временного окна», создается новое обновленное отображение.

2.3. Геодезическое расстояние

В математике, особенно в дифференциальной геометрии, геодезическая — это обобщение понятия «прямая линия» на искривленные пространства [38].Если эта связь является связностью Леви-Чивиты, индуцированной римановой метрикой, то геодезические (локально) являются кратчайшим путем между точками в пространстве. Таким образом, ожидается, что геодезическое расстояние развернет сильно свернутые, скрученные или искривленные нелинейные многообразия [39].

На рис. 2 (а) показан кратчайший путь, измеренный евклидовым расстоянием. Согласно этой метрике, две точки на противоположных сторонах подковы кажутся обманчиво близкими. На рис. 2 (б) показан кратчайший путь, измеренный геодезическим расстоянием.В этом случае две точки на противоположных сторонах подковы не являются соседями согласно геодезическому расстоянию [39].

В этом исследовании геодезическое расстояние принимается как геометрическая метрика емкости батареи на коллекторе, построенном LE.

3. Метод оценки емкости литий-ионных аккумуляторов на основе визуального распознавания

3.1. Описание экспериментальных данных о литий-ионной батарее NASA

Данные, использованные в этом исследовании, были получены из специально созданной установки батареи в Центре передового опыта NASA Ames Prognostics.Эксперименты проводились в трех различных рабочих профилях (заряд, разряд и сопротивление) при температуре окружающей среды (AT). Зарядка выполняется в режиме постоянного тока заряда 1,5 А до тех пор, пока напряжение аккумулятора не достигнет 4,2 В, и продолжается в режиме постоянного напряжения до тех пор, пока ток заряда не упадет до 20 мА. Выгрузка останавливается в разные моменты окончания разгрузки (EOD). Эксперименты проводятся до тех пор, пока емкость не снизится до заданных критериев окончания срока службы (EOLC).

Для проверки эффективности предложенного подхода были выбраны типовые данные (№ 5, № 7, № 29 и № 54, которые также использовались в [16, 17]) и описаны в таблице 1. Из таблицы 1 можно видеть, что эти данные имеют одинаковый зарядный ток 1,5 А, но обычно показывают разные AT (24 ° C, 43 ° C или 4 ° C), токи разряда (постоянный ток; 2 A или 4 A), EOD ( от 2,0 В до 2,7 В), начальной емкости (ИС; от 1,1665 Ач до 1,8911 Ач) и EOLC (30% или 12,61%).