Как определить емкость батареи: Как проверить емкость батарейки мультиметром в домашних условиях

Как проверить емкость батарейки мультиметром в домашних условиях

Батареи характеризуются определенным вольтажом и фиксированной силой тока. Эти два параметра меняются под воздействием внешних физических факторов. Постепенно уровень заряда в устройстве снижается, и со временем такая батарея разряжается полностью. Поэтому важна информация о том, как научиться измерять уровень заряженности аккумуляторов и батарей. Также этот навык пригодится для анализа степени заряда батарей, которые долгое время не использовались.

Источники питания: какие бывают

Портативные элементы питания, которые используются в бытовых приборах и инструментах, смартфонах, ноутбуках и прочей цифровой технике, делятся на:

• одноразовые гальванические элементы. То, что в быту называется «батарейкой» (Duracell, Camelion и др.) Используются до полного разряжения, а далее подлежат утилизации по определенным нормам;
• аккумуляторные. Такие батареи можно заряжать неоднократно.

Одноразовые батарейки, называемые гальваническими, бывают солевыми и щелочными. Процесс исчерпания их заряда при использовании необратим. Попытки зарядить такую батарейку зарядным устройством успеха не принесут; более того, это может быть крайне опасно.

В редких ситуациях удается зарядить гальванический элемент на 15 %, однако в большинстве случаев батарейка сильно нагревается, что может привести к сильным ожогам кожи. Также восстанавливаемая таким путем обыкновенная батарейка может взорваться. Поэтому гальванические элементы следует утилизировать сразу после исчерпания их заряда.

Но даже во время подключения в гаджет батарейки необходимо контролировать: едкая щелочь может протечь и вызвать коррозию контактов, даже повреждение дорогостоящей электронной элементной базы.

Аккумуляторные же элементы подлежат подпитке зарядными устройствами. К данному типу элементов относят не только литиевые Li-ion-батареи гаджетов — айфона, фотоаппарата и прочих. Аккумуляторными могут быть «пальчиковые» батарейки.

Отличить их элементарно: на заряжающихся элементах есть маркировка mAh (миллиампер-час). Такие батарейки стоят намного дороже алкалиновых (щелочных) или солевых.

Гальванические батареи и аккумуляторы различаются также напряжением: у аккумулятора оно 1,2 B, у батареек — 1,5 В. Это параметр для стандартного круглого формфактора A-серии (батареек, известных в быту как «пальчиковые», «мизинчиковые» и т. д.).

Есть толстые элементы C- и D-серий, микробатарейки-таблетки (например, для слухового аппарата — у этих обозначение может быть разным в зависимости от фирмы), а также девятивольтовые в форме параллелепипеда со скругленными краями — на постсоветской территории они выпускались с лейблом «Крона».

Как проверить пригодность батарейки

Скопившиеся дома батарейки, считающиеся разряженными, можно легко проверить, чтобы убедиться в том, что они подлежат утилизации. Кроме того, иногда есть возможность реанимировать их пропусканием слабого тока, но для подобных процедур требуется специальный зарядный девайс.

Но требуется точно знать выдаваемый элементом ток и оставшуюся емкость. Для этого используется специальный прибор — мультиметр. Этот полезный прибор имеется в доме практически у каждого хозяина и позволяет осуществить множество измерений и детальный анализ параметров:

• определить участок прорыва проводки, чтобы не понадобилось ломать сразу все короба для кабеля или штрабить большой кусок стены;
• показать актуальный уровень напряжения в электросети — стабилизатор напряжения может ошибаться;
• проверить фазу в розетке/выключателе — самый действенный способ избежать короткого замыкания при починке проводки;
• измерить степень сопротивления проводки в доме и оборудования. Критически полезная функция при ремонте электросетей и электрооборудования в старых домах;
• проверить лампочки и прочие приборы на пригодность;
• узнать емкость батареи телефонов, смартфонов, iPhone, андроид-планшетов и даже геймпадов xbox. Эти параметры проверяются и программами-мониторами, однако не существует ни одного достаточно точного приложения, превосходящего мультиметр;
• измерить степень заряда батареек.

Такой тестер, несомненно, должен быть в каждом доме. Чтобы купить мультиметр, необходимо для начала выбрать конкретную марку — их множество. Самыми популярными считаются: Elitech, Hama, One, Orient, Sunwa, YX-1000A, BL1, BT-168D, BT1, DT-182, DT-830B, DT-832, DT-838, «Мегеон».

Измеряем степень заряда батареи мультиметром в домашних условиях

Процесс измерения работоспособности батареек делят на несколько этапов:

1. Анализ остаточного напряжения в батарейке (без нагрузки). На шкале мультиметра выставляется показатель «Измерение напряжения», после чего красную клемму зажимают на плюс, черную — на минус, и производят измерение. Батарейка формфактора AAA считается разряженной, если показатель будет менее 1 вольта.
2. Следующий этап — тестирование степени заряженности. Данный анализ покажет, возможна ли дальнейшая эксплуатация такого аккумулятора. Емкость его меряется с помощью измерения заряда (такой способ нельзя применять для батареек). Подается нагрузка более ста миллиампер, а затем замеряется время, за которое заряд упадет до отметки 1 вольт. Полученное время умножают на значение силы тока и получают, таким образом, емкость аккумулятора.

Определение нагрузки. Нагрузкой в данном случае называют величину, которую можно подавать на подконтрольный источник питания. Для измерения нагрузки:

• полюс «+» батареи подсоединяется к красной клемме;
• полюс «−» подсоединяется к черной клемме;
• на короткое время подается нагрузка на элемент;
• показанное на дисплее мультиметра значение является искомым остаточным напряжением.

Конкретный видеомастер-класс по измерению ампеража и проверки батареек на годность, а также отзывы о конкретных тестерах можно найти с помощью YouTube.

Если прибором определено значение вольтажа 1,2 В, такую батарейку можно не утилизировать. Ее можно применить в пультах ДУ (от бытовых приборов). Если показано напряжение, превышающее значение в 1,3 вольта — элемент питания с успехом будет работать в электронных часах.

Батарея, у которой мультиметр определил цифру 1,5 вольт, считается полностью заряженной.

Еще один способ анализа напряжения, как лабораторный, так и «самодельный», — способ измерения ампеража батареи. Такой прием позволяет максимально точно и корректно измерить мощность аккумуляторов.

Как это делается:

• выставляется наивысший показатель измерения мультиметра;
• на панели управления мультиметра выставляется значение измерения силы постоянного тока;
• на короткое время соприкасаются с разнополюсными контактами батареи;
• прибор выводит на дисплей значение силы тока.

Значение в диапазоне от 2 до 4 ампер показывает, что подконтрольный аккумуляторный элемент еще полностью пригоден к эксплуатации. Значение менее 1 ампера указывает на то, что батарея уже израсходовала свой ресурс и подлежит немедленной утилизации.

Независимо от типа химического источника тока, его следует сдавать в специальные приемники. Батарейки содержат соли тяжелых металлов, щелочи, кислоту, их нельзя бросать просто так.

Помимо батареек, проверить заряд можно также на аккумуляторах разного типа — никель-кадмиевых, никель-металлогидридных, литиевых, литий-полимерных. Проверка аккумуляторов рекомендуется изредка в первые годы службы и практически ежемесячно — когда аккумулятору уже три-четыре года.

Рассчитывается срок исходя из заявленных производителями параметров: литиевые элементы питания в среднем служат около пяти лет, никель-металлогидридные усредненно выдерживают примерно десять тысяч циклов разрядки-заряда.

Как проверить заряд батареи от ноутбука

Каждый пользователь ноутбука должен знать, что неправильное использование батареи может стать причиной быстрого ее износа. Многие современные лэптопы отличаются очень недолговечным источником автономного заряда, что приводит к казусам, если нужно обновить ОС или «накатить» срочный важный патч.

Поэтому крайне важно следить за состоянием аккумулятора и его своевременным заряжанием.

Однако если аккумулятор от компьютера перестал заряжаться, следует проверить его работоспособность. Это можно сделать также с помощью мультиметра:

• Первое — необходимо установить прибор на режим постоянного тока.
• Разобрать аккумулятор, раздвинув крышки корпуса.
• Подсоединить аккумулятор к мультиметру. Аккумулятор должен быть полностью разряжен!
• Если АКБ исправен, то дисплей мультиметра покажет значение, равное количеству батарей, умноженному на 3,7. Если же это значение меньше — батарею пора менять.

Чтобы продлить срок службы батареи от ноутбука, необходимо соблюдать несколько простых правил:

• самое важное — следует всегда извлекать аккумулятор из ноутбука, когда есть возможность подключить его к электросети. Довольно часто ноутбук работает как стационарный ПК, при этом батарея всегда подключена к нему, что значительно укорачивает жизнь такой батареи. Впрочем, этот совет не работает, если лэптоп изначально обладает слабой батареей с низкой силой тока;
• необходимо раз в неделю проводить полную разрядку и зарядку батареи, что совершенно нетрудно, если в ноутбуке есть мощный процессор и дискретная видеокарта.

Как проверить заряд батарейки БИОС мультиметром

Батарея BIOS предназначена для беспрерывного питания памяти компьютера. Подключается этот элемент к материнской плате. Если батарейка разрядилась — компьютер не включается или же запускается со сбившимися настройками, не работают USB-слоты.

В классическом корпусе типа «тауэр» нередко скопление пыли и конденсата, из-за чего гальванический элемент БИОС может выйти из строя раньше. Обычный срок службы этой «таблетки» составляет десятки лет, но проверять ее работоспособность — критически важно.

Чтобы оценить степень заряда такой батарейки, необходимо выполнить несколько простых действий:

• при включенном ПК отсоединить шнур питания сзади системного блока;
• снять боковую защитную крышку системного блока;
• аккуратно извлечь круглую батарейку БИОС из гнезда, она фиксируется в слоте небольшим пружинящим контактом;
• подключить один щуп мультиметра к периферии батарейки, второй — к ее поверхности.

Если мультиметр показал на дисплее цифру 3 — такое напряжение является нормальным и говорит о полной работоспособности батарейки BIOS.

Как проверить емкость аккумулятора автомобиля [Быстро]

Номинальные показатели любой аккумуляторной батареи для автомобиля указаны на корпусе изделия. Но спустя несколько месяцев использования, они снижаются, и владелец машины может заметить значительное ухудшение работы источника электропитания. В этом случае встает вопрос, как проверить емкость аккумулятора автомобиля, если заметно что АКБ стал хуже работать. Разберемся в этом подробно, какое нужно оборудование для проверки и измерения, и куда можно сдать нерабочий автомобильный аккумулятор на утилизацию по выгодной цене.

Как определить емкость аккумулятора автомобиля

*Нажмите чтобы увеличить

Покупая аккумулятор для своего автомобиля, в первую очередь нужно обращать внимание на характеристики, которые указаны на этикетке корпуса. Кроме марки и модели, на ней указывается величина пускового тока и номинальная емкость АКБ. Измеряется она в Ah (Ампер/часах). В зависимости от мощности автомобиля и объема двигателя, подбирается подходящая батарея.

Чтобы определиться, нужно перед покупкой следует изучить техническую информацию о автомобиле и самом АКБ:

• Для легковых автомобилей подходят аккумуляторы с емкостью от 55 до 70 А/ч;
• Внедорожники и кроссоверы – 66-80 А/ч;
• Грузовые транспортные средства – 77-150 А/ч, в зависимости от грузоподъемности;
• Для спецтехники, например экскаваторов и бульдозеров, нужен АКБ емкостью от 180 А/ч;
• Фуры, грузовики, камазы, автопоезда – от 200 А/ч.

Чтобы не ошибиться с выбором, лучше посмотреть какой аккумулятор стоял до этого или проконсультироваться с продавцом. Но в любом случае, лучше брать батарею с емкостью выше требуемой – со временем она будет снижаться и чем выше значение на этикетке, тем дольше прослужит АКБ.

Как проверить емкость авто аккумулятора самостоятельно

Своими руками определить номинальную емкость аккумулятора можно, также, как и измерить напряжение, внутреннее сопротивление, ток утечки и другие параметры.

Для этого требуется специальное оборудование, в частности необходим мультиметр. Вся операция производится следующим образом:

1. АКБ необходимо полностью зарядить, для этого используется стандартная зарядка;
2. Подключается устройство с известным потреблением тока – подойдет лампа накаливания;
3. Одновременно с этим засекают время, в течении которого будет аккумулятор отдавать нормальную нагрузку;
4. К полюсам подключается мультиметр, через зажимы, переключив его в режим измерения напряжения;
5. На мультиметре устанавливается диапазон 20В;
6. Прослеживается уровень падения в разнице потенциалов, при этом при минимально допустимом значении, питание отключается;
7. Производятся расчеты, с учетом характеристик, которые определены.

Формула расчета емкости выглядит следующим образом:

(Потребляемый при нагрузке ток) * (время нормальной работы) = (Емкость) А/ч

Вместо мультиметра можно использовать и тестер. Чтобы самостоятельно проверить АКБ необходимо знать как измерить емкость аккумулятора автомобиля, а также понимать, как правильно работать с мультиметром или тестером.

Виды мультиметров, в т.ч. и для измерения емкости АКБ

Для измерения емкости аккумулятора подойдет любой мультиметр или тестер. Они классифицируются на два типа: аналоговые и цифровые. В чем их разница и какие преимущества и недостатки они имеют в сравнении с друг другом разберемся подробно.

Аналоговый – классический тестер, со встроенным экраном, на котором располагается градуированная шкала и стрелка. Измерить напряжение помогают электронные блоки. Аналоговые тестеры практически вытеснены с рынка цифровыми, так как они менее удобны и не имеют высокой точности. Преимущество этого прибора – долгий срок работы, надежность и возможность измерить напряжение даже при помехах.

Цифровой – это высокоточный прибор, небольшого размера и удобным жидкокристаллическим экраном. Основой для измерения служит контроллер с цифровым преобразователем. Анализ напряжение производит микросхема, в которой за это отвечает специальный блок. Цифровые мультиметры имеют высокую точность, погрешности возможны, но не такие как у аналоговых. Недостатком является чувствительность к помехам и излучениям. Поэтому если нужно измерить напряжение при радиопомехах и электромагнитном излучении, нужно использовать аналоговый тестер.

Какой емкости и видов можно сдать АКБ на утилизацию

К сожалению источники питания для авто не работают на полную мощность через некоторое время, а в течении 5-6 лет и вовсе приходят в непригодность. Неисправный или нерабочий аккумулятор нельзя выбрасывать, его нужно сдавать в пункты по утилизации – это не только принесет прибыль, но и поможет в сохранении чистоты окружающей среды.

На аккумуляторных батареях иногда указывается не только емкость, но и другие характеристики, только они уже не столь важны при приемке на утилизацию. При этом возможно, что производитель указал и другую информацию – для удобства пользователей. Согласно стандартам заводов по переработке АКБ они принимают:

• Тяговые аккумуляторы;
• Стартерные АКБ автомобилей и мототехники;
• АКБ от бесперебойников (ИБП/UPS)
• Эбонитовые;
• С гелевый электролитом;
• С жидким свинцово-кислотным электролитом.

По стандартам и лицензии, утилизация АКБ в Москве проводится фирмой АКБскрап – условия, предлагаемые компанией выгоднее чем при продаже в пункт приема металла как лом. В АКБскрап можно сдать любые аккумуляторы, вне зависимости от емкости или других показателей.

Как проверить емкость аккумулятора телефона: Мультиметром, Приложениями, USB-Тестером

Батарея любого телефона со временем изнашивается и начинает хуже держать заряд. Процесс этот – неизбежный и не зависит от стоимости телефона, его модели и используемого типа аккумулятора (никель-металлогидридный, литий-ионный или литий-полимерный).

В зависимости от эксплуатации, бережливости и частоты зарядки-разрядки, батарея за два-три года частично исчерпывает свой ресурс, а через 5 лет может стать непригодной.

У кого-то – раньше, у кого-то – позже. Чтобы заранее знать, сколько у нее еще осталось запаса и когда готовиться к замене, нужно уметь точно определять текущую емкость аккумулятора телефона.

Что такое емкость аккумулятора

Для начала нужно разобраться, что это такое – емкость аккумулятора. Это его способность накапливать и возвращать энергию постоянного тока. Измеряется в ампер-часах или ватт-часах. Обозначает этот показатель, на протяжении какого времени аккумулятор сможет обеспечивать питание телефона.

Например если у батареи емкость 1750 мАч, то это значит, что она проработает 10 часов при нагрузке током 175 мАч, или 5 часов при нагрузке 350 мАч, или 1 час при нагрузке 1750 мАч.

В результате различных процессов, идущих внутри аппарата, емкость АКБ постепенно уменьшается. Слишком быстрая разрядка при пассивной эксплуатации или резкая разрядка, когда была полная шкала, а после одного звонка осталось 15 процентов свидетельствуют о том, что батарея умирает и ее пора менять.

Важно! Если АКБ телефона вздулась либо деформировалась, но еще работает, ее нужно немедленно заменить. При возникновении внешнего износа батарея может лопнуть и вывести телефон из строя.

Где указывается и как узнать емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора пишется на самой батареи, как правило, на той стороне, что прилегает к внутренней части аппарата. Значит, просто сняв крышку, узнать ничего не получится. Придется выключать телефон и вынимать аккумулятор.

Если аккумулятор несъемный или на нем ничего не написано, то можно посмотреть в приложенных при продаже документах или изучить характеристики своего мобильного телефона в интернете (например на сайте market.yandex.ru).

Обратите внимание! Емкость батареи указывается приблизительно в следующем формате: 1300 mAh.

Так же можно воспользоваться мобильными приложениями, которые выпускаются под все платформы. Для Android и Windows Phone подойдут программы CPU-Z или 3C Battery Monitor, а для iPhone.

Если Вы их не смогли найти или они не поддерживаются вашими устройствами, то можно просто забить в поиске приложений Battery и скачать любое другое, скорее всего там будет весь набор необходимых функций.

Узнаем емкость аккумулятора с помощью приложений CPU-Z или 3C Battery Monitor

Обе программы выдали одинаковую и верную информацию — 4100 мАч, так же указали, что состояние хорошее. Помимо этого утилиты могут дать огромное количество полезной информации о состоянии железа и программном обеспечении.

Однако такими способами мы можем узнать заявленную емкость аккумулятора, фактический ресурс батареи узнать несколько сложнее. Это можно осуществить с помощью мультиметра, USB-тестера, или специальных мобильных приложении.

Проверяем аккумулятор телефона мультиметром

Мультиметр – это удобный многофункциональный прибор, имеющийся у многих в хозяйстве. Им можно измерить очень многое, включая емкости батареи. То есть, замерить им можно уровень тока, который отдает элемент питания – в Амперах. Чтобы проверить емкость, понадобится еще и резистор, а также часы.

Сначала надо полностью зарядить АКБ, после чего разрядить с помощью резистора. Затем снова поставить на зарядку и засечь, за какое время она полностью зарядится. Исходя из этих данных, остаточная емкость считается по формуле Е [А*час]= I [А] * T [час]. Получившийся результат и будет интересующей нас цифрой.

Внимание! Стоит отметить, что способ довольно долгий, сложный, нудный и требует непосредственно вашего участия. При этом совсем не точный. Поэтому мы не рекомендуем его использовать.

Через мобильные приложения

Проверить работоспособность аккумулятора на современном устройстве можно с помощью специальных мобильных приложений.

Проверяем емкость аккумулятора на Android

Проверить состояние аккумулятора на Android телефоне можно несколькими способами.

Способ №1. В поле для телефонного номера набираем: *#*#4636#*#* после чего у нас сразу откроется служебное меню, в котором нужно будет перейти во вкладку «Информация о батарее». В ней будет представлена общая информация о батарее и ее состоянии. К сожалению даже при неудовлетворительном состоянии система может сказать, что все хорошо.

Способ №2. С помощью мобильного приложения. Для этой цели идеально подойдет программа AccuBattery, которую можно  скачать в Google Play для всех телефонов с версией Android 5. 0 и выше. Нужно просто несколько раз разрядить — зарядить телефон и приложение точно вычислит реальную емкость аккумулятора и отобразит информацию во вкладке «Здоровье». Так же программа будет отслеживать общее состояние и износ батареи. Считать циклы заряда-разряда и давать ценные рекомендации по увеличению сроку службы АКБ.

 

На левом экране Sony Experia Z3 Compact, которому около 3 лет, на среднем экране Xiaomi Redmi 3s 32gb, которому около года. На правом экране Xiaomi Redmi 4x 32gb, которому полгода. Как видно, чем старше телефон, тем меньше у него осталось емкости.

Чем больше будет совершено циклов разрядов-зарядов, тем точнее получится информация. Не обязательно все время разряжать телефон в ноль.

Проверяем емкость аккумулятора на iPhone

Определить этот показатель на iPhone можно с помощью многофункциональной утилиты iBackupBot. Для начала ее нужно скачать и установить на компьютере (только PC и Mac), а затем подключить аппарат и запустить программу.

Далее нужно выбрать свое устройство из списка предложенных и нажать More information. Появится информация о емкости и количестве полностью пройденных циклов от зарядки до разрядки.

Где:

• CycleCount: 211 — количество циклов полной зарядки и разрядки;
• DesignCapacity: 1430 — заводской объем батареи, который заявленный производителем;
• FullChargeCapacity: 1132 — полный объем зарядки;
• Status: Success (все хорошо) — Текущий статус батареи;
• BatteryCurrentCapacity 93% — текущий уровень заряда.

Проверяем емкость аккумулятора Windows Phone

Здесь существует несколько вариантов приложений с простыми говорящими названиями:

1. Сведения о батарее – приложение для батареи мобильного телефона Windows Phone, показывающее основные параметры этого оборудования.
2. Индикатор Батареи – выводит информацию о работе и исправности АКБ на экран блокировки или на живую плитку, ведет статистику.
3. Battery by smalltech – показывает, сколько времени осталось, чтобы послушать музыку, посмотреть видео, поговорить и т. д.
4. Battery – отображает текущий статус, время до выключения аппарата или до полной его зарядки, а также другие уведомления.
5. Доктор батареи – показывает уровень зарядки, сколько устройство сможет работать на текущем уровне, а также дает советы по экономии заряда.

Все они подходят как для телефонов, так и для ноутбуков и прочих устройств на Windows.

Battery Doctor

Узнаем емкость смартфона с помощью USB тестера

USB тестер – это, по сути, тот же мультиметр, только предназначенный для современных устройств. Им, в отличие от обычного прибора, можно замерить и емкость АКБ мобильного устройства.

Прибор прост и понятен в использовании, подключается через USB-порт. Он способен измерить ток и напряжение, вывести полученные данные на дисплей. Подсчитывает количество энергии, проходящей через него, что используется для определения емкости АКБ.

Все свои вычисления прибор хранит в независимых блоках памяти, к данным всегда можно вернуться и перепроверить. Ненужную информацию можно удалить с помощью клавиши сброса содержимого.

Как замерить емкость батареи тестером:

1. Полностью разрядить испытуемую батарею.
2. Выставить значение активной ячейки памяти тестера на 0.
3. Последовательно включить в цепь зарядное устройство и нужный аккумулятор.
4. Когда аппарат будет полностью заряжен, тестер покажет уровень емкости батареи.

Поступить можно и полностью наоборот: сначала полностью зарядить телефон, а потом измерять время его полной

USB Тестер для измерения емкости аккумуляторов

Если от первоначальной емкости (заявленной производителем) осталось менее 50%, лучше ее поменять. Также сделать это следует, если ее внешний вид оставляет желать лучшего – есть вздутия и деформации.

Сделать замеры можно различными способами, но как утверждают отзывы и мнения на различных форумах, у всех – в том числе и мобильных приложений – есть погрешность, а значит, результат будет неточным.

Самым надежным является измерение через USB тестер. Однако приобретать этот прибор целесообразно, только если предполагается регулярное его использование. Для одного-двух аккумуляторов не имеет смысла. Хорошо, что измерение емкости – далеко не единственная его функция.

Остались вопросы о том, как узнать емкость батарее в телефоне, или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полезным, полным и точным.

Определение количества циклов батареи для ноутбуков Mac

MacBook Pro (13 дюймов, M1, 2020 г.) MacBook Pro (13 дюймов, 2020 г., два порта Thunderbolt 3) MacBook Pro (13 дюймов, 2020 г., четыре Thunderbolt 3 MacBook Pro (16 дюймов, 2019 г.) MacBook Pro (15 дюймов, 2019 г.) MacBook Pro (13 дюймов, 2019 г., четыре порта Thunderbolt 3) MacBook Pro (13 дюймов, 2019 г., два порта Thunderbolt 3 портов) MacBook Pro (15 дюймов, 2018 г.) MacBook Pro (13 дюймов, 2018 г., четыре порта Thunderbolt 3) MacBook Pro (15 дюймов, 2017 г. ) MacBook Pro (13 дюймов, 2017 г., четыре порта Thunderbolt 3 портов) MacBook Pro (13 дюймов, 2017 г., два порта Thunderbolt 3) MacBook Pro (15 дюймов, 2016 г.) MacBook Pro (13 дюймов, 2016 г., четыре порта Thunderbolt 3) MacBook Pro (13 дюймов, 2016 г., два порта Thunderbolt 3) MacBook Pro (Retina, 13 дюймов, начало 2015 г.) MacBook Pro (Retina, 13 дюймов, середина 2014 г.) MacBook Pro (Retina, 13 дюймов, конец 2013 г.) MacBook Pro ( Retina, 13 дюймов, начало 2013 г.) MacBook Pro (Retina, 13 дюймов, конец 2012 г.) MacBook Pro (13 дюймов, середина 2012 г.) MacBook Pro (13 дюймов, конец 2011 г.) MacBook Pro (13 дюймов, начало 2011 г.) MacBook Pro ( 13 дюймов, середина 2010 г.) MacBook Pro (13 дюймов, середина 2009 г.) MacBook Pro (Retina, 15 дюймов, середина 2015 г.) MacBook Pro (Retina, 15 дюймов, середина 2014 г.) MacBook Pro (Retina, 15 дюймов, конец 2013 г.) MacBook Pro (Retina, 15 дюймов, начало 2013 г. ) MacBook Pro (Retina, середина 2012 г.) MacBook Pro (15 дюймов, середина 2012 г.) MacBook Pro (15 дюймов, конец 2011 г. ) MacBook Pro (15 дюймов, начало 2011 г.) MacBook Pro (15 дюймов, середина 2010 г.) MacBook Pro (15 дюймов, 2.53 ГГц, середина 2009 г.) MacBook Pro (15 дюймов, середина 2009 г.) MacBook Pro (17 дюймов, конец 2011 г.) MacBook Pro (17 дюймов, начало 2011 г.) MacBook Pro (17 дюймов, середина 2010 г.) MacBook Pro (17 дюймов, середина 2009 г.) MacBook Pro (17 дюймов, начало 2009 г.)

1000

MacBook Air (M1, 2020) MacBook Air (Retina, 13 дюймов, 2020 г.) MacBook Air (Retina, 13 дюймов, 2019 г.) MacBook Air (Retina, 13 дюймов, 2018 г.) MacBook Air (13- дюймов, 2017 г.) MacBook Air (11 дюймов, начало 2015 г.) MacBook Air (11 дюймов, начало 2014 г.) MacBook Air (11 дюймов, середина 2013 г.) MacBook Air (11 дюймов, середина 2012 г.) MacBook Air (11 дюймов, середина 2011 г. ) MacBook Air (11 дюймов, конец 2010 г.) MacBook Air (13 дюймов, начало 2015 г.) MacBook Air (13 дюймов, начало 2014 г.) MacBook Air (13 дюймов, Середина 2013 г.) MacBook Air (13 дюймов, середина 2012 г.) MacBook Air (13 дюймов, середина 2011 г.) MacBook Air (13 дюймов, конец 2010 г.)

1000

Надежность аккумулятора и способы ее повышения

Бомбы и смысл жизни

Из фотографий возгорания портативных компьютеров и самолетов мы все узнали, что ионно-литиевые элементы питания могут быть потенциально зажигательными устройствами.В их основе лежит высокореактивный химический состав, который при определенных обстоятельствах может привести к тепловому разгоне и серьезному физическому ущербу. Это может быть особенно опасно для тяговых аккумуляторов большого формата. Катастрофические сбои, которые не вызваны злоупотреблением, к счастью, чрезвычайно редки и, как правило, являются случайными событиями, такими как загрязнение активных химикатов. (См. Раздел «Режимы отказа» ниже.) Они могут характеризоваться очень низкой, но довольно постоянной частотой отказов для всей группы батарей. С тех пор, как они были впервые представлены, была проделана большая работа по повышению безопасности литиевых батарей, как за счет принятия более безопасного химического состава элементов, так и за счет лучшего контроля процесса производства элементов, а также с помощью внешней электроники для защиты элементов, встроенной в аккумуляторные блоки. Но, хотя безопасность элементов, возможно, была улучшена, а количество отказов уменьшено, даже если они никогда не загорятся, литий-ионные аккумуляторные батареи все еще могут быть потенциальной финансовой бомбой замедленного действия с предохранителями неопределенной длины. Это связано с тем, что отказы батареи также определяются сроком службы батареи, который, как известно, трудно предсказать. (См. График и определение срока службы). Неспособность батареи полностью соответствовать указанным характеристикам считается отказом, даже если батарея все еще функционирует, хотя и с немного сниженной производительностью. Это снижение производительности известно как «износ» и происходит не из-за редких случайных событий, а из-за постоянного, постепенного разрушения активных химикатов, которым подвержены все батареи.Фактическая интенсивность отказов не постоянна, а меняется со временем в зависимости от природы химикатов, используемых в элементах, и от условий эксплуатации, с которыми батарея сталкивается в течение ее срока службы. Литиевый пожарный (UPS Flight 1307) Источник Национальный совет по безопасности на транспорте США

Поскольку тяговые батареи могут стоить столько же, сколько и транспортное средство, в котором они используются, клиенты ожидают, что они прослужат в течение всего срока службы автомобиля. Обычно это восемь-десять лет, и, к сожалению, это больше, чем время существования самой мощной литиевой технологии. Таким образом, чтобы оправдать ожидания клиентов, производители вынуждены делать прогнозы относительно характеристик батарей на периоды, превышающие их опыт. Без конкретных и надежных данных о том, как ухудшение химического состава элемента влияет на производительность элемента, прогнозы относительно будущей производительности и срока службы батареи, вероятно, будут неточными, а поскольку производительность и срок службы зависят как от операционной среды, так и от характера использования, эти неточности будет иметь тенденцию увеличивать возможную погрешность. Основание гарантий производительности на неточных предположениях о сроке службы может привести к разрушительным гарантийным обязательствам. Неожиданно высокий уровень возврата продукта или катастрофические отказы в течение срока службы батареи могут подорвать репутацию и бизнес как производителя упаковки, так и клиента.

Обязательства производителей во многих странах определяются законом, но на практике клиенты требуют гораздо лучшей защиты, чем минимальные предусмотренные законом обязанности, а гарантии исполнения оговариваются между заинтересованными сторонами.В случае батарей обычно есть два этапа в цепочке поставок, так что задействованы два контракта: один между производителем элементов и производителем батареи, а другой — между производителем батареи и конечным пользователем. В основе обоих этих контрактов лежит соглашение об ожидаемом сроке службы продукта. Несмотря на важность этого вопроса, срок службы батареи не определен должным образом и, таким образом, может вызывать путаницу и неопределенность, ведущую к дезинформации, принятию желаемого за действительное и, возможно, к катастрофе.Следующие вопросы должны помочь прояснить ситуацию.

		Смысл жизни Что такое жизнь? Это календарь или цикл? Или это «характерный срок службы», как это определено для прогнозов вероятности продолжительности жизни Вейбулла; это «время, когда 62.3% блоков выходят из строя »(см. Ниже). Игнорирование последствий этого последнего определения может привести к огромным гарантийным расходам для поставщика. Когда был день рождения? Это был день образования клеток? Или это было при первом вводе батареи в эксплуатацию? Что такое смерть? Означает ли летальный исход внезапную смерть, и в этом случае установка перестает функционировать, или это означает износ, когда производительность функционирующих единиц просто ухудшается и теперь выходит за согласованные пределы допуска? Смерть и инвалидность? Как отказ связанных компонентов, таких как компоненты системы управления батареями (BMS), влияет на производительность батареи? Условия проживания? Опубликованные характеристики срока службы обычно показывают производительность при номинальной температуре и интенсивности использования. Какой срок службы можно ожидать во всем диапазоне рабочих условий (температура и скорость)? Если злоупотребление исключено, как оно определяется? Образ жизни? Имеет ли аккумулятор легкую жизнь (неглубокие циклы, периодическое использование, комфортные условия) или он требует тяжелых работ (глубокие циклы, высокие скорости, непрерывное использование, суровые условия)? Есть ли ограничения по использованию? Целая жизнь или неполная жизнь? Что гарантировано, элементы или батарея? Нет повреждений или смерти? Продолжительность жизни? Что считается приемлемым уровнем смертности до достижения указанного срока жизни (1%, 10%)? Какое стандартное отклонение времени до отказа? Старение? Как определяется старение (падение емкости, рост импеданса)? Сколько образцов было использовано для определения опубликованных характеристик старения? Действительно ли тестовые образцы репрезентативны для всего населения? Сколько отказов произошло во время тестирования жизненного цикла? Доступны ли кривые старения для батарей, работающих в крайних температурных диапазонах? Надежда и опыт? Ожидаемая продолжительность жизни больше периода, для которого имеются доказательства? (Испытания срока службы проводились в течение всего ожидаемого срока службы продукта или срок службы основан на экстраполяции данных испытаний, собранных за более короткий период?) Реинкарнация? Есть ли жизнь после смерти? Второе использование? Списано? Переработано? Новые приложения с низким энергопотреблением?

См. Также Срок службы батареи (и смерть)

Проблемы с оценкой срока службы батареи

Определение срока службы батареи сопряжено с трудностями.Данные о производительности обычно недоступны, и их получение требует больших затрат, так как большое количество батарей необходимо испытать на предмет разрушения. Кроме того, требуемый период тестирования для проверки прогнозов часто превышает время подготовки коммерческого решения. Время зарядки — разрядки для аккумуляторов большой емкости очень велико, и использование ускоренного тестирования срока службы для определения срока службы аккумуляторов, скорее всего, приведет к неверным результатам, поскольку срок службы аккумулятора зависит от температуры, скорости и глубины разрядки, а также от условий тестирования, используемых для ускорения возникновения отказы вполне могут привести к появлению новых и нерепрезентативных режимов отказа.

Предупреждение: Хотя прогнозы надежности, приведенные в следующем разделе, очень полезны, они предназначены для приложений, включающих постоянные контролируемые среды, рабочие условия и нагрузки. Однако многие аккумуляторы, особенно те, которые используются в автомобилях, работают в самых разных условиях эксплуатации с большими вариациями нагрузок, которые они должны обеспечивать. Прогнозирование срока службы этих аккумуляторов намного сложнее и рассматривается в разделе «Прогноз срока службы автомобильных аккумуляторов» ниже.

Прогнозирование отказов

Наиболее часто цитируемым показателем срока службы элемента или батареи является время цикла. Обычно он определяется как количество циклов, завершенных до того, как текущая мощность упадет до менее 80% емкости новой. В качестве альтернативы, для мощных батарей срок полезного цикла иногда определяется как количество циклов, завершенных до того, как внутренний импеданс увеличится в два раза по сравнению с новым значением. Важно, чтобы в условиях испытаний была указана глубина разряда для циклов тестирования, поскольку срок службы батареи увеличивается экспоненциально по мере уменьшения глубины разряда. Смотрите график Life vs DOD. Таблицы спецификаций обычно показывают серию измерений емкости элементов с течением времени, что указывает на довольно линейное уменьшение емкости с возрастом или завершенными циклами. Срок службы определяется как время, когда линия мощности пересекает отметку 80% (10 лет в примере ниже).

Поскольку старение клеток в течение периода измерения является достаточно линейным, возникает соблазн экстраполировать долгосрочные характеристики из краткосрочных результатов, чтобы сделать первые выводы, избегая длительных или непрактичных программ испытаний.Линейное ухудшение характеристик с возрастом означает, что отказы из-за износа вызваны одним механизмом старения, и если испытания не будут продолжены до тех пор, пока все испытательные образцы не выйдут из строя, нет гарантии, что второй режим отказа не вступит в силу в более позднее время, ускорение скорости старения. Более того, опубликованные графики зависимости емкости от времени, как правило, не показывают разброс результатов, а также не показывают зависимости от температуры и скорости.

Диаграмма выше также показывает, что основывать гарантии производительности на одной характеристике старения линии может быть очень опасно, так как к целевому или указанному сроку службы более половины ячеек выйдет из строя.

Подобные аргументы применимы, когда указанный срок службы основан на росте внутреннего импеданса элемента, а не на уменьшении его емкости.

Режимы отказа

Достаточно точные прогнозы отказов могут быть сделаны для лампочек и конденсаторов, которые подвержены простым, последовательным режимам отказа и для которых доступны обширные данные об отказах.К сожалению, батареи не являются простыми устройствами, и одновременно могут существовать несколько механизмов отказа.

Смертельный исход может произойти из-за коротких замыканий, вызванных загрязненными материалами, проблемами механической устойчивости, заусенцами, дендритами и литиевым покрытием. Они также могут быть вызваны обрывом цепи из-за обрыва сварных швов, ослабленных соединений или трещин. Внешние сбои, такие как сбои BMS, также могут вызывать сбои в ячейках, которые они должны защищать.

Скрытые дефекты в компонентах, используемых в конструкции батареи, или производственные дефекты и дефекты изготовления могут вызывать ранние отказы или дефекты «износа», которые чаще называют «детской смертностью».Другие скрытые дефекты, такие как загрязнение активных материалов, могут вызвать серию случайных отказов, которые могут привести к внезапной смерти батареи, а не к постепенному износу. Эти отказы труднее охарактеризовать, они имеют тенденцию к случайному характеру и, к счастью, происходят с очень низкой частотой. Особую озабоченность вызывает возникновение внутренних коротких замыканий, которые могут привести к пожару.

Неисправности из-за износа происходят из-за постепенного ухудшения химических веществ в ячейке, которое может быть вызвано разрушением или потерей активных химических веществ, вызывая снижение емкости элемента.Эти отказы, в свою очередь, могут привести к фатальному состоянию, например, короткому замыканию, или они могут просто вызвать выход за пределы допустимых характеристик элемента. Сбои из-за износа могут быть инициированы или ускорены схемой использования, которой подвержена батарея.

На приведенной ниже диаграмме показано распределение отказов ячеек из-за различных режимов отказа. Более подробную информацию о режимах отказа можно найти в разделах «Почему выходят из строя батареи» и «Неисправности литиевых батарей».

Кривые представляют собой гистограммы, показывающие количество отказавших блоков в разные сроки службы.

Отказы из-за износа могут происходить в течение короткого периода времени или распространяться на более длительное время, или они могут проявляться через разные периоды, как показано тремя распределениями износа, показанными синим цветом на приведенной выше диаграмме.

Примерами отказов из-за износа являются рост дендритов, литиевое покрытие анода, потеря электролита из-за химического разрушения или утечек, высыхание электролита, растворение катодного материала, проникновение влаги из-за отказа вентиляции или повреждения уплотнения корпуса, или трещины в активные материалы или корпус ячейки.У каждого из этих отказов изнашивания есть свое распределение характеристик.

Распределение отказов для ячейки — это сумма распределений всех способствующих факторов, как показано на диаграмме ниже. Верхняя кривая показывает изменение мгновенной интенсивности отказов во времени из-за комбинации всех активных механизмов отказа. Результатом является характерная «кривая ванны», типичная для электронных компонентов.Нижняя кривая — это кумулятивное распределение отказов, соответствующее мгновенной интенсивности отказов. На диаграмме также указаны возможные характеристики срока службы, которые производитель может применить.

Компоненты, предназначенные для высоконадежных приложений, часто подвергаются «выгоранию», чтобы исключить младенческую смертность. При производстве элементов все элементы должны пройти один или несколько циклов зарядки-разрядки как часть процесса формирования, и это может служить двойной цели выявления ранних отказов.

См. Дополнительную информацию о старении в разделе «Срок службы батареи».

Прогнозы надежности

Для прогнозирования совокупного числа выживших или отказавших компонентов в большой совокупности на основе частоты отказов репрезентативной выборки полезно иметь математическое выражение для расчета вероятности отказов в любой момент времени.

Концепции надежности

На следующих графиках показаны типичные характеристики износа и случайной надежности, представленные изменяющимися во времени функциями F (t), R (t), f (t) и h (t).

• Пример 1

Предположения

• Батарея на 80 элементов, построенная из элементов с указанным сроком службы 8 лет
• Выход из строя 1 ячейки приведет к выходу из строя батареи
• Типичное использование 300 циклов в год по 8 часов в цикле = 2400 часов в год

Таким образом, ожидаемый срок службы элемента составляет примерно 20 000 часов, а частота отказов на элемент будет 1 из 20 000 часов.

НО — у типичной 80-элементной батареи НЕ будет 80 отказов, равномерно распределенных в течение 20000 часов, что эквивалентно 1 отказу каждые 240 часов (или 1 отказу в месяц)

Это могло произойти, только если частота отказов была постоянной (обычно случайные отказы)

80 отказов начнут происходить только где-то к концу 20 000 часов, когда начнутся отказы из-за износа, и до этого времени батарея будет относительно безотказной.

Примечание:

Срок службы батареи также зависит от определения неисправности батареи и от конфигурации ее элементов (последовательные или параллельные элементы).

• Единичный элемент с емкостью менее 80% (отказавший) в последовательной цепи не обязательно приведет к тому, что емкость цепи будет менее 80%.
• Батарея с параллельными цепями может продолжать работать с меньшей емкостью, если элемент в одной из параллельных цепей выйдет из строя.

Weibull Life Distribution Model

Одна проблема с прогнозированием срока службы батареи заключается в том, что существует несколько режимов отказа, каждый со своей характерной формой и сроком службы, и это требует отдельного выражения для каждого типа отказа. Здесь на помощь пришел доктор Валодди Вейбулл, инженер датского происхождения. В 1939 году он предложил простое математическое распределение, теперь названное его именем, которое могло бы представлять широкий диапазон характеристик отказов, просто изменяя два параметра или константы, которые довольно легко определить.

Распределение отказов Вейбулла применимо не ко всем механизмам отказов, но это полезный инструмент для анализа многих наиболее распространенных проблем надежности.

Распределение накопленных отказов

Для статистически независимых отказов заданного типа распределение Вейбулла определяется как

F (t) = 1 — exp [- (t / α) ^β ]

Где F (t) — совокупный процент отказов по истечении времени t

α — это Характеристический ресурс компонентов (также известный как масштабный коэффициент )

β — параметр формы , описывающий кривую распределения отказов

Параметры α и β определяются графически на основе данных измерений, собранных в результате ресурсных испытаний на относительно небольшом количестве образцов (см. Ниже).Выражение представляет собой просто математическую модель, представляющую форму распределения, и не подразумевает никаких причин и следствий.

Характерный срок службы определяется как время, когда совокупный процент отказов в совокупности достигает 63,2%. Он определяется путем принятия t = α в приведенном выше уравнении. Таким образом, когда t = α , совокупный процент отказов равен

F (t) = 1 — e ^-1 = 63.2% независимо от значения β

Если в совокупности существует более одного механизма отказа, каждый с разными характеристиками, соответствующие α и β , соответствующие каждому режиму отказа, должны применяться отдельно для получения общего процента отказов. Использование параметров формы и масштаба, разработанных для аналогичных продуктов, не оправдано и может привести к ошибочным результатам.

Были разработаны более сложные распределения Вейбулла с большим количеством переменных, чтобы учесть другие факторы, такие как γ (гамма), известный как фактор местоположения , который представляет собой временную задержку до того, как эффект отказов станет очевидным.

В более общем плане распределение Вейбулла дается следующим образом:

F (t) = 1 — exp [- ((t-γ) / α) ^β ]

Замена временной продолжительности t в двух уравнениях Вейбулла с переменными на ( t — γ ) эффективно перемещает кривую распределения продолжительности жизни Вейбулла в новое положение γ периодов вправо.К сожалению, в отличие от практического определения α, и β, определение надежного значения для γ намного сложнее. К счастью, фактор местоположения γ равен нулю для большинства случаев, поскольку отказы могут начаться сразу же в нулевой момент времени, так что двух переменных распределения обычно достаточно для анализа наиболее распространенных проблем.

Вероятностная плотность Функция продолжительности жизни компонентов

Распределение сроков службы компонентов в общей совокупности дается производной по времени от совокупного распределения отказов.Таким образом,

f (t) = dF (t) / dt = (β / α ^β ) t ^β-1 exp [- (t / α) ^β ]

Примеры распределений с различной формой и масштабными коэффициентами приведены ниже. Кривые плотности вероятности представляют собой гистограммы, которые представляют собой распределение времен жизни компонентов в общей совокупности.

Дескрипторы функции плотности вероятности Вейбулла f (t)

В батареях, которые построены из последовательной цепочки из N компонентов из одного и того же распределения с независимыми отказами, где отказ одного из компонентов вызывает отказ струны, форма и масштабные коэффициенты для струны задаются как

β _N = β ₁

α _N = α ₁ / (N) ^{1 / β}

Для случайных отказов (β = 1) характерный срок службы батареи с цепочкой из N ячеек в 1 / N раз превышает характеристический срок службы элементов, или, наоборот, интенсивность отказов батареи в N раз превышает интенсивность отказов отдельные клетки.

Частота отказов

Интенсивность опасности ч (т) , также называемая интенсивностью отказов, определяется как

h (t) = f (t) / R (t) = (β / α ^β ) t ^β-1

Для постоянной интенсивности отказов β = 1, средняя наработка на отказ ( MTBF ) эквивалентна характеристическому сроку службы и может быть выведена из приведенного выше уравнения.

Β = 1 и α = Среднее время безотказной работы и = 1 / ч

Таким образом, MTBF является обратной величиной частоты отказов.

Примечание: Концепция MTBF применима только к постоянной интенсивности отказов. Это не относится к неисправностям, связанным с износом батарей (и многим другим).

График вероятности Вейбулла Чтобы определить параметры α и β для независимых отказов заданного типа в пределах заданной совокупности, необходимо провести испытание срока службы на небольшой репрезентативной выборке единиц.Затем на графике вероятностной бумаги Вейбулла отображается совокупный процент отказов образца в зависимости от времени отказа или количества завершенных циклов. (См. Пример напротив) Характерный срок службы α генеральной совокупности определяется как время, когда 63,2% выборки или генеральной совокупности вышли из строя, и это получается непосредственно из графика. Наклон β графика задается проведением параллельной линии на шкале β , обведенной на графике, и соответствует коэффициенту формы распределения. Если результаты выборочных тестов не показывают четкой линии тренда, а вместо этого разбросаны по диаграмме, тогда распределение Вейбулла не подходит для моделирования характеристик отказов рассматриваемых продуктов.

Отказы элементов и батарей

Надежность аккумуляторной батареи никогда не может быть выше заявленной надежности отдельного элемента.Чем больше компонентов (ячеек) используется в батарее, тем меньше ее надежность, поскольку включение большего количества компонентов создает больше возможностей для отказа.

Кроме того, взаимодействия между ячейками могут также вызывать небольшие различия в производительности между ячейками, что приводит к перенапряжению и увеличению частоты отказов, что приводит к преждевременным сбоям. Балансировка клеток может уменьшить, но не устранить это. Эти сбои не являются независимыми и здесь не рассматриваются.

Износ

Неисправности из-за износа обычно возникают из-за постепенного ухудшения или уменьшения количества активных химикатов, что приводит к снижению емкости элемента. Срок службы элемента определяется как возраст, когда уменьшение емкости или увеличение внутреннего импеданса достигает заранее определенных неприемлемых уровней.

• Пример 2 — Отказы от износа (частота отказов, изменяющаяся во времени)

  На приведенных ниже графиках показаны прогнозы отказов Вейбулла для трех разных типов элементов с разными характеристиками срока службы α и параметрами формы β , относящимися к износу трех партий по 80 000 идентичных элементов, каждая партия использовалась для создания 1000 батарей, каждая из которых содержит 80 элементов.

  Параметры α и β необходимо определить экспериментально.

  Кумулятивное количество отказов Кривые напротив представляют совокупный процент отказавших ячеек для трех типов ячеек с различными характеристиками отказа.Совокупный процент отказавших ячеек за время t определяется как F (t) = 1 — exp [- (t / α) β ] (Если известны α и β , кривые можно построить с помощью функции Вейбулла, представленной в электронной таблице Excel) Обратите внимание, что для каждого типа ячейки совокупный процент отказов, когда истекшее время соответствует характеристическому сроку службы ячейки, составляет 63.2%. Кривые также могут представлять 3 (или более) отдельных механизма одновременного отказа, действующих в одной и той же батарее. Например, один для отказов из-за роста дендритов, другой для покрытия электродов, а третий для пробоя электролита. В таких случаях совокупные отказы ячеек за любой год будут суммой отказов из-за каждого фактора.

  Дифференциация вышеуказанной функции по времени дает соответствующее распределение времени жизни ячеек, показанное на кривых ниже.

  Распределения за все время существования Кривые напротив показывают распределение времени жизни для трех вышеуказанных типов ячеек, то есть процент ячеек, вышедших из строя в каждый период. Синяя и красная кривые показывают распределение времени жизни для ячеек с восьмилетним характерным сроком службы ячейки (α = 8). Синяя кривая показывает компоненты с большим разбросом производственных допусков (β = 4) , которые вызывают большое количество ранних отказов. Красная кривая показывает, что начальная интенсивность отказов может быть уменьшена за счет более жесткого контроля производства для производства компонентов с более узким разбросом допусков (β = 8) , но в этом случае частота отказов увеличивается позже, и все элементы выходят из строя относительно быстро. Обратите внимание, что во всех случаях более половины ячеек (63%) выходят из строя до истечения характерного срока службы.

  Износ одиночного элемента сам по себе не приведет к отказу батареи, поскольку все элементы в батарее, включая «вышедший из строя» элемент, будут продолжать функционировать, и постепенный эффект уменьшения емкости или увеличения импеданса одного элемент на батарее не будет отображаться, пока многие из ячеек не станут ниже номинальной емкости или не превысят допуск по сопротивлению.Это не относится к фатальным сбоям элементов, которые всегда приводят к выходу из строя батареи. В приведенном ниже примере показаны два сценария влияния отказов элементов на соответствующий срок службы батарей, построенных из 80 элементов, каждый из которых имеет характерный срок службы 12 лет, как в зеленом примере выше.

  • Зеленая кривая показывает распределение срока службы элементов.
  • Серая кривая показывает распределение срока службы многоячеечной батареи в результате выхода из строя ячеек. Предполагается, что наличие одного отказавшего элемента в цепи батареи достаточно, чтобы вызвать отказ батареи, и показывает, что характерный срок службы сокращается с 12 до 4 периодов. Отказы элементов происходят случайным образом по всем батареям, так что некоторые батареи будут иметь более одного отказавшего элемента (но могут выйти из строя только один раз), в то время как другие батареи не имеют отказавших элементов.
  • Фиолетовая кривая показывает наиболее вероятный случай, когда ранние отказы элементов из-за старения будут иметь минимальное влияние на общую производительность батареи. В этом случае отказов батареи в начальные периоды нет. Фактор местоположения Вейбулла ( γ = 2) представляет собой отложенное начало отказов и по существу сдвигает распределение срока службы вправо на 2 периода.

  Предупреждение

  • Не поддавайтесь искушению манипулировать предположениями, особенно фактором местоположения, чтобы получить желаемый результат.Используйте только измеренные, реальные данные.
  • Помните, что кривые Вейбулла — это только математические выражения, предназначенные для аппроксимации форм распределений надежности и не подразумевающие «причинно-следственные связи», так же как актуарные таблицы продолжительности жизни говорят вам только о распределении продолжительности жизни населения, а не как и почему конкретные числа что они. Кривые просто представляют или характеризуют то, что произошло или что было достигнуто. Их ценность в том, что их можно использовать для экстраполяции возникновения аналогичных событий в будущем, но только до тех пор, пока не изменятся окружающие и рабочие условия.
  • Обычно производители стремятся к максимальной надежности и максимальному сроку службы своей продукции. Маловероятно, что они будут проектировать продукты в соответствии с определенным набором кривых надежности Вейбулла, однако эти кривые можно использовать для измерения их характеристик.
  • Ускоренное испытание срока службы, особенно для батарей, не обязательно дает надежные результаты, поскольку обычные методы нагрузки на продукты путем повышения рабочей температуры или напряжения могут привести к появлению новых и нерепрезентативных механизмов старения и отказов.Таким образом, точные данные о надежности могут быть получены только путем наблюдения за ячейками в нормальных условиях эксплуатации в течение длительного периода, превышающего характерный срок службы элементов.
    Однако ускоренное испытание на срок службы, включая испытания давлением, вибрацией и ударом, по-прежнему полезно для выявления возможных недостатков конструкции, но не обязательно для оценки времени, в которое могут произойти какие-либо отказы.

  Выводы

  • Не ожидайте, что большинство клеток выживут после характерной жизни.
  • Для достижения приемлемо низкого количества отказов ячеек в течение определенного периода, характерный срок службы ячеек должен быть намного больше, чем желаемый срок службы.
  • Характерный срок службы высоковольтных батарей, которые по необходимости используют много ячеек, резко сокращается по сравнению с характеристическим сроком службы составляющих ячеек, поскольку большое количество отказов, связанных с большим количеством ячеек, распространяется на гораздо меньшее количество батарей.
  • Хотя каждый отказ изнашивания элемента не обязательно приводит к отказу батареи, срок службы батареи все же во много раз меньше срока службы элементов, из которых они построены.
  • Следует проявлять особую осторожность при определении приемлемых гарантийных пределов батареи, основанных на характеристических сроках службы, указанных производителями элементов.
  • Из-за сложности и стоимости получения базовых данных о надежности лучшим источником такой информации являются сами производители элементов.Если они заявляют о сроках службы своих продуктов, они должны иметь подтверждающие доказательства, подтверждающие свои утверждения. К сожалению, если у вас нет особых отношений с производителем, маловероятно, что у вас будет доступ к этой информации.

Прогноз срока службы автомобильных аккумуляторов

Как отмечалось выше, прогнозы надежности Weibull могут быть очень полезными, но их нелегко адаптировать для использования в автомобильных приложениях, которые работают в широком диапазоне изменяющихся рабочих условий с большими вариациями нагрузок, которые они должны обеспечивать.Для таких приложений необходимо разработать модель производительности, отражающую реальные условия эксплуатации. На практике это трехэтапный процесс. Сначала необходимо определить факторы стресса, которые влияют на срок службы батареи. Затем необходимо провести серию экспериментов, чтобы измерить ухудшение характеристик батареи, вызванное каждым из этих напряжений с течением времени. Наконец, как только эти основные взаимосвязи установлены, их можно объединить в составную модель, отражающую характеристики батареи при воздействии нескольких нагрузок.Эти шаги описаны более подробно ниже.

Напряжения, влияющие на производительность аккумулятора

Батареи могут подвергаться различным нагрузкам, от незначительных до серьезных. Некоторые из них описаны ниже. Многие из них могут быть результатом частично совпадающих причин. Например, перезарядка, агрессивное вождение и высокие температуры окружающей среды влияют на температуру аккумулятора, что, в свою очередь, влияет на срок службы аккумулятора. Нет необходимости в количественной оценке каждого выявленного стресса, поскольку основные характеристики батареи в желаемом приложении могут быть охарактеризованы менее чем десятью ключевыми параметрами.

Электрохимические характеристики аккумулятора и ограничения

• Календарь жизни

Батареи изнашиваются вне зависимости от того, используются они или нет. Связанные со временем «t» и температурой «T» необратимые химические и физические изменения активных химикатов могут привести к увеличению внутреннего импеданса и снижению емкости накопления энергии. Эти отношения относительно легко смоделировать математически, поскольку эмпирические данные показывают, что скорость увеличения внутреннего импеданса соответствует соотношению t ^1/2 и что скорость ухудшения удваивается с каждым повышением температуры на 10 ° C T ( Закон Аррениуса).Подробнее о Calendar Life

• Срок службы

Ухудшение производительности, связанное с использованием, связано с количеством завершенных циклов «N» , а также со временем «t» , но большинство взаимосвязей более сложные и нелинейные. Единственный практический способ определить характеристики батареи — эксперимент. Ниже приведены некоторые факторы, влияющие на жизненный цикл.

• Эксплуатация аккумулятора при очень высоких или очень низких температурах может вызвать необратимые химические изменения, сокращающие срок службы аккумулятора.См. Срок службы литиевых батарей
• Подобный эффект имеет очень высокая скорость зарядки и разрядки аккумулятора. См. Также Время зарядки и Литиевое покрытие
.
• Зарядка до высокого напряжения также влияет на срок службы батареи. См. Уровень зарядки
• Точно так же поддержание очень высокого уровня заряда аккумулятора (SOC) также пагубно сказывается на сроке службы.
• Срок службы батареи также зависит от глубины разряда (DOD), которой она подвержена, и колебания SOC на различных уровнях SOC.Смотрите более подробную информацию о глубине разряда
• Срок службы также может быть сокращен из-за потери электролита или проникновения воды и последующей реакции с электролитом из-за утечки или выхода из строя уплотнений.

См. Дополнительные сведения о сроке службы и сбоях литиевых батарей.

Ускорители старения

В предыдущем абзаце указаны некоторые основные факторы старения, присущие химическому составу батареи.Из этого мы можем видеть, что определенные внешние факторы окружающей среды и использования, такие как следующие, могут рассматриваться как ускорители старения.

• Высокие и очень низкие температуры
• Высокая пропускная способность (скорость зарядки и разрядки)

• Механическое напряжение или вибрация, которые могут вызвать обрыв или короткое замыкание или выход из строя уплотнения.

Операционная среда

В дополнение к упомянутым выше ускорителям старения существуют некоторые менее очевидные факторы окружающей среды, которые могут влиять на срок службы батареи.

• Температурный градиент аккумулятора может увеличить скорость старения аккумулятора.Из Аррениуса мы знаем, что при разнице температур в батарее 10 ° C некоторые элементы будут стареть в два раза быстрее, чем другие, что приведет к несбалансированным нагрузкам на элементы, что приведет к преждевременному выходу из строя. См. Также «Взаимодействие между ячейками».
• Высокое давление или циклические изменения давления могут вызвать механические отказы ячеек.
• Высокая влажность может вызвать коррозию, вызывая повышенное сопротивление контактов на клеммах аккумулятора.

Схема использования

Старение батареи также зависит не только от того, как с батареей обращается пользователь, но и от того, где пользователь живет и работает.

• Аккумулятор в типичном семейном автомобиле можно использовать менее 2 часов в день, в то время как автобус общественного транспорта может использоваться от 18 до 20 часов в день.
• Стиль вождения также влияет на старение. Пропускная способность аккумулятора зависит от профиля вождения пользователя, который может варьироваться от умеренного до агрессивного.
• Точно так же типичные маршруты движения, выбираемые пользователем, будь то преимущественно сельский, городской или шоссе, будут влиять на скорость передачи энергии и, следовательно, на износ батареи.
• Местоположение также является ключевым фактором, влияющим на срок службы батареи. Преобладающие климатические условия, в которых живет пользователь, могут варьироваться от жаркой засушливой пустыни до Арктики.

Тестирование надежности и сбор данных

После определения факторов стресса, которые могут повлиять на срок службы батареи, необходимо провести серию экспериментов для количественной оценки их воздействия. В этом разделе рассматриваются затронутые вопросы.

Контрольная точка — общая пропускная способность энергии

Использование фиксированного времени или фиксированного количества циклов в качестве эталона для сравнения производительности не обязательно дает сопоставимые результаты, поскольку и календарный срок, и жизненный цикл зависят от многих, если не всех, стрессовых факторов, которые мы пытаемся количественно оценить. Это может привести к тому, что некоторые батареи будут использоваться недостаточно во время одних тестов, а в других — чрезмерно. Одна константа, которая должна применяться ко всем циклическим испытаниям, — это общая пропускная способность батареи в течение срока ее службы.Определенный как , срок службы батареи на паспортной табличке и емкость ватт-часов, он обеспечивает эталонный стандарт для тестирования батарей определенного типа в различных условиях эксплуатации.

Срок службы Продолжительность испытаний

Время, необходимое для проверки срока службы батареи, может быть проблематичным. В идеале продолжительность испытаний должна быть такой же, как и указанный срок службы батареи, но при ожидаемом сроке службы от восьми до десяти лет это приведет к недопустимой задержке в цикле разработки продукта автопроизводителя.Тестирование на более короткие периоды предполагает создание прогнозов и некоторый риск. К счастью, есть способы снизить этот риск.

Как отмечалось выше, календарная жизнь может быть представлена ​​двумя хорошо установленными математическими соотношениями, константы которых могут быть определены с помощью относительно коротких периодов тестирования.

Продолжительность теста, необходимая для тестирования жизненного цикла, — это как раз время, необходимое для завершения общей выработки энергии, и эти тесты обычно могут быть завершены в течение указанного календарного срока.Это связано с тем, что в большинстве приложений батареи используются только часть дня, так что можно проводить несколько последовательных циклов тестирования в день, исключив время простоя между циклами в типичной схеме использования. Однако рекомендуется поддерживать короткий период отдыха между циклами, чтобы химические превращения в батарее стабилизировались между циклами.

Дальнейшее сокращение времени испытаний обусловлено характером самих испытаний, поскольку большинство нагрузочных испытаний включает в себя ускорение расхода энергии за счет увеличения скорости заряда и разряда или увеличения скорости химической реакции за счет повышения рабочей температуры.

В целом, можно спрогнозировать десятилетний срок службы всего за год тестирования.

Факторы напряжения — что тестировать

Для полноты картины следует проводить отдельные тесты для каждого стрессового состояния, например, упомянутых выше, однако должно быть возможно получить разумное представление о сроке службы батареи, отслеживая влияние всего пяти, но желательно больше, ключевых стрессов. участники.Условия напряжения, которые должны быть измерены, также могут включать более одного фактора напряжения, если два напряжения регулярно возникают одновременно, что сокращает количество испытаний и упрощает последующее построение репрезентативной модели производительности.

Испытания включают в себя циклическое переключение батареи через цикл зарядки-разрядки, подвергая батарею одному или нескольким из идентифицированных стрессовых условий, таких как:

• Износ при хранении
• Работа при высоких и низких температурах
• Циклы агрессивной езды
• Высокие средние токи заряда и разряда
• Глубина разряда

Измерения

Емкость батареи и внутренний импеданс должны регистрироваться после каждого цикла тестирования, чтобы можно было построить графики, показывающие изменение уменьшения емкости или роста импеданса в зависимости от количества завершенных циклов.

Стоимость

Проведение испытаний на надежность является чрезвычайно дорогостоящим и трудоемким. Все батареи очень дороги и должны быть испытаны на разрушение. Заманчиво сэкономить деньги, проводя тесты только на отдельных элементах и ​​экстраполируя производительность батареи из производительности элемента, однако это приведет к ошибочным результатам. Чтобы получить истинное представление о старении или износе аккумулятора,

Лучшее средство проверки емкости аккумулятора — отличные предложения на тестер емкости аккумулятора от глобальных продавцов тестеров емкости аккумулятора

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для тестера емкости аккумулятора.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок и небольших независимых продавцов со скидками, которые предлагают быструю доставку, надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, так как этот лучший тестер емкости аккумуляторов в кратчайшие сроки станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели тестер емкости аккумулятора на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в тестере емкости аккумулятора и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести battery capacity tester по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.