Pirmas

Akumuliatorių vidinė varža - ar tai patikimas jų būklės indikatorius?

 

Vytautas Ščiuka, www.secbaltic.com

 

Vidinės varžos metodai suteikia naudingą informaciją apie akumuliatorių būklę ir galimus jų gedimus.
Vis dėlto, priešingai nei talpos patikra, vidinės varžos matavimo metodai neduoda vieningų ir nekintamų rezultatų. Iš savo klientų visame pasaulyje sulaukiame klausimų, kaip teisingai vykdyti ir interpretuoti akumuliatorių patikrą vidinės varžos matavimo metodais; taip pat labai dažnas klausimas - kodėl skiriasi gamintojo pateikiama akumuliatorių vidinė varža nuo išmatuotos naudojant kimntamos srovės signalo metodą? Iš tiesų, skirtumai yra, ir dažnai gana ženklūs. Tad kuo tikėti?

 

Nuolatinis akumuliatorių baterijų monitoringas yra svarbus sėkmingos visos sistemos eksploatacijos komponentas, leidžiantis ne tik laiku diagnozuoti visos baterijos būklę, išvengiant avarinių gedimų, bet ir padedantis nustatyti atskirų elementų gedimus, taip užkertant kelią visos baterijos „išėjimui iš rikiuotės". Patikimiausias būdas įvertinti atskirų akumuliatorių elementų būklę - jų talpos patikra, vykdant akumuliatorių iškrovimą nustatyta srove tam tikrą laikotarpį (dažniausiai - 5, 8 arba 10 valandų, priklausomai nuo patvirtintos metodikos ir testavimo įrangos). Šiuo metodu gaunami tikslūs akumuliatorių būklės duomenys (talpa - vienas svarbiausių akumuliatorių būklės parametrų), tačiau jis užima daug laiko ir reikalauja baterijos atjungimo. Dėl šių trūkumų, dažnai atlikti akumuliatorių talpos patikrą nėra galimybių. Todėl imti naudoti elementų vidinės varžos matavimo metodai, kurie greitai išpopuliarėjo dėl žymiai greitesnio ir paprastesnio akumuliatorių baterijų būklės įvertinimo. Per pastaruosius 20 metų nusistovėjo du pagrindiniai su vidinės varžos matavimu susiję metodai: nuolatinės srovės (NS) apkrova ir laidumo kintamos srovės (KS) signalui matavimas (išreiškiant vidinę varžą - atvirkštinį laidumui parametrą).

 

VARŽOS APIBRĖŽIMAS

Prieš pradedant kalbėti apie vidinės varžos matavimu pagrįstą akumuliatorių patikros metodą, reikia prisiminti keletą esminių su varža susijusių sąvokų ir jų skirtumus.
„Tikroji", arba aktyvioji - ominė - varža, yra visiškai pastovi ir neturi jokio reaktyvumo. Aktyviosios varžos pavyzdžiu galėtų tarnauti kaitinimo elementas - jo varža yra visiškai vienoda tiek nuolatinės, tiek kintamos srovės grandinėje.
Tačiau dauguma elektros grandinių, įskaitant akumuliatorius, savyje turi reaktyviosios varžos komponentų. Reaktyviojo grandinės elemento varža kinta priklausomai nuo elektros srovės dažnio. Pavyzdžiui, kondensatoriaus varža mažėja didėjant srovės dažniui (talpinė varža), tuo tarpu nuolatinės srovės grandinėje kondensatorius bus absoliutus dialektrikas. Induktorius pasižymi visiškai priešingomis savybėmis - jo varža auga, didėjant srovės dažniui (induktyvioji varža). Akumuliatoriai pasižymi visų trijų tipų - omine (aktyvine), talpine ir induktyviąja - varža vienu metu. Sąvoka impedansas apjungia visų šių tipų varžas („impedansas" pagal Cheminių terminų aiškinamąjį žodyną - visuminė elektros grandinės varža kintamai srovei). Taigi, toliau nagrinėjant greitos akumuliatorių patikros metodus, kalbėdami apie NS metodu gautus matavimų rezultatus, turėtume vartoti terminą „vidinė varža", tuo tarpu KS signalo metodo atveju - „impedansas".

Akumuliatoriaus elektrinę schemą galima pavaizduoti kaip skirtingų komponentų rinkinį. 1 pav. parodyta supaprastinta Rendlo (J. E. Randles) švino - rūgštinio akumuliatoriaus schema, pavaizduota kaip elektros grandinė iš rezistorių ir kondensatoriaus (R1, R2 ir C). Induktyvioji varža akumuliatoriuose vaidina itin nežymią rolę, todėl Rendlo modelyje ji nevertinama.


 

1 pav.: Rendlo švino - rūgštinio akumuliatoriaus modelis.
Akumuliatoriaus impedansas susideda iš ominės, talpinės ir induktyviosios varžų vidurkio. Šių komponentų reikšmės ir santykis yra skirtingi kiekviename akumuliatoriuje.

 

VIDINĖS VARŽOS / IMPEDANSO MATAVIMO METODŲ SKIRTUMAI

 

Kiekvienas iš minėtų akumuliatorių būklės greitos patikros - NS apkrovos ir KS signalo - metodų turi tiek savų privalumų, tiek trūkumų. Labai svarbu suprasti, jog šie metodai suteikia skirtingus vidinės akumuliatorių varžos rezultatus, netgi testuojant tą patį akumuliatorių, tačiau nei vienas jų nėra klaidingas. Pavyzdžiui, naudojant NS apkrovos metodą, gali būti gauta didesnė akumuliatoriaus vidinė varža, nei 1000Hz KS signalo metodu (pasireiškia talpinės varžos įtaka).

NS apkrovos metodas: akumuliatorių ominės (aktyviosios) varžos matavimo metodas yra vienas seniausių ir patikimiausių. Testavimo įranga sukuria keletą sekundžių trunkančią apkrovą (srovės dydis parenkamas priklausomai nuo akumuliatoriaus talpos), vidinės varžos reikšmė automatiškai apskaičiuojama kaip akumuliatoriaus gnybtų įtampos pokyčio ir apkrovos srovės santykio išraiška. Gauti rezultatai yra tikslūs ir nekintantys (t.y., esant tokioms pat sąlygoms atlikus pakartotinį testavimą, bus gaunami identiški rezultatai). Nustatytas paklaidos dydis - 0,01mΩ.


 

2 pav.: NS apkrovos metodas.
NS apkrovos atveju Rendlo modelis akumuliatoriuje pilnai neveikia. R1 ir R2 reikšmės apsijungia į vieną ominę (aktyviąją) varžą.

Nuolatinė srovė eliminuoja kondensatoriaus įtaką Rendlo modelyje (NS kondensatoriumi neteka), o rezistoriai R1 ir R2 apjungiami į vieną.

 

NS apkrovos metodą naudoja akumuliatorių gamintojai, techniniuose parametruose nurodydami vidinę akumuliatorių varžą. Srovės dydis ir apkrovos laikas yra reglamentuoti IEC 60896 standarto metodikoje.

Akumuliatorių bateriją eksploatuojantis personalas šį metodą taiko rečiau, nes atliekant testavimą, įranga kaista, todėl reikalingas laikas jos temperatūros normalizavimuisi prieš atliekant kitus matavimus; be to, reikalingas akumuliatorių baterijos atjungimas.


KS signalo metodas: kitaip nei NS apkrovos atveju, testavimo įranga pasiunčia per akumuliatorių kintamos srovės signalą. Siekiant sumažinti reaktyvumą, paprastai naudojama 80-100Hz dažnio srovė.  Pagal akumuliatoriaus laidumą pasiųstam KS signalui, įranga apskaičiuoja jo impedansą.


 

3 pav.: KS signalo metodas.
Nors impedanso reikšmei įtaką turi visi Rendlo modelio komponentai, jų reikšmės susilieja į vieną, todėl kiekvienas atskirai šiuo metodu negali būti nagrinėjamos.

Kintamos srovės grandinėje visų Rendlo modelio komponentų reikšmės apsijungia į vieną kompleksinį impedansą, dar vadinamą moduliu Z.

 

Greitai akumuliatorių baterijų būklės patikrai impedanso matavimo metodas šiuo metu yra pats populiariausias. Testavimo įranga yra nedidelė, patogi naudoti, dažnai atlieka papildomas naudingas funkcijas (matuoja įtampą, palaikomojo įkrovimo srovę, jungčių laidumą ir k.t.); be to, naudojant ji neįkaista, todėl matavimus galima atlikti be jokių pertraukų.

 

Šių dviejų metodų skirtumai, tiksliau - visiškai skirtingas akumuliatorių „elgesys" nuolatinės ir kintamos srovės grandinėje, sąlygoja ir skirtingus vidinės varžos matavimo rezultatus. Tai paaiškina, kodėl gamintojų nurodoma vidinė varža dažniausiai skiriasi nuo kintamos srovės testavimo įranga išmatuojamo impedanso. Nesusipratimai kyla iš to, kad tiek ominė (aktyvioji) varža, tiek impedansas išreiškiami omais (Ω), tačiau šių dviejų sąvokų, kalbant apie akumuliatorius, sulyginti jokiu būdu negalima.

 

AKUMULIATORIŲ BŪKLĖS MONITORINGAS NAUDOJANT IMPEDANSO MATAVIMO METODĄ


Nepaisant to, kad kintamos srovės signalo metodu nustatytos impedanso reikšmės nėra preciziškai tikslios ir nekintamos, šiai dienai tai yra vienas populiariausių greitos akumuliatorių būklės patikros būdų. Tai gana efektyvus akumuliatorių būklės tikrinimo metodas, svarbu jį tinkamai pritaikyti ir naudoti. Akumuliatorių būklė vertinama analizuojant jų impedansų pokytį per eksploatavimo laikotarpį. Svarbiausia taisyklė - lyginamos gali būti tik to paties akumuliatoriaus impedanso reikšmės, išmatuotos tuo pačiu prietaisu. Žemiau pateikiame praktinius patarimus, kaip naudojant impedanso matavimus vykdyti efektyvų akumuliatorių baterijų monitoringą.

 

Kintamos srovės signalo metodu matuojant visiškai naujų akumuliatorių impedansą, netgi tos pačios partijos akumuliatorių impedansas gali varijuoti ±8-15% ribose. Kiekvienas akumuliatorius yra unikalus, net patys mažiausi gamybos proceso ar naudojamų gamyboje žaliavų skirtumai nulemia skirtingą Rendlo modelio komponentų sąveiką kintamos srovės sąlygomis. Be to, per pirmuosius kelis akumuliatorių baterijos eksploatavimo mėnesius, dažnai užfiksuojamas ženklus impedanso pokytis. Todėl numačius vykdyti baterijos monitoringą impedanso matavimo metodu, svarbu išmatuoti vos pradėtos eksploatuoti akumuliatorių baterijos elementų impedansus, kurie vėliau turi būti naudojami kaip pradinė reikšmė stebint impedanso pokytį bėgant laikui. Dažniausiai impedanso matavimo prietaisai turi pakankamai didelę integruotą atmintį, suvedus į ją pradines reikšmes, kiekvieno paskesnio matavimo metu skirtingų akumuliatorių impedanso pokytis bus analizuojamas automatiškai. Beabejo, atliekant tiek pirminį, tiek visus paskesnius matavimus, akumuliatoriai turi būti pilnai įkrauti (priklausomai nuo akumuliatorių tipo, dažnai rekomenduojamas išlyginamasis įkrovimas prieš pradedant eksploatuoti bateriją), taip pat visus profilaktinius matavimus derėtų vykdyti identiškomis aplinkos sąlygomis (iš kurių svarbiausia - temperatūra).

 

Laikui bėgant, akumuliatorių impedansas turėtų didėti. Tai netiesiogiai koreliuoja su jų talpos mažėjimu. Visuotinai priimta, kad impedanso pokytis ±50% indikuoja galimą akumuliatoriaus problemą (gedimus arba talpos sumažėjimą iki ≤80% pradinio lygio). Nustačius akumuliatoriaus impedanso pokytį 50% nuo pradinės reikšmės, mūsų rekomendacija yra atlikti detalią akumuliatorių baterijos talpos patikrą, prieš tai atlikus išlyginamąjį įkrovimą. Kaip minėjau anksčiau, talpos patikra suteiks patikimus duomenis apie akumuliatorių būklę ir leis priimti teisingus sprendimus dėl tolesnio jų eksploatavimo.

 

Nors akumuliatorių impedanso reikšmės nustatymas nėra tikslus matavimas, kaip, pavyzdžiui, voltmetru išmatuojama įtampa, tačiau šis medotas yra vienas iš geriausių šiuo metu greito akumuliatorių „sveikatos" pokyčio nustatymo būdų. Akumuliatorių gamintojai vieningai sutaria, jog staigus akumuliatoriaus impedanso pokytis parodo galimą jo parametrų pablogėjimą, kurį tiksliai nustatyti galima talpos patikros metodu.

 

Naudojant ar platinant šį straipsnį, būtina nurodyti SEC Baltic kaip šaltinį.

 

 

Lietuvių

Kontaktai

UAB "SEC Baltic"

Vilniaus g. 31, 01402 Vilnius

Telefonas: +370 52 100441

Faksas: +370 52 100200

El. p.: info [eta] secbaltic.com