Как узнать емкость батарейки? Зачем сбрасывают показатели основной батереи?
Как узнать емкость батарейки? Зачем «сбрасывают» батарею? Как бороться с хитростями недобросовестных продавцов?
Кому лень читать до конца, сразу основные моменты наблюдений:
Понадобится программа Leaf Spy Pro. Я пользуюсь официально купленной программой.
1. Основная характеристика состояния высоковольтной батареи (ВВБ ) — это GID, гиды.
2. Сброс остаточной емкости ВВБ может привести к увеличению пробега, но есть риски.
3. Как проверить состояние ВВБ при продаже — лишний совет обращать внимание на GID, численный показатель множим на 0,08 и получаем текущий остаток заряда в ВВБ и сравниваем его с показаниями SOC Leaf Spy. Если SOC заметно больше полученного нами произведения, то скорее всего были манипуляции извне.
4. На показатели ВВБ влияет не только пробег, манера езды, но и температура окружающей среды, время года, длительность простоев и много других факторов. Их учли инженеры, но нам представили весьма в ограниченных индикаторах, в том числе Hх.
Эта запись небольшое наблюдение и предположение. С удовольствием жду наблюдений других лифоводов.
Наверное многие потенциальные покупатели, а также недавние приобретатели нашей чудо-машины озадачиваются первой мыслью, а сколько «весит» главный элемент электромобиля — его высоковольтная батарея (ВВБ).
В Nissan Leaf на основном, водительском экране, имеется шкала. О ней знает каждый лифовод. Две градуировки сигнализирует нам о текущем заряде (SOC) и остаточной емкости ВВБ от заводской (SOH). Всего 12 делений.
Соответственно при продаже/покупке все стараются обратить внимание на те самые «палки» остаточной емкости ВВБ (SOH).
В последнее время все больше предложений машин с внушительными пробегами первой модификации имеют все 12 делений SOH.
Недавно в сети Youtube появилось интересное видео от пользователя Carvisor, где довольно подробно описывается процесс сброса остаточной емкости батареи и практических результатах этого сброса. Средняя цена такой манипуляции 500 рублей. Отмечу, в видео есть предупреждение о риске такого сброса для ВВБ. Тем не менее заветные деления действительно восстанавливаются. Более того, известное практически всем лифоводам приложение Leaf Spy тоже подтверждает и рисует SOH 100 %.
Есть тут два интересных момента, с которыми спешу поделиться.
Во-первых, после сброса состояния ВВБ Leaf Spy будет указывать SOH 100% и деления на табло будут все 12.
Но производитель гораздо хитрее. Leaf Spy Pro (более расширенная версия) показывает еще один важный и малопонятный индикатор GID. Вот его и рекомендую запомнить. Полностью заряженная новая машина (с завода) будет указывать около 281 gid для батареи с маркировкой 24 кВт. Доступных на новой батареи будет около 22,5 кВт (показатели с простора Интернета!). Это SOH 100%.
В любое время Вы можете посмотреть показания Leaf Spy Pro, считать GID и умножить на 0,08 — получите кВт текущего заряда батареи.
Они будут совпадать с показаниями Leaf Spy Pro в соответствующем пункте меню.
Вычислить SOC, текущий заряд батареи тоже не проблема — находим процент полученного значения к 22,5 кВт. И сравниваем с показаниями Leaf Spy Pro, которые должны быть меньше или равны. Если вычисленное значение заметно меньше, чем выдает Leaf Spy Pro, значит показатели SOH недавно сбрасывали.
Теперь о втором моменте сбрасывания состояния батареи. На мой взгляд мы потенциально подвергаем ВВБ опасности.
Наверное Вы легко заметили, что я описывал состояние SOH 100 % как 22,5 кВт. Хотя мы знаем, что батарейка то на 24 кВт. Все верно, производитель закладывает определенный буфер защиты от перегревов, перезарядок и т.п. При зарядке до 100 процентов Leaf Spy Pro покажет, что даже эти 22,5 кВт заряжаются до 97,5% (погрешность в десятых процента), хотя автомобильное табло будет показывать 100%
А теперь представим, что SOH или остаточная емкость батареи 70%, т.е. оборудование авто будет позволять зарядить ВВБ не более 0,7*22,5*0,975=15,36 кВт. Но фактическая емкость на 1,5 кВт больше (то самый буфер). И тогда, в самом лучшем случае, вся емкость ВВБ может составить 16,86 кВт (в теории, так как я посчитал что 1,5 кВт это не изменяемый показатель). Запомним это число.
Мы сбросили SOH показатель до 100%.
Т.е. при зарядке до 100 процентов, электроника авто будет пытаться принять — 1*22,5*0,975=21,94 кВт.
При зарядке до 80 процентов 0,8*22,5*0,975=17,55 кВт.
А теперь сравним. Физически мы выше нашли, что в ВВБ всего 16,86 кВт. А заряжать мы будем пробовать до 21,94 или 17,55 кВт.
Конечно появятся лишние километры пробега, исключительно за счет уничтожения защитного буфера, но насколько полезно это для ВВБ, вопрос.
Думаю оборудование автомобиля очень быстро начнет пересчитывать и бороться с перезарядом, но только практика может дать ответ, что происходит в таких случаях с ВВБ.
Теперь о времени года и стоянках «Листика». Тут все довольно интересно. Видимо умный автомобиль умеет учитывать приближение времен года — осени, зимы, весны, лета. Может по дате, может по анализу температур. И например приближение осени, зимы (похолодания) отмечает послаблением. Т.е. SOH в процентах приближается к процентному соотношению GID (полностью заряженной), возможно даже может быть больше. И наоборот, после зимней спячки, с первым теплом зажимает SOH.
Поэтому показатель остаточной емкости ВВБ, в процентах — это процент GID на полностью заряженной машине (на скрине у меня он 92,2). SOH (у меня он, на дату скрина, 91) будет меньше, скорее всего это тоже элемент защиты ВВБ. Вот и секрет «разгона» показателя SOH. Он будет расти после лета к осени. При выезде из теплого бокса на сильный мороз, предполагаю тоже можно столкнуться с ростом SOH.
А как же влияет стоянка. По той же схеме. Если автомобиль с весны ставить на стоянку, то во время стоянки показатели SOH упадут (обезопасить от летнего перегрева). И наоборот если с осени автомобиль оставлять на долгие стоянки (даже несколько дней) SOH начнет оттаивать и расти, так как впереди больших опасностей нет.
Все это конечно предположения, пишите в комментариях у кого какой опыт и наблюдения.
На истину не претендую. Она где-то рядом.
Состояние заряда и здоровья аккумулятора, а также условия замены автомобильного аккумулятора
Состояние заряда аккумулятора (SOC)
Состояние заряда автомобильной батареи выражается в виде напряжения (OCV) и представляет собой силу, используемую для проворачивания, известного как ток холодного пуска (CCA), через цепь стартера к двигателю.
Предполагая, что батарея полностью заряжена с высоким OCV и имеет хорошее состояние здоровья (SOH), высокий OCV позволит батарее многократно подавать достаточное количество CCA для запуска двигателя и достижения приблизительно 100% его пусковой емкости.
Если у батареи низкий OCV, ее способность отдавать пусковой ток через цепь стартера снижается, что приводит к возможному незапуску, даже если у батареи хороший SOH.
Состояние здоровья аккумулятора (SOH)
SOH автомобильного аккумулятора выражается в амплитуде холодного пуска (CCA) и представляет собой пусковую мощность, которую OCV способен подавать к стартеру через цепь стартера.
Каждый раз, когда батарея разряжается и перезаряжается (циклически), небольшое количество материала пластины, которое химически реагирует с серной кислотой в растворе электролита с образованием электричества, постоянно теряется.
Со временем и в зависимости от таких факторов, как рабочая температура, рабочее состояние заряда и рабочий цикл, это естественное использование материала пластины в конечном итоге приведет к медленному, но неуклонному снижению SOH батареи и ее способности производить CCA, требуемый для запуска двигателя.
Хотя невозможно определить максимальный или минимальный ожидаемый срок службы батареи из-за возможных изменений условий работы батареи, это старение и износ в конечном итоге приведут к отказу батареи при запуске двигателя.
Неисправность аккумуляторной батареи и диагностика
Принимая во внимание эти два рабочих состояния автомобильной батареи, легко спутать SOC с SOH и сделать неверные диагностические предположения, когда происходит сбой батареи.
Если уровень заряда батареи низкий, но он имеет хорошую возможность запуска двигателя SOH, его можно восстановить, зарядив аккумулятор и восстановив его способность выдавать имеющийся CCA через цепь стартера.
Однако, если SOC высокий, но SOH низкий, так как материал пластины аккумулятора со временем ухудшился до уровня, который не может удовлетворить требования, предъявляемые к нему стартером, может возникнуть ситуация незапуска, даже если аккумулятор полностью заряжен заряжена.
SOH батареи и ее способность поставлять высокий уровень CCA становится еще более важным в холодные зимние месяцы. Это связано с тем, что способность батареи обеспечивать максимально доступную CCA уменьшается примерно на 30% при 0 C. Однако требования к CCA цепи стартера возрастают, чтобы преодолеть такие условия, как повышенная вязкость моторного масла и сниженные допуски на компоненты двигателя.
Поэтому возможно иметь батарею, которая полностью заряжена с хорошим OCV, которая уже не сможет запустить двигатель, так как SOH и ее способность выдавать высокие уровни CCA достигли уровня, который не в состоянии удовлетворить требования для прокрутки стартера.
SOH Автомобильного аккумулятора с помощью pyren
В ней описывается метод мониторинга SOH (State Of Health) автомобильного аккумулятора. Есть еще одна популярная аббревиатура SOC (State Of Charge) которая используется для обозначения уровня заряженности аккумулятора, с ней все не так интересно. Для определения SOC достаточно отключить аккумулятор (лучше на пару часов), потом измерить напряжение на клеммах и температуру окружающей среды и по табличке найти плюс/минус количество процентов заряда. Фактически можно ничего не отключать, просто нужно убедиться, что тяжелых потребителей на аккумуляторе не было в течение предидущих часа/двух, и тогда мы не сильно ошибемся с процентами.
Выглядит эта табличка так:
Параметр SOH нужен для определения степени химической, необратимой деградации батареи.
Автор статьи предлагает определять степень «живости» аккумулятора по графику просадки напряжения во время прокручивания двигателя стартером.
По утверждению автора, у хорошего аккумулятора первый минимум на графике должен быть ниже второго
у плохого аккумулятора наоборот, второй минимум будет ниже первого.
Моему аккумулятору нет и года и я решил проверить на нем эту теорию. Вот что получилось и как я это делал:
В статье утверждается, что нужно делать измерения напряжения с частотой 200Hz. Такой частоты опроса с помощью ELM добиться сложно, но близкое значение получить вполне можно. Для этого нужно, либо написать отдельный скрипт, который будет опрашивать только значение напряжения, либо модифицировать меню одного из своих блоков в pyren так, чтобы в нем остался только параметр напряжения.
Я пошел по второму пути.
Сначала я проверил все свои блоки, в которых есть параметр с напряжением на быстродействие. Самым быстрым оказался ЭБУ двигателя. На скорости порта в 230400, он показывал время отклика в районе 5мс (почти 200Hz)
Затем я снял ограничение частоты опроса в pyren. Для этого нужно в файле mod_ecu.py найти строку
Теперь запускаем pyren, переходим в созданное нами меню с одним единственным параметром напряжения и запускаем двигатель.
Через пару секунд pyren останавливаем и смотрим что получилось в папке csv. У меня там оказался файл с длинным именем
Его непосредственно можно открывать и обрабатывать в exel. Вот, что у меня там получилось
Теперь подставляю свои данные в их формулы и получаю такой результат
Получается, что у меня коэффициент SOH = 1,712, а это вроде как очень даже много и мой аккумулятор очень даже еще живенький.
Для проверки всей этой теории нужно будет через годик эксперимент повторить.
(Но сначала нужно купить зарядник и подзарядить аккумулятор дома, т.к. видимо мой профиль езды не дает ему достаточно подзаряжаться в машине)
День спустя вспомнил, что в ELM встроен вольтметр. Не очень точный, требующий калибровки, но есть. По команде ATRV ELM возвращает значение напряжения на OBD разъёме с точностью 100 mV. Повторил эксперимент используя данные c ELM и получил очень похожий результат
Выходит, так можно получить достаточно точный результат не опрашивая блоки вовсе и метод будет совместим с любым автомобилем где есть разъём OBDII и при этом не нужно знать команд чтения напряжения с блоков.
Осталось убедиться что этот метод вообще работает )
Литиевая батарея Состояние заряда
Измерение уровня заряда литий-ионных аккумуляторов (SoC)
Литий-ионные батареи постоянно используются в самых разных приложениях. Чтобы обеспечить эффективное использование батареи и более длительный срок службы, системы управления батареями (BMS) работают. Последние BMS становятся все сложнее и вызывают более высокие накладные расходы на батарею. Расчетная SoC калибруется с использованием исходной зависимости напряжения холостого хода (OCV) от кривой SoC. Проведено сравнение разработанной системы с традиционными аналогами. Результаты демонстрируют превосходство предложенной системы более чем на третий порядок с точки зрения усиления сжатия и вычислительной эффективности при обеспечении аналогичной точности оценки SoC.
 |  |
Определение и классификация оценки SOC
Существует несколько способов измерения состояния заряда литий-ионных аккумуляторов (SoC) или Глубина разряда (DoD) для литиевой батареи. Некоторые методы довольно сложны в реализации и требуют сложного оборудования (спектроскопия импеданса или ареометр для свинцово-кислотных аккумуляторов).
Мы подробно расскажем о двух наиболее распространенных и простых методах оценки состояния заряда батареи: метод измерения напряжения или Напряжение холостого хода (OCV) и метод подсчета кулонов.
1 / Оценка SoC с использованием метода напряжения холостого хода (OCV)
Все типы аккумуляторов имеют одну общую черту: напряжение на их выводах уменьшается или увеличивается в зависимости от уровня их заряда. Напряжение будет самым высоким, когда батарея полностью заряжена, и самым низким, когда она разряжена.
Это соотношение между напряжением и SOC напрямую зависит от используемой аккумуляторной технологии. В качестве примера на диаграмме ниже сравниваются кривые разряда свинцовой батареи и литий-ионной батареи.
Можно видеть, что свинцово-кислотные батареи имеют относительно линейную кривую, которая позволяет хорошо оценить состояние заряда: для измеренного напряжения можно довольно точно оценить значение соответствующей SoC.
Однако литий-ионные батареи имеют гораздо более пологую кривую разряда, что означает, что в широком рабочем диапазоне напряжение на клеммах батареи изменяется очень незначительно.
Литий-железо-фосфатная технология имеет самую ровную кривую разряда, что очень затрудняет оценку SoC с помощью простого измерения напряжения. Действительно, разница напряжений между двумя значениями SoC может быть настолько малой, что невозможно оценить состояние заряда с хорошей точностью.
На приведенной ниже диаграмме показано, что разница в измерении напряжения между значением DoD 40% и 80% составляет около 6.0 В для батареи 48 В в свинцово-кислотной технологии, в то время как она составляет всего 0.5 В для литий-железо-фосфатного!
Однако откалиброванные индикаторы заряда могут использоваться специально для литий-ионных аккумуляторов в целом и литий-железо-фосфатных аккумуляторов в частности. Точное измерение в сочетании с смоделированной кривой нагрузки позволяет получать измерения SoC с точностью от 10 до 15%.
2 / Оценка SoC с использованием метода счета кулонов
В отличие от метода OCV, этот метод может определять изменение состояния заряда во время использования батареи. Для проведения точных измерений не требуется, чтобы батарея находилась в состоянии покоя.
Кулоновский счетчик
Хотя измерение тока выполняется с помощью прецизионного резистора, могут возникать небольшие ошибки измерения, связанные с частотой дискретизации. Чтобы исправить эти предельные ошибки, счетчик кулонов повторно калибруется при каждом цикле загрузки.
Литий-ионный Состояние заряда (SoC) измерение, выполненное с помощью подсчета кулонов, допускает погрешность измерения менее 1%, что позволяет очень точно определять оставшуюся в батарее энергию. В отличие от метода OCV, подсчет кулонов не зависит от колебаний заряда батареи (которые вызывают падение напряжения батареи), а точность остается постоянной независимо от использования батареи.
Эксплуатация литий-ионных аккумуляторов
Ранее тема обсуждалась в следующих постах:
Далее приведены данные, полученные по результатам экспериментов над аккумуляторами различных производителей.
Особенности тестирования
Тесты на количество циклов проводились при разрядке током 1С, для каждого аккумулятора проводились циклы разрядки/зарядки до достижения 80% емкости. Такое число было выбрано исходя из сроков тесто и для возможного сравнения результатов впоследствии. Число полных эквивалентных циклов — до 7500 в некоторых тестах.
Тесты на срок службы проводились при различных уровнях заряда и температуре, каждые 40-50 дней проводились измерения напряжения для контроля разряда, длительность тестов составляла 400-500 дней.
Главной сложностью в экспериментах являются расхождения в заявленной емкости и реальной. Все аккумуляторы имеют емкость выше, чем заявленная, от 0,1% до 5%, что вносит дополнительный элемент непредсказуемости.
Наиболее часто использовались аккумуляторы NCA и NMC, но также тестировались литий-кобальт и литий-фосфатные аккумуляторы.
Немного терминов:
DoD — Depth of Discharge — глубина разряда.
SoC — State of Charge — уровень заряда.
Использование аккумуляторов
Количество циклов
На данный момент есть теория, что зависимость количества циклов, которые может выдержать аккумулятор от степени разряда аккумулятора в цикле имеет следующий вид (синим обозначены циклы разрядки, черным — эквивалентные полные циклы): 
Данная кривая носит названия кривой Вёлера (Wöhler). Основная идея пришла из механики о зависимости числа растяжений пружины от степени растяжения. Начальное значение в 3000 циклов при 100% разряде батарей является средневзвешенным числом при разряде в 0,1С. Какие-то аккумуляторы показывают лучшие результаты, какие-то хуже. При токе 1С число полных циклов при 100% разряде падает с 3000 до 1000-1500 в зависимости от производителя.
В целом, данное соотношение, представленное на графиках, получило подтверждение по результатам экспериментов, потому целесообразным является зарядка аккумулятора при любой возможности.
Расчет суперпозиции циклов
При эксплуатации аккумуляторов возможна работа при одновременном наличии двух циклов (например, рекуперативное торможение в автомобиле):
Получается следующий комбинированный цикл:
Возникает вопрос, как это сказывается на эксплуатации аккумулятора, сильно ли уменьшается ресурс аккумулятора?
По результатам экспериментов комбинированный цикл показал результаты, как от сложения полных эквивалентных циклов двух независимых циклов. Т.е. относительная емкость аккумулятора в комбинированном цикле падала соответственно сумме разрядов на малом и большом циклах (линеаризованный график представлен ниже).
Влияние больших циклов разрядки более существенно, а значит подтверждается то, что аккумулятор лучше заряжать при каждой возможности.
Эффект памяти
Эффект памяти литий-ионных аккумуляторов по результатам экспериментов отмечен не был. При различных режимах его полная емкость все равно впоследствии не изменялась. В то же время есть ряд работ, которые подтверждают наличие данного эффекта в литий-фосфатных и литий-титановых аккумуляторах.
Хранение аккумуляторов
Температуры хранения
Тут никаких необычных открытий не было сделано. Температуры 20-25°C являются оптимальными (в обычной жизни) для хранения аккумулятора, если его не использовать. При хранении аккумулятора при температуре в 50°C деградация емкость идет практически в 6 раз быстрее.
Естественно более низкие температуры лучше для хранения, но в быту это означает специальное охлаждение. Так как температура воздуха в квартире, как правило, 20-25°C, то и хранение скорее всего будет при такой температуре.
Уровень заряда
Как показали испытания, чем меньше заряд тем медленнее идет саморазряд аккумулятора. Измерялась емкость аккумулятора, какой бы она была при его дальнейшем использовании после длительного хранения. Наилучший результат показали аккумуляторы, которые хранились с зарядом близким к нулю.
В целом хорошие результаты показали аккумуляторы, которые хранились не более чем с 60% уровнем заряда на момент начала хранения. Цифры отличаются от приведенных ниже для 100% заряда в худшую сторону (т.е. аккумулятор придет в негодность ранее, чем указано на рисунке):
Рисунок взят из статьи 5 практических советов по эксплуатации литий-ионных аккумуляторов
В то же время цифры для малого заряда более оптимистичны (94% после года при температуре 40°C для хранения при SOC 40%).
Так как 10% заряд непрактичен, так как время работы при таком уровне весьма маленькое, хранить аккумуляторы оптимально при SOC 60%, что позволит применить его в любой момент и не скажется критично на сроке его службы.
Основные проблемы результатов экспериментов
Никто не проводил тесты, которые можно считать на 100% достоверными. Выборка, как правило, не превышает пары тысяч аккумуляторов из миллионов произведенных. Большинство исследователей не могут представить достоверные сравнительные анализы по причинам недостаточной выборки. Также результаты этих экспериментов зачастую являются конфиденциальной информацией. Так что данные рекомендации не обязательно подходят к вашему аккумулятору, но могут считаться оптимальными.
Итоги экспериментов
Оптимальная частота зарядки — при каждой возможности.
Оптимальные условия хранения — 20-25°C при 60% заряде аккумулятора.