Лекция
Это продолжение увлекательной статьи про диагностика активных элементов.
...
являются характеристики аккумуляторной батареи и скорость ее деградации. Ведь именно она является дорогой деталью в устройстве и напрямую влияет на все эти показатели.
1. Терминология.
Деградация батареи электромобиля – является естественным процессом. Заключается в уменьшении объема заряда, который батарея способна хранить и выдавать. Обычно, аккумуляторы электромобилей могут выдавать больше мощности, чем нужно силовому агрегату, поэтому деградация проявляется, в основном, как снижение емкости (со временем батарея способна хранить все меньше и меньше энергии).
SOH (State Of Health, %) – показатель, использующийся для оценки состояния батареи. На русском языке может звучать, как: степень работоспособности аккумулятора. Обозначает его остаточную емкость, измеряется в %, т.к. изначально SOH любого электромобиля равен 100%. НЕ имеет единой формулы исчисления и пороговой величины, после прохождения которой аккумулятор будет считаться нерабочим – все индивидуально и зависит от конкретного разработчика.
Следует также отличать его от «запаса хода» (дистанция, которую машина может проехать на выдаваемых кВтч), который постоянно меняется в зависимости от уровня заряда, рельефа местности, использования вспомогательных систем, стиля вождения, количества пассажиров и веса перевозимого груза.
2. Что влияет на состояние литий-ионных аккумуляторов?
Принято выделять следующие факторы:
Предлагаем вам рассмотреть каждый из них подробнее.
а. Время:
Ключевые моменты, которые стоит учитывать:
Рисунок 2: Обычная кривая деградации выглядит примерно так.
К счастью для автовладельцев, лишь немногие изученные батареи достигли той точки, в которой наблюдается резкое снижение емкости. По этой же причине пока невозможно точно сказать, в какой момент оно начинается.
b. Производитель и конструкция:
На графиках разница между некоторыми марками электромобилей видна невооруженным глазом. Данные говорят о том, что разные батареи по-разному ведут себя с течением времени, и зависит это от моделей и годов выпуска машин. Почему же в одних аккумуляторы теряют емкость быстрее, чем в других? Кроме всего прочего, на это влияет химический состав и управление температурой аккумуляторов.
Хотя все электромобили используют литий-ионные батареи, их химический состав отличается (одно из заметных отличий – материалы электродов). А от него напрямую зависит то, как аккумулятор реагирует на нагрузки. Кроме химического состава ячеек, способы контроля температуры в разных авто также не одинаковые. В одних батареи нагреваются и/или охлаждаются за счет воздуха, а в других - с помощью жидкости.
Давайте сравним модель с жидкостной системой охлаждения Tesla Model S (2015) и модель, которая имеет пассивную систему воздушного охлаждения Nissan Leaf (2015).
Рисунок 3: Сравнение деградации батарей для Tesla Model S (2015) с жидкостным охлаждением и Nissan Leaf (2015) с воздушным охлаждением.
На графике мы видим, что средний показатель деградации у Nissan составляет 4,2% в год, тогда как у Tesla он равен 2,3%. Из чего можно сделать вывод, что контроль температуры является одним из способов защиты от потери емкости.
c. Работа на высоком и низком уровне заряда:
Еще одна причина, по которой аккумуляторы разных производителей имеют разную «живучесть», - отличие в способе контроля SOC (уровень заряда). Эксплуатация почти полностью заряженной/ разряженной батареи также влияет на ее состояние. Чтобы снизить это влияние, многие производители добавляют буфер, который блокирует доступ к крайним областям аккумулятора. Выглядит это примерно так:
Рисунок 4: Защитные буферы, контролирующие диапазон зарядки электромобилей.
Помимо использования защитных буферов в верхней и нижней части диапазона аккумуляторов, многие производители также ограничивают ежедневную зарядку показателем ниже 100%, т.е. с точки зрения чистой химии, при состоянии заряда в 100% батарея не является полностью заряженной, а при 0% - полностью разряженной.
Многие автовладельцы даже не догадываются о том, что не имеют доступа к самому нижнему порогу диапазона SOC – эта мера безопасности также помогает замедлить деградацию батареи.
Следует заметить, что из-за периодических беспроводных обновлений ПО размер буфера может меняться время от времени. Такую ситуацию заметили некоторые владельцы Tesla в 2019 году. Жалобы на снижение запаса хода дошли до производителя, и он подтвердил – причиной стало обновление, направленное на «защиту батареи и продление срока ее службы».
Некоторые автомобилестроители идут другим путем и делают этот функционал настраиваемым и открытым. Таким образом, уже сам пользователь выбирает момент окончания заправки. Например, 75% вместо 100%. Получившаяся произвольная область (на графике выше она обозначена буквой В) дополняет обязательный буфер (обозначенный как А), предохраняющий батарею от эксплуатации в зоне наивысшей деградации.
Давайте для примера рассмотрим Chevrolet Volt, который имел сравнительно большие верхние и нижние защитные буферы (А и D на графике выше), особенно в моделях ранних годов выпуска. С годами буферы SOC стали уменьшать, но даже с учетом этого – график наглядно показывает, насколько дольше сохраняется срок службы его аккумулятора. Не последнюю роль в том, что батарея Chevrolet Volt служит дольше среднего, играет и жидкостное охлаждение. И все же, мы можем сделать однозначный вывод: несмотря на то, что большие буферы уменьшают запас доступной энергии, они продлевают жизнь батарее.
Рисунок 5: Износ батареи Chevrolet Volt в сравнении с другими автомобилями.
Это интересно: Ограничение доступа к крайним областям диапазона не только продлевает «жизнь» аккумуляторам, но и повышает безопасность вождения. При почти полной зарядке/разрядке батарея не способна получать и выдавать возможный максимум энергии, что напрямую влияет на поведение машины и ее управляемость.
d. Эксплуатация и циклы зарядки:
Распространенным заблуждением является уверенность в том, что частая эксплуатация электромобиля отрицательно влияет на емкость батарей. Но, согласитесь, вы же не покупали машину для того, чтобы сидеть в ней и пить кофе?
Судя по результатам анализа, активная езда оказывает незначительное влияние на деградацию батарей, а значит – переживать на этот счет не имеет смысла. Если постоянно не превышать стандартный дневной пробег, повышенного износа аккумулятора не будет. А вот тем, кто при этом пользуется быстрыми зарядками, следует задуматься, однако, об этом мы поговорим чуть ниже.
Рисунок 6: Интенсивность эксплуатации не оказывает значительного влияния на скорость деградации.
e. Работа при высоких температурах:
Литий-ионные аккумуляторы электромобилей, как и многих других устройств и электроники, не любят критических температур. Считается, что высокие температуры негативно влияют на них. Так будет ли срок службы батареи на электромобиле в жаркой Аризоне ниже, чем в холодной Норвегии?
Чтобы выяснить это, машины были сгруппированы, исходя из климатических условий их эксплуатации:
И, к сожалению, показания графика подтверждают теоретические догадки – в жарком климате батарея действительно изнашивается гораздо быстрее.
Рисунок 7: Влияние климата на деградацию батарей электромобилей.
f. Типы зарядок и высокие токи:
Помимо всего вышесказанного, при анализе были учтены и типы зарядки, используемые для данных электромобилей. Североамериканские зарядные станции оборудованы зарядками трех основных типов:
В большинстве европейских стран выделяют зарядку переменным током (аналог Level 2 в Северной Америке) и постоянным (DCFC).
И хотя оптимальным видом зарядки электромобиля считается использование Level 2, разница между первым типом и вторым не такая уж большая.
Рисунок 8: Сравнительная потеря емкости батареи для зарядки от станции 1го и 2го типа.
А вот тем автолюбителям, кто часто пользуется быстрой зарядкой, стоит поостеречься. Именно ее постоянное применение ведет к гораздо более заметному ускорению деградации. Чтобы зарядить аккумулятор быстрее, используются более высокие токи, приводящие к повышению температуры. И то и другое сильно перегружает батарею. Многие производители советуют ограничить число быстрых зарядок в месяц, чтобы продлить жизнь аккумулятору.
Для наглядности было проведено сравнение показателей электромобилей, находящихся в равных условиях эксплуатации в жарком климате. Классификация проводилась по частоте использования DCFC:
Рисунок 9: В жарком климате или климате с выраженной сезонностью деградация батареи напрямую зависит от частоты использования DCFC (быстрой зарядки).
На графике видна разница даже между автомобилями, владельцы которых никогда не пользовались быстрой зарядкой или пользовались ей редко. Данные актуальны для жаркого климата или климата с выраженной сезонностью. Хотя, не исключено влияние и других факторов (ведь речь идет не о контролируемом эксперименте), но все же основным током зарядки должен быть переменный (Level 2).
3. Подведем итоги:
Как же можно продлить жизнь батареи вашего авто?
Разобравшись в том, что деградация батареи электромобиля зависит от множества факторов, начиная от модели и года выпуска, а заканчивая внешними климатическими условиями, возникает резонный вопрос – что со всем этим делать? И хотя большинство водителей не сталкивается с заметными потерями емкости, поскольку в нормальных условиях она составляет около 2,3 % в год, а в близких к идеальным - не превышает 1,6 %, есть вещи, которые следует помнить. Ну, или периодически о них вспоминать:
Владельцы автомобилей с проблемными аккумуляторами испытывают затруднения во время пуска двигателя. Ведь только исправный аккумулятор выдает необходимый ток. Прочитав статью, вы узнаете, какие неисправности аккумулятора бывают, можно ли их починить и научитесь восстанавливать работоспособность этого устройства.
Первый признак того, что с аккумулятором не все в порядке – затруднение с запуском двигателя. Исправный и полностью заряженный аккумулятор без труда крутит коленчатый вал мотора при температурах от +50 до -30 градусов. Если у вас произошло такое, измерьте напряжение на клеммах аккумулятора.
При выключенном зажигании напряжение должно превышать 13 Вольт, а во время работы стартера не падать ниже 11 Вольт. Если напряжение в порядке, то проблема не в аккумуляторе. Если же напряжение не соответствует указанному выше, необходима проверка этого устройства.
В первую очередь снимите аккумулятор с автомобиля и оботрите чистой тряпкой. Поставьте его на стол и внимательно осмотрите. Возможно, в одной из стенок корпуса трещина, через которую вытек электролит. Не забудьте осмотреть нижнюю часть аккумулятора (для этого слегка наклоните его). Если трещин нигде нет, снимите пластиковую планку, которая закрывает заливные отверстия. Загляните в них – уровень электролита должен быть на 1-2 ниже крышки аккумулятора.
Если электролит ниже, возможно, регулятор напряжения генератора автомобиля не справляется со своей работой, из-за чего напряжение заряда оказывается выше необходимого. В результате электролит закипает и пар выходит через сапуны (маленькие отверстия диаметром около миллиметра) заглушек заливных горловин.
В ближайшем магазине автозапчастей купите прибор под названием «ареометр». Без него вы не сможете оценить состояние аккумулятора. Плотность должна быть в пределах 1,22-1,3 г/см3. Если плотность ниже, аккумулятор необходимо зарядить. Если же плотность укладывается в эти значения, необходима более серьезная диагностика. Проверять плотность электролита необходимо и во время доливки дистиллированной воды, чтобы восстановить уровень электролита.
Убедившись, что плотность аккумулятора в порядке, подготовьте пластиковый таз, в который будете сливать электролит. Эту операцию выполняйте в резиновых перчатках, защитных очках и респираторе, потому что серная кислота не только оставляет химические ожоги, но и выделяет ядовитые вещества. Существуют два способа слива электролита – наклоном (а затем переворачиванием) аккумулятора и с использованием резиновой груши, которую можно купить в некоторых магазинах, торгующих автозапчастями или медицинскими принадлежностями. Первый способ быстрей, второй безопасней.
Отлейте или удалите с помощью груши 2/3 электролита. Протрите аккумулятор чистой тряпкой, чтобы удалить остатки кислоты, затем закрутите заглушки. После этого поднимите аккумулятор над столом и сильно качайте влево – вправо. Это необходимо, чтобы поднять со дна осадок, ведь именно по нему вы сможете определить состояние пластин. Сразу же после этого осторожно вылейте остатки электролита в таз. Если электролит чистый и не содержит никаких твердых фрагментов, то с пластинами все в порядке.
Если в электролите много мелкого песка или непрозрачной взвеси, то пластины немного изношены, но вполне работоспособны. Если же в электролите попадаются твердые кусочки размером свыше 1х1 миллиметр, пластины частично разрушены. Постарайтесь определить, из каких отверстий вылился загрязненный электролит. Если из одного, то аккумулятор имеет смысл восстанавливать. Если из двух и более, то дешевле будет купить новый аккумулятор.
Определив, из какого отверстия вылился электролит с крупными фрагментами пластин, протрите аккумулятор чистой тряпкой, чтобы удалить остатки кислоты. Для восстановления работоспособности вам потребуется:
В первую очередь необходимо определить границы поврежденной банки. Внимательно осмотрите крышку аккумулятора, на которой расположены клеммы и заливные отверстия. В большинстве случаев на ней просматриваются поперечные перегородки, которые разделяют банки аккумулятора. Определив, где расположены стенки, отступите от них внутрь банки 1 мм и проведите линию
Рис Набор аккумуляторных пластин
Рис Разрезание корпуса аккумулятора
С помощью ножовки или болгарки разрежьте крышку аккумулятора по этим линиям. Это позволит увидеть границы боковых стенок. Определив их, отступите 1 мм, прочертите линии и с помощью обрезка полотна для ножовки или болгарки прорежьте крышку аккумулятора.
Рис Замена пластин в аккумуляторе
С помощью термопистолета наносите клей «змейкой» на зачищенную поверхность срезанной крышки и сразу же прижимайте к ней нарезанную пластину. Так же сделайте по всему периметру. Через 10-15 минут нанесите клей на зачищенную поверхность аккумулятора и прижмите к ней крышку. Через 10-15 минут проведите термопистолетом по периметру отремонтированной банки, чтобы полностью герметизировать клеевое соединение. Залейте в банки новый электролит и зарядите аккумулятор.
Ремонт аккумулятора ноутбука
АКБ часто выходит из строя из-за заводского брака или неправильной эксплуатации.
Laptop с правильно подобранным ТТХ, сделанный производителем с мировой репутацией, легко прослужит три-четыре года и даже больше, работая в условия высокой нагрузки. Но даже самое аккуратное обращение не отменяет износа аккумуляторных батарей — они постепенно теряют свою емкость
Узнайте, насколько сократилось время работы устройства от штатной АКБ и правильно ли ноут «понимает» реальный заряд батареи. Если ремонт батареи ноутбука «Самсунг» можно выполнить вручную, то в этом деле вам потребуется специальное программное обеспечение. Одна из программ с подходящим вам функционалом — BatteryMon. Также вы можете воспользоваться аналогами, среди которых много бесплатных, или оригинальным софтом от производителя notebook’а. Этот софт поможет вам узнать тип используемых батареек, первичную емкость, предельное и текущее значение заряда, скорость заряда и разряда, напряжение и другую полезную информацию. Чтобы узнать ресурс АКБ прежде чем делать ремонт аккумуляторов ноутбука «Самсунг», разделите предельное значение величины заряда на текущее и умножьте на 100 %. Обычно после трех-четырех лет работы автономность снижается на 30—50 %.
О том, что требуется ремонт батареи ноутбука Lenovo или другого производителя, свидетельствуют такие признаки:
Теперь приступаем непосредственно к работе и смотрим, как выполнить ремонт батареи ноутбука своими руками.
На первом этапе необходимо извлечь АКБ из корпуса. Доступ к ней можно получить с тыльной стороны — снять крышку, которую удерживают защелки или болты. Чтобы начать ремонт аккумулятора ноутбука своими руками, нужно разделить его на две половины и вытащить батарею элементов с платой контроллера. От производителя зависит, насколько легко у вас получится это сделать. Если возникли трудности, попробуйте такие приемы:
Дальше выясните, по какой схеме собраны и подключены к плате контроллера элементы питания. Чтобы успешно выполнить ремонт аккумулятора ноутбука Asus своими руками, поступите так: вначале сфотографируйте сборку, нарисуйте электрическую схему и расставьте полярность в соответствии с подключениями аккумуляторов, а после проверьте подтвердить правильность сборки с помощью вольтметра. Для этого найдите точку с наименьшим потенциалом и последовательно проверьт прирост напряжения на каждом следующем блоке, подключенном параллельно.
Будьте внимательны, когда выполняете ремонт аккумулятора ноутбука Dell или иного: пока вы не отсоединили элементы питания от платы контроллера, нельзя пользоваться внешними источниками для подзарядки АКБ. Этим вы нарушите работу контроллера. Также проследите, чтобы батарея была предварительно разряжена.
Ваша задача — отсоединить контроллер определенным образом, чтобы не допустить его блокировки, пока вы делаете ремонт аккумулятор ноутбука. Замена его возможна только в сервисном центре. Для этого вначале отпаяйте шину (или провод) с наибольшим напряжением, которое вы на предыдущем шаге определили с помощью вольтметра. Это будет положительный контакт с крайнего в сторону нуля элемента АКБ. Дальше отпаивайте следующие провода с учетом нарастания их напряжения, пока не дойдете до последнего в цепочке. Это очень важно, если у вас аккумулятор ноутбука Acer, ремонт вы делаете в домашних условиях и не хотите ошибиться.
Сохраните схему, которую использовали на этом шаге — она пригодится вам в будущем. Котроллер отложите в сторону, так как вам придется установить его обратно, ведь ремонт аккумуляторов ноутбука (видео версию можно найти отдельно) еще не закончился.
Если хотите довести до конца ремонт батареи ноутбука Asus своими руками, внимательно изучите основные характеристики АКБ: тип, диапазон напряжений, значения токов заряда и разряда, емкость аккумуляторов и их габариты. Если вы нашли нерабочие элементы, их необходимо заменить и закончить ремонт аккумулятора ноутбука своими руками HP.
Теперь вам понадобятся рабочие элементы на замену вышедших из строя. Но вначале убедитесь, что выполняя ремонт батареи ноутбука Asus или другого производителя, вы не повредили контроллер. Нужно, чтобы марки старых и новых элементов совпадали по основным параметрам, перечисленным выше. Не обязательно покупать новые элементы, вы можете повторно использовать рабочие из другого старого аккумулятора для ноутбука.
В фабричных условиях аккумуляторы собирают из отдельных элементов с помощью контактной сварки. Но если вы делаете ремонт аккумулятора ноутбука Acer своими руками, можно обойтись аккуратной пайкой. Для нее вам понадобится:
Отдельно на процессе паяния останавливаться не будем. Если вы владеете этим навыком, в этом нет необходимости. Лучше паять аккумуляторы с предварительно приваренными лепестками, каждый раз двигаясь по краю лепестка, чтобы исключить перегрев элемента. В конце работы проверьте равенство напряжения на элементах.
После этого выполните обратную сборку по схеме, которую вы составили вначале. Старайтесь располагать элементы в том же порядке, какой использовал производитель. Это важно, если у вас ноутбук HP, ремонт батареи вы делаете впервые и пока не знаете тонкостей процесса. Обратите внимание, что контроллер подключается в обратной последовательности, то есть начиная с проводов, у которых потенциал наименьший. Перед эксплуатацией соберите аккумулятор для финальной проверки.
Важно! Если контроллер находится в неисправном состоянии или заблокирован, для восстановления батареи необходимо его перепрограммировать.
Для проверки микросхем и микроконтроллеров следует проверить соотвествие входных и выходных импульсов на соответствующих ножках согласно даташиту.
Пример диагностики ШИМ контроллера TL494
Импульсные блоки питания собранные на серии ШИМ TL494 часто выходят из строя причин для этого много. Хотя сам ШИМ сгорает очень редко, но все же бывает.
Оборудование - Тестер, осциллограф и блок питания на напряжение 10- 20 Вольт.
Диагностику режимов работы ШИМ можно выполнить в несколько этапов
Первый, не распаивая обвязки контроллера просто падем питание на выводы 7 и 12 (напряжение питания) при этом на выводе 4 должно быть напряжение в пределах до 3,6 Вольт, на выводе 14,13 напряжение 5 Вольт (+/-0,2), Вывод 5 пилообразное напряжение, Выводы 8,11 чистое напряжение 2,3 Вольта. Все это нам говорит о работе ШИМ в ждущем режиме.
Второй. Если при первом все хорошо, то необходимо закоротить вывод 4 на массу (Вывод 4 темная зона, используется как защита) и просмотреть форму импульсов на вывода 8 и 11. Импульсы должны быть чистыми и ровными.
Идем далее. Если при первом способе все хорошо, а на втором есть отклонения по импульсу (шум в модуляции загнутые концы и т.д.) выводы 8,11 (или 9,10), то необходимо выпаять все элементы на выводах 8,11 и просмотреть снова форму сигнала, при отсутствии шума можно считать что ШИМ в рабочем состоянии.
Смотрим обвязку по выводам 8,11
Диагностика других электронных компонентов
. Чтобы убедиться в исправности других электронных компонентов, проводится предварительный (входной) контроль, который можно осуществлять с помощью приставки к любому осциллографу.
продолжение следует...
Часть 1 Диагностика активных и пассивных элементов (резисторов, диодов, транзисторов , конденсаторов и микросхем) осмотром, тестером, осциллографом
Часть 2 2 Неисправности и диагностика Микросхем (чипов) - Диагностика активных и
Часть 3 Тестирование варикапов - Диагностика активных и пассивных элементов (резисторов, диодов,
Часть 4 Неисправности в обмотке - пробой, обрыв , короткое замыкание и
Часть 5 РЕМОНТ АККУМУЛЯТОРА - Диагностика активных и пассивных элементов (резисторов, диодов,
Часть 6 Поиск неисправностей, диагностика с помощью тепловизора. - Диагностика активных и
Я хотел бы услышать твое мнение про диагностика активных элементов Надеюсь, что теперь ты понял что такое диагностика активных элементов, диагностика пассивных элементов, диагностика резисторов, диагностика диодов, диагностика транзисторов, диагностика конденсаторов, диагностика микросхем, диагностика осмотром, диагностика тестером, диагностика осциллографом, диагностика тепловизором и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Диагностика, обслуживание и ремонт электронной и радиоаппаратуры
Для закрепления теории предлагаем пройти тесты по диагностике неисправности электро элементов https://intellect.icu/proverka-radioelementov-diodov-tranzistorov-kondensatorov-termistorov-i-optopar-3260
Так же для расширения понимания происходящих процессов рекомендуем прочитать и понять воздействие внешних факторов на работоспособность электро элементов
https://intellect.icu/vliyanie-vneshnikh-faktorov-na-nadezhnost-elektronnoj-apparatury-i-komponentov-tepla-kholoda-vlagi-radiatsii-degradatsiya-poluprovodnikov-9063
и прочитать про алгоритм поиска неисправностей
https://intellect.icu/razrabotka-algoritma-diagnostiki-i-poiska-neispravnostej-899
https://intellect.icu/3-1-3-algoritmy-nakhozhdeniya-neispravnostej-bloka-pitaniya-pk-3271
https://intellect.icu/sostavlenie-algoritma-otyskaniya-neispravnostej-900
Методы поиска неисправностей
https://intellect.icu/poisk-neispravnostej-metody-poiska-neispravnostej-a-takzhe-prichin-nerabotosposobnosti-elektronnykh-ustrojstv-3299
еще интересное понятие конденсаторной чумы — название проблемы повышенной частоты отказов алюминиевых электролитических конденсаторов в период с 1999 года по 2007 год, созданных в основном тайваньскими производителями . Проблема была спровоцирована неправильным составом электролита, который генерировал водород и вызывал коррозию. Это сопровождалось повышением давления внутри конденсатора и нарушением его целостности.
Комментарии
Оставить комментарий
Диагностика, обслуживание и ремонт электронной и радиоаппаратуры
Термины: Диагностика, обслуживание и ремонт электронной и радиоаппаратуры