Jak wydłużyć żywotność akumulatora? Zadbaj o kompleksową diagnostykę

Coraz częstsze wykorzystywanie akumulatorów jako głównych lub awaryjnych źródeł zasilania zwiększa potrzebę dbania o ich bezpieczeństwo i optymalną wydajność działania. Jak prawidłowo diagnozować i konserwować akumulatory, aby zminimalizować ryzyko związane z ich eksploatacją oraz wydłużyć ich żywotność?

Wszechstronność i zastosowanie akumulatorów

Akumulatory, czyli baterie wielokrotnego ładowania, są używane nie tylko jako źródła energii dla urządzeń elektronicznych czy elektronarzędzi, ale również stosowane w systemach awaryjnego zasilania, samochodach z silnikiem spalinowym czy elektrycznym oraz wózkach widłowych.

Wraz z rozwojem technologii odnawialnych źródeł energii, takich jak słońce czy wiatr, pojawiła się potrzeba wydajnego magazynowania energii w systemach energetycznych. Dzięki temu akumulatory stanowią coraz ważniejszy element w dostarczaniu energii elektrycznej w naszym życiu. Ich rola jako źródła energii staje się kluczowa zarówno dla elektromobilności, jak i dla stabilności sieci energetycznych. 

Zagrożenia związane z eksploatacją akumulatorów

Akumulatory, mimo swojej wszechstronności i korzyści, mogą być źródłem zagrożeń. Jednym z częstszych problemów jest ryzyko pożaru lub eksplozji akumulatora. Nadmierna ekspozycja na wysoką temperaturę, uszkodzenia mechaniczne, wady produkcyjne czy nieprawidłowe ładowanie mogą prowadzić do niekontrolowanego wzrostu temperatury i problemów z tym związanych. 

Kolejnym problemem związanym z eksploatacją akumulatorów jest ich ograniczona żywotność i degradacja pojemności w wyniku cykli ładowania i rozładowywania. Mimo że technologia i rozwój postępują, a nowe rodzaje akumulatorów wciąż powstają, to nadal istnieje problem z utratą przez nich pojemności. Wymaga to kontrolowania sprawności akumulatora oraz jego wymiany wraz z upływem czasu. 

Sporym wyzwaniem jest również prawidłowy recykling i utylizacja zniszczonych i zdegradowanych akumulatorów. Ze względu na zawartość substancji takich jak lit, ołów czy kwas siarkowy, niewłaściwie utylizowane akumulatory mogą stanowić zagrożenie dla środowiska. Odpowiednie procedury recyklingu są niezbędne, aby zminimalizować wpływ zużytych baterii na środowisko i zdrowie publiczne.

Rodzaje akumulatorów - porównanie

Istnieje wiele różnych rodzajów akumulatorów, z których każdy ma swoje własne cechy, przeznaczenie i problemy. Do najpopularniejszych należą akumulatory kwasowo-ołowiowe, litowo-jonowe (Li-Ion) i litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4).
Akumulatory kwasowo-ołowiowe są cięższe i zajmują więcej miejsca – przy tej samej pojemności – niż akumulatory litowo-jonowe i litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4). Ponadto akumulatory kwasowo-ołowiowe mają tendencję do szybszego samorozładowywania się i charakteryzują się mniejszą trwałością cyklu życia niż akumulatory Li-Ion i LiFePO4. 

Akumulatory ołowiowe są prostsze i tańsze w produkcji. Mogą dostarczać duży prąd rozruchowy. Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe są z kolei odporniejsze na głębokie rozładowania, a akumulatory Li-Ion charakteryzują się najlepszą efektywnością elektryczną. 

Należy pamiętać, że aby dobrze dobrać akumulator, należy prawidłowo zdefiniować swoje potrzeby takie jak cel wykorzystania i warunki pracy, a następnie wybrać odpowiedni sprzęt, bazując na danych producenta. 

Metody diagnostyki akumulatorów

Wszystkie akumulatory, bez względu na ich rodzaj, mają jedną wspólną cechę: określoną, ograniczoną żywotność wyrażaną poprzez ilość cykli ładowania i rozładowania. Skąd mieć pewność, że akumulator, który mamy w samochodzie czy przydomowym banku energii, jest bezpieczny i wydajny? Kiedy akumulator nadaje się do wymiany?

Ocena stanu akumulatora wymaga wykonania testów diagnostycznych, które pozwolą na kompleksową analizę stanu i wydajności. Do takich testów zaliczają się:

• test wizualny,
• pomiar prądu i napięcia,
• pomiar napięcia tętniącego,
• weryfikacja parametrów zasilania,
• test pojemności, 
• testy rezystancji wewnętrznej.

Test wizualny jest podstawowym, ale bardzo ważnym elementem oceny stanu technicznego akumulatora. Polega na dokładnym obejrzeniu zewnętrznej powierzchni akumulatora w celu wykrycia widocznych uszkodzeń, takich jak pęknięcia, wycieki elektrolitu, korozja na terminalach, odkształcenia obudowy czy ślady przegrzania. Proces ten nie wymaga zaawansowanego sprzętu, lecz potrzebna jest tu wiedza i doświadczenie, aby prawidłowo ocenić stan akumulatora na podstawie widocznych objawów.

Kolejnym testem diagnostycznym jest weryfikacja napięcia. Ten pomiar dostarcza informacji o stanie naładowania akumulatora. Szczególnie istotne jest, aby akumulatory przed badaniami pojemności i impedancji wewnętrznej miały odpowiedni, nominalny poziom napięcia. Napięcie spoczynkowe mierzy się przy braku obciążenia, co oznacza, że akumulator nie jest podłączony do żadnego urządzenia ani systemu pobierającego energię w momencie pomiaru.

Oprócz napięcia spoczynkowego, ważnym parametrem do zmierzenia jest napięcie tętniące, czyli zmienne napięcie (AC) nakładające się na napięcie stałe (DC). Napięcie tętniące może pochodzić z kilku źródeł. Jednym z głównych może być niewystarczające filtrowanie w systemach ładowania, gdzie niewygładzone prądy z ładowarek lub przetwornic mogą wprowadzać fluktuacje napięcia – dlatego bardzo ważne jest, aby weryfikować parametry ładowania akumulatora.

Kluczowym krokiem w ocenie wydajności akumulatora jest test jego pojemności. Proces ten rozpoczyna się od pełnego naładowania akumulatora za pomocą odpowiedniego prostownika / układu zasilającego – weryfikacja parametrów zasilania akumulatora jest również bardzo istotna. Należy zweryfikować, czy parametry prądowo napięciowe układu ładującego są zgodne z wymaganiami zasilania – określonymi przez producenta akumulatora.

 Zdjęcie 1. Diagnostyka akumulatora przy pomocy testera Sonel BT-120

Zbadaj swój akumulator przy pomocy testera Sonel BT-120

Aby przeprowadzić test pojemności, używa się sprzętu pomiarowego, który jest w stanie dokładnie mierzyć napięcie, prąd oraz czas. Takim urządzeniem jest tester akumulatorów Sonel BT-120. Procedura rozpoczyna się od pełnego naładowania akumulatora, a następnie jego rozładowania przy kontrolowanym obciążeniu. Obciążenie wykorzystywane najczęściej do tego rodzajów testów ma charakter rezystancyjny, ale można też wykorzystać inne zewnętrzne obciążenia o charakterze indukcyjnym lub pojemnościowym, w zależności od specyfikacji testu.

Podczas testu urządzenie rejestruje dane dotyczące napięcia, prądu i czasu, tworząc krzywą ładowania i/lub rozładowania. Analiza krzywych w porównaniu do krzywej pierwotnej dostarcza informacji o efektywności akumulatora w różnych etapach jego cyklu pracy. Na podstawie tych danych określa się rzeczywistą pojemność akumulatora, którą porównuje się z wartością znamionową podaną przez producenta. Wyniki poniżej 80% pojemności znamionowej wskazują na znaczną degradację akumulatora, sugerując konieczność jego wymiany.

Zdjęcie 2. Diagnostyka akumulatora przy pomocy testera Sonel BT-120

Pomiar impedancji wewnętrznej akumulatora

Istotnym elementem diagnostyki stanu technicznego akumulatora jest pomiar jego impedancji wewnętrznej. Wykonywany regularnie, może być wyznacznikiem oceny stanu kondycji akumulatora, ponieważ pozwala na ocenę jego zdolności do dostarczania energii. Impedancja wewnętrzna odnosi się do oporu, jaki akumulator stawia przepływowi prądu w jego wnętrzu. Wysoka impedancja może wskazywać na problemy takie jak zasiarczenie, degradacja elektrod czy problemy z elektrolitem.

Pomiar impedancji wewnętrznej odbywa się zazwyczaj przy użyciu metody czteropunktowej (tzw. metody Kelvina). Tester akumulatorów Sonel BT-120 mierzy impedancję wewnętrzną akumulatorów poprzez generowanie i wprowadzenie sygnału prądu przemiennego (AC) o częstotliwości 1 kHz ± 30 Hz do badanego akumulatora. Taka częstotliwość po pierwsze jest wystarczająco wysoka, aby zminimalizować wpływ składowych stałych (DC) rezystancji, a po drugie - pozwala wykryć zmiany impedancji spowodowane przez degradację akumulatora. Warto wziąć pod uwagę, że wzrost impedancji, na przykład w magazynach energii, może być spowodowany pogorszeniem rezystancji połączeń międzyblokowych (międzyogniwowych), a nie zmniejszeniem pojemności akumulatora. Ważne jest zatem, aby w momencie wykrycia wzrostu impedancji wewnętrznej zweryfikować wartość rezystancji połączeń międzyblokowych.

 
Zdjęcie 3. Diagnostyka akumulatora przy pomocy testera Sonel BT-120

Podsumowanie

Kompleksowa diagnostyka akumulatorów oparta jest na różnorodnych pomiarach ochronnych. Testy wizualne, ocena pojemności, pomiary rezystancji wewnętrznej, napięcia tętniącego, prądu i napięcia oraz weryfikacja parametrów zasilania to kluczowe elementy sprawdzania stanu technicznego i bezpieczeństwa pracy urządzeń. Regularne wykonywanie tych pomiarów pozwala na wczesne wykrycie potencjalnych problemów, takich jak degradacja materiałów czy niestabilności pracy, co z kolei przyczynia się do zapewnienia optymalnej wydajności działania akumulatorów.

Zdjęcie 4. Diagnostyka akumulatora przy pomocy testera Sonel BT-120

Autor:
Michał Cichoń
Menedżer Produktu Sonel S.A.