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 )
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.
Как узнать реальное состояние своего аккумулятора и не ждать сюрпризов?
Среди множества узлов и деталей автомобиля аккумулятору нет равных по умению подкинуть неприятный сюрприз! Только вчера он бодро крутил стартер, и ничто не предвещало беды, а сегодня вы уже бежите на автобусную остановку и опаздываете на работу. А ведь вроде бы совсем недавно проводили профилактическую подзарядку…
Аккумулятор как никто другой способен на неприятные сюрпризы. Уж слишком темный и непрозрачный во всех смыслах этот элемент… Принято считать, что для надежной работы батареи достаточно периодически проводить ее полную дозарядку внешним зарядным устройством в гараже или дома (и это действительно правильная тактика), но такого ухода порой бывает недостаточно. Факторов, способствующих неожиданной смерти батареи – полно. От разряда невыключенными габаритами, о котором вы уже позабыли, до банального неумения вашего зарядного устройства работать с современными кальциевыми технологиями, требующими повышенного напряжения.
В бытовых условиях АКБ можно протестировать на жизнеспособность разве что нагрузочной вилкой, которая продается в любом автомагазине. Но большинство вилок обеспечивают ток в 100 (реже – в 200) ампер – такая нагрузка позволяет лишь выявить явный производственный брак в покупаемой новой батарее. А вот в полной мере оценить степень износа поработавшей батареи и ее реальный остаточный ресурс нагрузочная вилка не в состоянии.
Впрочем, способ «заглянуть в черный ящик» есть. У любой батареи имеется такой параметр, как внутреннее сопротивление. Оно растет в процессе старения и износа аккумулятора и косвенно показывает реальную оставшуюся емкость и пусковой ток.
Измерение внутреннего сопротивления батареи – теоретически очень простой процесс, для которого нужен, по сути, вольтметр, амперметр, лампочка в качестве нагрузки и бумажка с карандашом для элементарных расчетов по закону Ома. Но на практике проделать это в домашних или гаражных условиях крайне сложно – бытовые мультиметры, имеющиеся у многих автовладельцев, не работают со столь малыми величинами, как миллиомы и микровольты. А измерять придется именно их.
Впрочем, существуют специальные приборы – цифровые аккумуляторные тестеры, которые с высокой точностью измеряют внутреннее сопротивление батареи, а их программный алгоритм с небольшой погрешностью высчитывает из сопротивления реальную оставшуюся емкость и пусковой ток. Многие автосервисы в рамках комплексной диагностики (которую часто предлагают в виде акции перед зимой) проводят обследование батареи таким тестером – прибор часто даже распечатывает результат в специальном диагностическом чеке или отправляет его в виде файла на почту или в мессенджер. В продаже есть гаджеты и для профессионального, и для любительского, гаражного применения. Новинка сезона – тестер-анализатор, встроенный непосредственно в зарядное устройство! Так сказать, и зарядил, и продиагностировал! Ознакомиться с подобным прибором мы решили на примере BERKUT BCA-10.
BERKUT BCA-10
BCA-10 – многофункциональное автоматическое зарядное устройство со встроенным микропроцессорным анализатором аккумуляторных батарей. Корпус прибора – влагозащищенный и противоударный, крокодилы – мощные, с отличным контактом даже к загрязненным или окисленным клеммам батареи. Зарядник может служить как в переносном варианте, так и в стационарном: на корпусе имеются ушки под шурупы для крепления на стену. Но едва ли это рационально – для тестирования ресурса аккумуляторов или оценки исправности генератора удобно не подгонять машину или тащить батарею к заряднику, а наоборот – взять прибор с собой под капот. Тем более, что в этом режиме подключать вилку в розетку 220 вольт не нужно.
Главным органом контроля и управления прибором служит крупный 3,8-дюймовый ЖК-дисплей с голубой подсветкой и защищенными от влаги и пыли мембранными клавишами.
Клавиша «MODE» выбирает режим работы:
Режим заряда мотоциклетных свинцово-сурьмяных батарей малым током /Режим заряда автомобильных свинцово-сурьмяных батарей большим током.
Клавиша «TEST BATT» определяет степень заряженности батареи в процентах и текстовой бегущей строкой – «Full/Middle/Low». Фактически выполняет роль удобного вольтметра, интерпретируя вольты в проценты заряженности и текстовую оценку.
Клавиша «ALTERNATOR» – по сути, такой же вольтметр, как и в режиме «TEST BATT», но критерии оценок там иные, поскольку измеряется напряжение с учетом того, что запущен двигатель. Розетка 220 вольт не нужна – BCA-10 просто подключается клеммами к аккумулятору, двигатель заводится, а на устройстве нажимается кнопка «ALTERNATOR». Дисплей покажет, в норме напряжение генератора или нет. Можно посмотреть напряжение и на холостом ходу, и на любых оборотах. А также, что важнее, на холостом ходу с включенными мощными потребителями – печка, фары, различные обогревы. Это ответит на вопрос: справляется ли ваш генератор на холостом ходу с зарядкой батареи или энергобаланс отрицательный. На современной исправной и свежей по возрасту машине должен справляться! На фото – надпись «GOOD» и 14,5 вольт при включенном ближнем свете, обогреве лобового и заднего стекол, вентиляторе печки.
Режим тестирования аккумулятора
Ну а теперь самое интересное – ради чего все и затевалось! А именно – клавиша «CCA TEST» – главный режим оценки состояния батареи! В этом режиме BERKUT BCA-10 определяет ток холодной прокрутки (максимальный пусковой стартерный ток), который способна выдать батарея в текущем состоянии, а также показывает ее внутреннее сопротивление в миллиомах и «здоровье» в процентах SOH (State Of Health).
Клавиша «CCA TEST» снабжена стрелочными кнопками «плюс/минус» – после выбора режима тестирования с помощью этих кнопок нужно внести в память устройства паспортный номинал тока холодной прокрутки, указанный на шильдике батареи. По такому принципу (предварительного ввода данных о батарее) работают все приборы – и профессиональные, и любительские, которые анализируют батарею на основе измерения внутреннего сопротивления и интерпретации результатов в прочие параметры.
Важный момент! Ток холодной прокрутки указывается на всех батареях без исключения, но порой в разных стандартах. Например, если производитель обозначил ток холодной прокрутки в 550 ампер по европейскому стандарту, то пишется EN 550. Чаще всего встречается европейский стандарт EN, несколько реже – американский SAE/CCA, немецкий DIN, международный IEC. В разных системах измерения одна и та же батарея покажет разные цифры. Поэтому надо помнить, что программное обеспечение измерительного модуля в BERKUT BCA-10 использует АМЕРИКАНСКИЙ СТАНДАРТ SAE/CCA! А для удобства производитель снабдил прибор таблицей пересчета из стандарта в стандарт.
Итак, берем для проверки новую батарею из магазина. Батарея качественная, дорогая, системы Ca/Ca емкостью 65 ампер-часов и максимальным пусковым током 650 ампер, обозначенным как EN 650. По таблице переводим европейские 650 в американский стандарт – получаем 710. Заносим эту цифру стрелочными кнопками в зарядное устройство и жмем на кнопку «тест».
Результат: реальный ток холодной прокрутки – 682 ампера. Это опять же по американскому стандарту. Переводим его в европейский – получаем 630 ампер. То есть, батарея способна отдать несколько меньше, чем обещано. Это нормально – во-первых, собственно, меньше всего на 3%. Во-вторых, часть из этих 3% – допустимая погрешность измерений (ведь BERKUT BCA-10 – это не сертифицированный прибор стоимостью сотни тысяч рублей, а бытовой измеритель!). В-третьих, многие батареи выходят на номинальные показатели через некоторое время после начала реальной работы, а наша батарея под капот автомобиля еще не ставилась.
Внутреннее сопротивление батареи – 5,0 миллиом. Это хороший показатель. Абсолютно точных эталонных цифр нет, но для большинства исправных и неизношенных аккумуляторов, применяющихся в легковых автомобилях, внутреннее сопротивление не должно превышать 4-6 мОм.
Ну и 96% SOH (цифры State Of Health) или «степени работоспособности аккумулятора» означают комплексный показатель его здоровья. Величина эта условная, не соответствующая напрямую никакому физическому параметру, но используется повсеместно и принята в качестве простой и понятной характеристики ресурса.
Подключаем прибор к другой батарее – старой, свинцово-сурьмяной емкостью 55 ампер-часов. На ней нам ничего пересчитывать не придется, ибо, согласно наклейке на корпусе, ток холодной прокрутки заявлен как раз в американском стандарте CCA – 450 ампер (что соответствует 420 по стандарту EN). Батарея, как говорят в Штатах, «повидала разного дерьма» и с трудом тянет стартер жигуленка, на котором стоит. Результат – предсказуем… Внутреннее сопротивление выросло до недопустимых 10.2 миллиом, а пусковой ток упал до 336 ампер – это около 310 ампер по стандарту EN. Летом этот аккумулятор еще кое-как справлялся, но перед зимой ему пора в утиль – подведет!
Зарядка батарей
Мы рассмотрели работу BERKUT BCA-10 в качестве аккумуляторного анализатора, но фактически не затронули основную функцию – собственно, зарядки! А ведь у прибора имеется ряд очень интересных характеристик, отличающих его от аналогов.
Во-первых, максимальный зарядный ток довольно высокий – он составляет 10 ампер поэтому устройство справится даже с самыми мощными АКБ емкостью до 200 A*ч. Процесс зарядки протекает в автоматическом режиме и включает 9 этапов/стадий, устройство самостоятельно подбирает силу тока, исходя из проведенной диагностики и текущей стадии зарядки.
Во-вторых, у BCA-10 очень низкий порог напряжения батареи, которую можно заряжать. Многие устройства просто блокируют заряд, если батарея сильно посажена. Да, будем откровенны – после глубокого разряда АКБ, скорее всего, уже не жилец и в любой момент подведет. Но даже на нем можно какое-то время осторожно поездить в теплый период и как минимум добраться до магазина, чтобы купить новый. И BERKUT BCA-10 позволит его зарядить: минимальный порог остаточного напряжения аккумулятора, при котором начинается зарядка – всего 2 вольта!
В-третьих, BCA-10 качественно наполняет современные кальциевые батареи, которые обычные универсальные устройства недозаряжают. Если на корпусе аккумулятора написано «Ca/Ca», то одноименный режим выбирается кнопкой «MODE». Батарея получит необходимое ей напряжение, а автоматическое отключение сработает именно с учетом кальциевой сущности ее начинки.
В процессе зарядки BERKUT BCA-10 показывает на дисплее ток в амперах, напряжение в вольтах, количество ампер-часов, «залитых» в батарею, и время в часах, оставшееся до конца процесса. Сам же процесс дублируется привычной по сотовым телефонам пиктограммой – мигающей линейкой заряда в верхнем правом углу:
Кстати, еще одно из полезных свойств BERKUT BCA-10 – память режима работы. Что это такое? Дело в том, что почти все современные зарядные устройства с кнопочной активацией после подключения к АКБ и сети требуют ручного нажатия кнопок для выбора режима и начала зарядки. BCA-10 – тоже. Но после исчезновения электропитания в розетке (что, к примеру, в гаражах не редкость) большинство устройств требуют повторного запуска процесса заряда вручную. И если вы оставили батарею на ночь заряжаться, вам жизненно важно зарядить ее к утру, а в процессе отключалось электричество, то вас ждет неприятный сюрприз… BERKUT BCA-10 в этом смысле умнее – после появления в розетке напряжения 220 вольт он самостоятельно запустит процесс заряда заново!
#25 SOH Проверка АКБ автомобиля
Всем здравствуйте.
Несмотря на то, что в новом дизайне Драйва выбирать интересные записи стало очень сложно (интересными записями Драйв и так не богат последнее время: даже «помылся» с картинками сменилось на «завел ютуб-канал» без картинок!), мне удалось не пропустить замечательную запись от нашего гуру и учителя shr-lnm
Начало — SOH Автомобильного аккумулятора с помощью Pyren
Продолжение — SOH Автомобильного аккумулятора
Когда появились первые 636-е со своими троящими «Старт-Стопами», прошел слух, что аккумуляторы в них стали ставить AGM, т.к. постоянная дерготня на светофорах классические АКБ быстро убьёт. Несмотря на то, что эти слухи были ложны, некоторое зерно истины в них есть: на машинах со «Старт-Стоп» применяются EFB аккумуляторы. Как поправили в комментариях — AGM (VRLA) действительно применяются. Возможно в более ранних машинах со Старт-Стоп, возможно от географии поставки. При смене такого аккумулятора на классический или на EFB нужно поменять настройки БЗиК.
EFB аккумуляторы (Enhanced Flooded Battery) – это улучшенная свинцовая АКБ, в которых применяется жидкий электролит. Пластины изготовлены также из свинца, но они массивнее, чем у обычных аккумуляторов, каждая пластина завернута в специальный «пакет» из микроволокна. Этот пакет постоянно пропитан электролитом и плотно прилегает к активной поверхности. Также он защищает поверхность от негативных последствий, таких как сульфатация пластин, которая возникает при глубоких разрядах.
Поскольку мы убедились, что аккумулятор у нас классического принципа, хоть и улучшенный, справедливо и использование метода диагностики SOH.
Измерения проводятся с частотой 200Гц, и к сожалению только ELM327 с USB способен приблизиться в работе к такому малому интервалу опроса параметров. shr-lnm подготовил скрипт и сейчас он доступен в составе скриптов Pyren версии 9p fix#20 — gitlab.com/py_ren/pyren/-…e/master/pyren-master.zip
Для работы нужен ноутбук, ELM327 с USB и Pyren последней версии. Версию можно скачать по ссылке выше и обновить руками, либо нажать кнопку Update в меню лаунчера
Однако запуск скрипта выполняется не через лаунчер как обычно, а напрямую из набора скриптов PyRen — pyren/soh.py
В настройках нужно выбрать порт адаптера и указать текущую температуру на улице. Сейчас в Петербурге похолодало и утром было всего девять градусов.
Включаем зажигание, нажимаем в программе «Старт», адаптер настраивается на высокую скорость обмена данными и секунд через 5-7 запускаем двигатель и смотрим результат проверки SOH.
Свой аккумулятор я раз-два в год подзаряжаю. Как правило перед зимой и после зимы. Пробеги у меня не большие и подзаряжать его требуется дополнительно. Аккумулятору 4,5 года и как видно, он еще поживет. Что бы жилось ему еще лучше, сразу по привозу машины домой была отключена функция Старт-Стоп. Считаю, что эта функция несет значительно больше вреда автомобилю, чем пользы окружающей среде. Кто не отключил, могут воспользоваться инструкциями у kolaska24
Всем хорошей погоды и долгой жизни аккумуляторов!
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.