Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

Publikacja zgłoszona do 🎁 Konkursu iAutomatyka

Analiza metod pomiarowych urządzeń do magazynowania energii

139 wyświetleń, autor: Technolog Chemiczny.

Naukowcy zajmujący się ogniwami galwanicznymi stosują wiele technik badawczych, aby uzyskać wyniki potrzebne do określenia charakterystyki ogniwa pierwszego lub drugiego rodzaju. Urządzenia do magazynowania energii pełnią coraz większą rolę we współczesnym świecie, zarówno w przenośnych urządzeniach elektronicznych, elektrycznych samochodach jak i energetyce. Poniższy artykuł jest fragmentem pracy inżynierskiej realizowanej w laboratorium katedry Fizykochemii i Technologii Polimerów wydziału Chemicznego Politechniki Śląskiej. Istotą pracy było opisanie materiałów oraz metod badań i pomiarów urządzeń elektrochemicznych do magazynowania energii. Do pomiarów został wykorzystany potencjostat SP-150 firmy Bio-Logic SAS oraz oprogramowanie EC – Lab, które umożliwia pomiary i symulacje procesów elektrochemicznych.

Badania pojemności akumulatorów

Pojemność ogniwa charakteryzuje wszystkie układy elektrochemiczne magazynujące energię. Jest to parametr informujący o zdolności ogniwa do zakumulowania ładunku elektrycznego. Jako jednostkę pojemności stosuję się amperogodzinę [Ah]. Najbardziej niezawodną metodą badania jest tradycyjny cykl ładowania oraz rozładowania ogniwa, jednak ta metoda nie sprawdza się przy akumulatorach kwasowo-ołowiowych. Organizacja skupiająca inżynierów, zajmujących się motoryzacją, maszynami przemysłowymi oraz lotnictwem (Society of Automotive Engineers) określa pojemność akumulatora rozruchowego na podstawie pojemności rezerwowej, która odzwierciedla czas działania podany w minutach podczas stałego rozładowania prądem o natężeniu 25 A.[1]

Metoda rozładowania

Pomiar pojemności ogniwa poprzez rozładowanie jest dobrą metodą, ponieważ pozwala otrzymać dokładne wyniki. Aczkolwiek w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych, nawet przy użyciu bardzo dokładnego sprzętu, odpowiedniej temperatury środowiska oraz zastosowaniu standardów związanych z ładowaniem oraz rozładowaniem ogniwa wyniki między identycznymi testami odbiegają od siebie. Testy akumulatorów litowo-jonowych zapewniają bardziej jednoznaczne wyniki pomiarów.


Poniedziałek 1 czerwca o 18:00 – LIVE Q&A o falownikach <- LINK DO FACEBOOK

Laboratorium firmy ’’Cadex Electronics’’ przeprowadziło testy 91 akumulatorów rozruchowych, które posiadały różne poziomy wydajności. W ramach testu akumulatory były ładowane do pełna, następnie po 24-godzinnym spoczynku zostały rozładowane prądem o natężeniu 25 A do wartości 10,5 V. Średnia różnica między pojemnością akumulatora w pierwszym a drugim testem wyniosła +/- 15 %. W badaniach innych laboratoriów wystąpiły podobne różnice.[1] Jest to dowód na to, iż metoda rozładowania urządzenia elektrochemicznego nie sprawdza się w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych. W standardowej metodzie rozładowania zwykle nie stosuje się tak dużych prądów rozładowania jak podczas testów firmy ’’Cadex Electronics’’. Prąd należy dobrać do przewidzianej pojemności akumulatora. Przykładowo ogniwo odwracalne o pojemności 40 Ah rozładowuje się prądem o natężeniu 4 A. Ta technika pozwala na sporządzenie wykresu rozładowania ogniwa odwracalnego, w którym jest uwzględnione napięcie oraz procentowy poziom rozładowania. Przykładowy wykres rozładowania akumulatora kwasowo-ołowiowego znajduję się na ilustracji nr 1.
Wykres rozładowania akumulatora kwasowo-ołowiowego.

Technika BCD

Technika BCD określa pojemność akumulatora (ang. BCD – Battery Capacity Determination). Podczas pierwszego etapu pomiaru akumulator zostaje naładowany, następnie pojemność zostaje określona poprzez rozładowanie ogniwa odwracalnego w trybie galwanostatycznym (utrzymując zadaną wartość prądu). Procedurę badania obrazuję ilustracja nr 2. Pierwszy okres ładowania galwanostatycznego przebiega do wartości potencjału EM1, następnie pomiar przechodzi z trybu galwanostatycznego w tryb potencjostatyczny, w którym zostaje utrzymany zadany potencjał EM1. W kolejnym etapie ogniwo zostaje rozładowane w trybie galwanostatycznym do wartości potencjału EM2, podczas tego procesu następuje obliczenie pojemności akumulatora.[3]

Wykresy trybu potencjostatycznego (górny) oraz trybu galwanostatycznego (dolny) dla techniki BCD

Technika nieinwazyjna

Kolejnym sposobem pomiaru pojemności jest technika przy pomocy odpowiedniego urządzenia metodą spektroskopii impedancyjnej. Metoda ta jest nieinwazyjna i opiera się na złożonym modelowaniu w celu oszacowania pojemności baterii. Przy napięciu kilku miliwoltów do baterii zostaje wprowadzony sygnał sinusoidalny o wielu częstotliwościach. Po cyfrowej filtracji zostaje utworzony wykres Nyquista, na który zostają nałożone różne modele elektrochemiczne. Istnieje możliwość badania zarówno akumulatorów naładowanych jak i częściowo rozładowanych. Urządzenie wybiera najlepiej pasujące modele oraz na podstawie danych i parametrów szacuje pojemność akumulatora.

Badanie stanu zużycia ogniwa metodą dynamicznej odpowiedzi elektrochemicznej.

Metoda dynamicznej odpowiedzi elektrochemicznej znajduje zastosowanie w bateriach litowo-jonowych. Została opracowana przez firmę ’’Quick Sort’’. Bazuje na pomiarze ruchliwości jonów przemieszczających się pomiędzy elektrodami. Istotą tego pomiaru jest wprowadzenie do układu krótkich impulsów prądowych. Następnie zostaje przeprowadzona analiza wykresu pojemności od czasu. Bada ona między innymi wartości pojemności ogniwa, stopień jego regeneracji, a także czas który był potrzebny na zregenerowanie się układu.


Poniedziałek 1 czerwca o 18:00 – LIVE Q&A o falownikach <- LINK DO FACEBOOK

Z wykresów zamieszczonych na ilustracji nr 3 oraz nr 4 możemy odczytać, różnicę w odporności na atak impulsów obciążenia, a także proces szybkiej regeneracji ogniwa wynoszącej do 100% początkowej pojemności. Ponadto możemy zaobserwować, iż druga bateria, której wykres pojemności od czasu jest widoczny na ilustracji nr 4 wykazuje słabsze parametry. Jej pojemność osiąga jedynie 70 % wartości początkowej, a także charakteryzuje się dłuższym czasem potrzebnym do powrotu do stabilnych parametrów.

Wykres pojemności od czasuWykres pojemności baterii od czasu.

Bibliografia

[1] https://batteryuniversity.com/learn/article/how_to_measure_capacity (dostęp 22.12.2019 r.)

[2] https://www.powertechsystems.eu/home/tech-corner/lithium-ion-state-of-charge-soc-measurement/ (dostęp 23.12.2019 r.)

[3] \”Battery Capacity Determination technique\”, 02/05/2014 #38 EC-Lab – Technical Note

[4] https://batteryuniversity.com/learn/article/testing_lithium_based_batteries (dostęp 23.12.2019 r.)

Autor: inż. Michał Gocki.


Poniedziałek 1 czerwca o 18:00 – LIVE Q&A o falownikach <- LINK DO FACEBOOK

Artykuł został nagrodzony w Konkursie iAutomatyka – edycja Marzec 2020. Nagrodę Torba sportowa + butelka filtrująca + zestaw gadżetów dostarcza ambasador konkursu, firma EATON.

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!

Zapoznałem się i akceptuję klauzulę informacyjną.
30 marca 2020 / Kategoria: , ,

Reklama

NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

>KLIKNIJ<

Pierwsza na świecie inteligentna kamera dla przemysłu z technologią głębokiego uczenia

Pierwsza na świecie inteligentna kamera dla przemysłu z technologią głębokiego uczenia

>KLIKNIJ<

Obsługa przemysłowych routerów i modemów GSM odc. 1: Co to jest router przemysłowy GSM i jak go podłączyć do sieci GSM?

Obsługa przemysłowych routerów i modemów GSM odc. 1: Co to jest router przemysłowy GSM i jak go podłączyć do sieci GSM?

>KLIKNIJ<

Pierwsze kroki z przekaźnikiem programowalnym akYtec PR200

Pierwsze kroki z przekaźnikiem programowalnym akYtec PR200

>KLIKNIJ<

Jak działa NOWOCZESNY TARTAK? – Fabryki w Polsce

Jak działa NOWOCZESNY TARTAK? – Fabryki w Polsce

>KLIKNIJ<

Przemysł 4.0:  Zbieranie danych na przykładzie obrabiarki – część 2

Przemysł 4.0:  Zbieranie danych na przykładzie obrabiarki – część 2

>KLIKNIJ<

Programowanie paneli HMI – kurs dla automatyków (wygraj panel HMI 7″!)

Programowanie paneli HMI – kurs dla automatyków (wygraj panel HMI 7″!)

>KLIKNIJ<

Serwer VNC i FTP na przykładzie panelu HMI DOP-100

Serwer VNC i FTP na przykładzie panelu HMI DOP-100

>KLIKNIJ<

[Webinar] Laserowe czujniki pomiarowe – zastosowanie w przemyśle

[Webinar] Laserowe czujniki pomiarowe – zastosowanie w przemyśle

>KLIKNIJ<

Jak wygląda praca programisty robotów? Wywiad z Sebastianem Kilichowskim

Jak wygląda praca programisty robotów? Wywiad z Sebastianem Kilichowskim

>KLIKNIJ<

Dlaczego Twój silnik lub instalacja trójfazowa potrzebuje przekaźnika kontroli napięcia?

Dlaczego Twój silnik lub instalacja trójfazowa potrzebuje przekaźnika kontroli napięcia?

>KLIKNIJ<

Przemysł też może działać zdalnie

Przemysł też może działać zdalnie

>KLIKNIJ<

Jak powstają WINDY? – Fabryki w Polsce

Jak powstają WINDY? – Fabryki w Polsce

>KLIKNIJ<

Otwarte webinarium SCADA od Elmark Automatyka

Otwarte webinarium SCADA od Elmark Automatyka

>KLIKNIJ<

Miniaturowy fotoprzekaźnik laserowy wykrywający obiekty również przez otwory

Miniaturowy fotoprzekaźnik laserowy wykrywający obiekty również przez otwory

>KLIKNIJ<

[Zapis webinaru] Odkrywamy tajniki znakowania laserem

[Zapis webinaru] Odkrywamy tajniki znakowania laserem

>KLIKNIJ<

IMScompact: system prowadzenia i pomiarów, który nie wymaga dodatkowego miejsca

IMScompact: system prowadzenia i pomiarów, który nie wymaga dodatkowego miejsca

>KLIKNIJ<

Bosch Rexroth utrzymuje w 2019 roku rekordowy poziom obrotów z poprzedniego roku

Bosch Rexroth utrzymuje w 2019 roku rekordowy poziom obrotów z poprzedniego roku

>KLIKNIJ<

Serwis chłodziarek przemysłowych – podstawa sukcesu!

Serwis chłodziarek przemysłowych – podstawa sukcesu!

>KLIKNIJ<

Automatycy APA Group rewolucjonizują linię produkcyjną światowego giganta

Automatycy APA Group rewolucjonizują linię produkcyjną światowego giganta

>KLIKNIJ<

Jak dobrać szafę sterowniczą do aplikacji? Testujemy RiCS

Jak dobrać szafę sterowniczą do aplikacji? Testujemy RiCS





MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ

  • System MasterIN firmy Finder składa się z przekaźnikowych modułów sprzęgających z terminalami Push-in. Technologia ta reprezentuje najnowsze osiągnięcia w bezśrubowych ‘sprężynowych’ zaciskach, oferujących szybką instalację. W porównaniu do...
  • EPLAN Electric P8 oferuje nieograniczone możliwości planowania projektu, tworzenia dokumentacji oraz zarządzania projektami automatyki. Zautomatyzowane tworzenie szczegółowych raportów opartych na schematach okablowania jest integralnym ele...
  • Wysokowydajny sterownik Saia PCD3.M6893 oferuje maksymalne cyberbezpieczeństwo oraz możliwość programowania obiektowego w języku wysokiego poziomu. Ponadto jest kompatybilny z modułami I/O i komunikacyjnymi serii PCD3. Zastosowany w PCD3.M6...
  • Ekonomiczne monitorowanie i sterowanie, teraz także dzięki panelom 2 generacji. Dzięki odpowiedniemu doborowi funkcji HMI, panele Basic 2 generacji stanowią doskonałe rozwiązanie przy produkcji maszyn lub w małych aplikacjach przemysłowych....
  • EPSITRON®ECO & COMPACT Power OSZCZĘDNOŚĆ KOSZTÓW Zasilacze EPSITRON® ECO i COMPACT Power to nie tylko oszczędność przy zakupie, ale również niższe koszty dzięki łatwej obsłudze oraz braku konieczności serwisowania. Są one doskonałym roz...
  • Przeznaczony do pracy na wolnym powietrzu EMC / ekranowany Zakres zastosowania Budowa instalacji przemysłowychBudowa maszynTechnika grzewcza i klimatyzacyjnaElektrownie Dla przemiennika częstotliwości zasilającego 3 – fazowe silniki A...



KATEGORIE ARTYKUŁÓW
POLECANE ARTYKUŁY
Wydarzenia