Soh soc аккумулятора что означает
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!
Деградация батарей электромобилей, практическая статистика
Деградация батарей электромобилей. Прогноз износа на основе анализа 6000 моделей.
Если вы когда-либо задумывались о приобретении электромобиля, то абсолютно точно сталкивались с такими вопросами, как:
Ключом к ответу на эти вопросы являются характеристики батареи и скорость ее деградации. Ведь именно она является самой дорогой деталью в автомобиле на электротяге и напрямую влияет на все эти показатели. Сегодня мы поговорим именно об этом, поскольку зачастую, спрашивая «сколько проработает мой аккумулятор», вы будете слышать информацию по гарантии. В среднем она составляет 8 лет или 150-200 тысяч километров пробега (в зависимости от производителя), но ведь это не совсем то, что вы хотели узнать. Верно?
И даже тот факт, что с 2010 года стоимость среднего блока литий-ионных аккумуляторов упала более чем на 80% (то есть больше чем в 5 раз) не обеспечивает достаточной уверенности. Ведь всегда лучше знать наперед, как быстро ваш аккумулятор будет терять емкость и как этот процесс можно замедлить.
Компания Geotab Inc. собрала и проанализировала статистику 6300 электромобилей, принадлежащих как юридическим, так и физическим лицам. Общий объем изученных данных составил 1 800 000 дней. На основе результатов анализа, она запустила на своем сайте бесплатный инструмент, позволяющий сравнить среднюю потерю емкости аккумуляторов для электромобилей различных марок, моделей и даже годов выпуска. Именно эти данные внесли некоторую ясность в вопрос, на который до сих пор сложно получить однозначный ответ:
Сколько же может проработать батарея электромобиля, какова ее деградация и зависит ли ее износ от условий использования?
Нужно заметить, что данные графиков представляют усредненные значения, полученные аналитическим путем. Они помогают наглядно увидеть, как происходит деградация батарей электромобилей с течением времени. Но не являются точным прогнозом для конкретного авто. Иначе говоря: они дают представление и понимание, а не жесткую гарантию.
Рисунок 1: Скриншот рабочей области аналитического сервиса.
Итак, давайте разберемся:
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.
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:
Рисунок 4: Защитные буферы, контролирующие диапазон зарядки электромобилей.
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?
И наконец: не стоит слишком сильно беспокоиться по мелочам. Современные электромобили оснащены хорошими батареями, и небольшая потеря емкости вряд ли как-то повлияет на ваши повседневные поездки. У электромобилей много достоинств, и на этот маленький недостаток можно просто закрыть глаза.