В данной статье мы расскажем о типовых дефектах и пороках АКБ, устанавливаемых на электровелосипедах, электросамокатах и гироскутерах.
И немного о том, почему лучшее, что вы можете сделать - это как можно раньше вернуть дефектные АКБ по гарантии.
12.07.2019 мы получили от клиента аккумуляторную батарею от гироскутера AirWheel S3 W5PLD170330004 (далее - гироскутер) с целью установления неисправностей. По словам клиента, после полной зарядки АКБ штатным зарядным устройством гироскутер способен нормально ездить лишь около получаса (при нормативе порядка 4 часов).
АКБ была разобрана. Мы выяснили, что АКБ собрана из 64 элементов типа 18650, причем эти 64 элемента объединены в две полубатареи по 32 элемента в каждой. Схема соединения элементов АКБ представлена на рисунке 1:
Как видно из рисунка 1, каждая полубатарея состоит из 16 пар (элементы в парах соединены параллельно); пары включены последовательно. Заряд каждой пары контролируется системой балансировки заряда (дополнительно выполняющей функции BMS).
Плюсовые выходы полубатарей соединены на контакте Р+ разъема, через который АКБ подключается к гироскутеру.
По схеме на рисунке 1, помимо элементов, в АКБ видны дополнительно присутствующие паразитные сопротивления. Это – сопротивления перемычек, через которые некоторые пары соединяются с печатной платой.
Если присмотреться к фотографии (рис. 2), можно заметить, что на перемычке есть пайка. Эта пайка соединяет полосы листового металла (собственно, вся перемычка состоит из двух полос листового металла, спаянных внахлест). Сам факт наличия перемычки крайне нежелателен – это дополнительное сопротивление, включенное последовательно с некоторыми парами элементов. А за счет пайки величина этого сопротивления еще больше. Мы решили измерить сопротивление перемычек.
Сопротивление перемычек определяли следующим образом:
С помощью анализатора электрохимических источников питания AEA30V (далее - Анализатор) на частоте 1000 Гц измерялось внутреннее сопротивление пары параллельно включенных элементов с последовательно включенной перемычкой. Затем производили второе измерение сопротивления – но на этот раз измерительный щуп устанавливался так, чтобы минимизировать вклад сопротивления перемычки в результат измерения.
Таким образом, чтобы оценить значение сопротивления перемычки, достаточно из результата первого измерения отнять результат второго. Сопротивление каждой перемычки - порядка 10 мОм.
Как будет показано ниже, внутреннее сопротивление параллельно включенной пары без учета перемычек (все измерения сопротивления производились Анализатором на частоте 1000 Гц) обычно находилось в диапазоне 19,5-23,5 мОм.
Таким образом, из-за последовательно включенных перемычек сопротивление некоторых пар элементов в 1,5 раза выше. Это даже не дефект – это ПОРОК проектирования.
Напряжение каждой полубатареи измерялось мультиметром HP34401. В таблицы 1 и 2 занесены результаты измерения напряжения и внутреннего сопротивления пар элементов. Значения сопротивления взяты БЕЗ УЧЕТА ПЕРЕМЫЧЕК.
При анализе результатов в первой полубатарее найдены 2 отстающих пары (контакты V11-V12, V12-V13); во второй полубатарее отстающих пар 4 (контакты V7-V8, V8-V9, V11-V12, V12-V13).
Все отстающие пары были заряжены источником Kikusui PAS 40-9 (этот источник имеет sense – то есть он «видит» напряжение в нагрузке или на АКБ). Напряжение заряда – 4,2 В, зарядный ток ограничивался до 1,7 А (значение максимального зарядного тока вычислено исходя из мощности штатного ЗУ). Мы останавливали заряд, когда значение тока оставалось постоянным (допускались колебания в 1-2 мА) в течение получаса. Как правило, зарядный ток падал до 56-58 мА и не менялся.
Измерения «после заряда» (см таблицы 1 и 2) сделаны спустя 24 часа после заряда последней отстающей пары во второй полубатарее (увы, у нас нет шести источников, чтобы заряжать отстающие пары одновременно).
таблица 1
Таблица 2
Как видно из схемы на рисунке 1, дополнительно присутствуют цепи 1 и 2. Такой вывод сделан после измерения напряжения между контактами P+ и P- разъема, через который АКБ подключена к гироскутеру. Напряжение между этими контактами после заряда – 58,8 В, тогда как напряжение на каждой полубатарее порядка 65,8 В.
После заряда отстающих пар хозяин забрал гироскутер и вернул его через три недели для продолжения испытаний. Напряжения и внутренние сопротивления пар были вновь измерены согласно описанным выше методикам. Результаты измерений занесены в таблицы 3 и 4.
Таблица 3
Таблица 4
Как видно из таблиц 3 и 4, теперь пары V7-V8. V8-V9, V11-V12, V12-V13 отстают в обоих полубатареях.
Для этих пар с помощью активатора электрохимических источников питания AEAC-12V мы провели тренировочные циклы заряд-разряд. Значения отданной при разряде и набранной при заряде емкости рассчитываются активатором автоматически. Для примера приведем программу контрольно-тренировочных циклов для двух последовательно включенных пар элементов V11-V12 и V12-V13 в полубатарее #2 (см. рисунок 3):
Стоит заметить, что перед тренировкой пар элементов на активаторе, АКБ гироскутера была заряжена штатным зарядным устройством. Однако, как видно из рисунка 3, емкость, отданная при первом разряде, составила лишь 0,49 Ач. Таким образом, можно сделать вывод, что штатное ЗУ и система балансировки заряда неспособны нормально зарядить отдельные элементы. Вероятно, когда на одной из пар достигается нужное напряжение, останавливается заряд всех пар элементов вообще.
При втором и третьем разрядах отданная емкость составила уже 4,09 Ач.
Выводы
Батарея имеет следующие дефекты (и пороки):
1. Перемычки, через которые некоторые пары элементов подключаются к печатной плате, имеют достаточно высокое сопротивление (порядка 10 мОм). Таким образом, последовательно включенная перемычка увеличивает сопротивление таких пар практически в 1,5 раза. Это даже не дефект – это порок проектирования.
2. В каждой полубатарее есть отстающие элементы. После 24 часов после заряда последней отстающей пары, было замечено, что напряжение на отстающих парах заметно снизилось (см. таблицы 1 и 2). Таким образом, некоторые пары имеют заметный саморазряд (или они разряжаются на какие-то элементы схемы, однако даже с помощью инфракрасной камеры установить это наверняка не удалось).
3. Некоторые пары (а следовательно и элементы этих пар) имеют характеристики, значительно отличающиеся от характеристик остальных пар. Значит, при сборке АКБ элементы не были подобраны по характеристикам. Как результат, отстающие пары не заряжаются нормально штатным зарядным устройством.
4. Все пары кроме V7-V8, V8-V9, V11-V12, V12-V13 в обеих полубатареях не имеют значительного саморазряда. Если бы гироскутер неправильно эксплуатировался и/или несвоевременно заряжался, был бы заметен равномерный износ ВСЕХ элементов.
Как итог, можно сделать вывод что дефекты АКБ не появились вследствие неправильной эксплуатации и/или несвоевременного заряда - батарея имела эти дефекты еще с завода.
Необходимо ВСЕГДА проверять АКБ, установленные в закупленном электротранспорте - даже если мы говорим о таких "мелочах" как велосипеды, гироскутеры или электросамокаты. Батарею нужно проверять по РЕАЛЬНОЙ ЕМКОСТИ - и если реальная емкость ниже заявленной, нужно сразу же возвращать АКБ по гарантии.
В подобных АКБ очень сложно (а зачастую невозможно) работать с отдельными элементами или заменить их - АКБ неразборные. Лучшее, что вы можете сделать при получении АКБ - правильно проверить ее. Шанс вернуть дефектные АКБ гораздо выше, если у вас есть хорошие доказательства. А подобные доказательства немыслимы без серьезного оборудования.
Список использованного оборудования:
1. Анализатор электрохимических источников питания AEA30V
2. Активатор электрохимических источников питания AEAC-12V
3. Источник питания Kikusui PAS40-9
4. Мультиметр HP34401
5. Инфракрасная камера Fluke Ti110
Ссылки на статьи по обслуживанию АКБ:
Спасение аккумуляторной батареи Bosch 70 Ач, или что бывает с АКБ даже в теплом климате Греции
Почему очень важно обслуживать батареи на погрузчике
Почему аккумуляторные батареи для складской техники умирают, а штатные зарядные устройства не могут их спасти?
Единственный способ правильно обслужить аккумуляторную батарею Toyota Prius