اصول تست باتری

علی مشایخعلی مشایخ
498 بازدید
اصول تست باتری

هنوز روشی عملی برای کمیت‌سنجی شرایط و اصول تست باتری‌ با تستی کوتاه و جامع وجود ندارد. سطح سلامت باتری را نمی‌توان مستقیماً سنجید و تنها می‌توان بر اساس نشانه‌های موجود و میزان دقت‌های مختلف آن را برآورد کرد. اگر این نشانه‌ها مبهم بوده و یا موجود نباشند، سنجشی قابل اطمینان ممکن نخواهد بود. در زمان تست باتری باید سه شاخص را برای بررسی سطح سلامت ارزیابی کرد:

  1. ظرفیت یا توانایی ذخیره‌سازی انرژی،
  2. مقاومت داخلی یا قابلیت تحویل جریان
  3. دشارژ داخلی که بازتاب دهنده یکپارچگی مکانیکی و شرایط مرتبط با تنش است.

باتری‌ها در شرایط مختلفی قرار می‌گیرند و یکبار شارژ به راحتی می‌تواند نشانه‌‌های مختلف سلامت باتری را پنهان کند و عملکرد خوب یک باتری ضعیف را نشان دهد. همچنین یک باتری قوی با میزان شارژ کم، مشابهت‌هایی با مجموعه باتری متأثیر از افت ظرفیت دارد. مشخصه‌های باتری تحت تأثیر شارژ، دشارژ و ذخیره‌سازی طولانی مدت هستند. این تغییرات مکرر را باید صراحتاً در زمان تست باتری‌ها مد نظر قرار داد.

شکل ۹-۱ ظرفیت قابل استفاده باتری بر حسب حجم پر شده از مایع، تلفات ظرفیت دائمی به شکل «محتوای سنگی» کاهش دهنده حجم و مقاومت داخلی به شکل اندازه شیر فلوی جریان را نشان می‌دهد.

ظرفیت باتری

شکل ۱: باتری مفهومی که ظرفیت قابل استفاده در آن به شکل بخش خالی پر شده از مایع، تلفات ظرفیت دائمی به شکل «محتوای سنگی» و شیری به عنوان نماد تحویل توان برای نمایش مقاومت داخلی نشان داده شده است.

با تشکر از شرکت کَدِکس.

 

مهمترین شاخص سلامت باتری ظرفیت بیانگر انرژی ذخیره‌ شده است. باتری نو باید ۱۰۰ درصد ظرفیت نامی خود را تحویل دهد. یعنی مجموعه باتری ۵ آمپرساعتی باید جریان ۵ آمپری را به مدت ۱ ساعت تحویل دهد. اگر باتری تنها ۳۰ دقیقه دوام بیاورد در این صورت ظرفیت این مجموعه تنها ۵۰ درصد است. سطح ظرفیت جزء تعهدات ضمانت‌نامه برای جایگزینی باتری در صورت کاهش ظرفیت به زیر ۸۰ درصد نیز هست. مهمتر از همه اینکه ظرفیت تعریف کننده پایان عمر باتری است.

باتری‌های سربی-اسیدی با ۸۵ درصد ظرفیت شروع به کار می‌کنند و این ظرفیت تا قبل از آغاز افت بلند مدت و تدریجی، افزایش می‌یابد. (به  «BU-701: نحوه آماده‌سازی باتری‌ها»  مراجعه کنید.) باتری‌های یون لیتیوم با پیک ظرفیت شروع می‌کنند و افت ظرفیت آن‌ها فوراً آغاز می‌شود و البته روند بسیار کندی دارد. باتری‌های با پایه نیکل در ابتدای استفاده یا بعد از ذخیره‌سازی طولانی مدت برای رسیدن به ظرفیت کامل به آماده‌سازی نیاز دارند.
تولید کنندگان مشخصات دستگاه‌ را برای باتری نو ارائه می‌کنند. این وضعیت موقتی بوده و بیانگر وضعیت باتری در شرایط واقعی نیست چون افت ظرفیت آن از زمان ساخت آغاز می‌شود. افت عملکرد تنها زمانی مشهود است  که دستگاه‌های نو دیگر عملکرد درخشان اولیه خود را ندارند و وضعیت پیش آمده به روال عادی بدل می‌شود. برای مقایسه می‌توان مردی میانسالی را در نظر گرفت که استقامت او بعد از گذشت سال‌های با بیشترین بهره‌وری شروع به افت می‌کند (شکل ۲).

باتری را می‌توان به افزایش سن یک شخص ارتباط داد
شکل ۲: باتری را می‌توان به افزایش سن یک شخص ارتباط داد. افراد کمی هستند که از زمان مناسب جایگزینی باتری‌ها آگاه باشند؛ بعضی‌ها جایگزینی را خیلی زود انجام می‌دهند و بعضی‌ها هم برای طولانی مدت از باتری‌ها استفاده می‌کنند.

زمان جایگزینی باتری برای بسیاری از کاربران باتری نامشخص است. وقتی سوال «باتری خودتان را در چه سطح ظرفیتی جایگزین می‌کنید؟» پرسیده شود اکثراً با سردرگمی پاسخ می‌دهند که «ببخشید چی گفتین؟» افراد کمی با واژه ظرفیت به عنوان سنجه‌ای برای مدت زمان کار باتری آشنایی دارند و حتی افراد کمتری هستند که بدانند از ظرفیت به عنوان مقدار آستانه‌ای برای توقف کار باتری استفاده می‌شود. در بسیاری از سازمان‌‌ها، مشکلات مربوط به باتری‌ها تنها زمانی آشکار می‌شود که خرابی‌ها و قطعی‌ها افزایش می‌یابند و ممکن است این خرابی‌ها ناشی از عدم نگهداری و تعمیر باتری باشد.

جایگزینی باتری به کاربرد آن بستگی دارد. سازمان‌‌هایی که از آنالیزورهای باتری استفاده می‌کنند معمولاً مقدار آستانه جایگزینی باتری را در مقدار ۸۰ درصد تنظیم می‌کنند. (به «BU-909: تجهیزات تست باتری» مراجعه کنید.) بعضی از صنایع می‌توانند نسبت به بقیه مدت زمان بیشتری از باتری استفاده کنند که در این صورت باید توازنی بین «اما و اگرها» و مسائل اقتصادی برقرار کرد. دستگاه‌های غربالگری در انبارها ممکن است به ۶۰ درصد ظرفیت برسند و با این حال تمام روز کار کنند. باتری راه‌انداز خودرو می‌تواند با ظرفیت ۴۰ درصد هم به خوبی کار کند اما در این حالت دوام کوتاهی دارد.

هر جایی که در آن از باتری‌ها استفاده می‌شود باید برنامه‌ای برای بدترین سناریوی ممکن داشته باشد. گرچه تولید کنندگان در زمان تعیین مدت زمان کار مقداری را به عنوان رزرو در نظر می‌گیرند اما به ندرت میزان مشخصی برای آن تعیین می‌شود. مأموریت‌های حساس به حدود سخت‌گیرانه‌تری نیاز دارند و باید باتری را زودتر از خراب شدن جایگزین کنند. (به  «BU-503: نحوه محاسبه مدت زمان کارکرد باتری‌»  مراجعه کنید.)

دستگاه‌های مربوط به حوزه پزشکی و نظامی حساس هستند و باتری‌های آن‌ها خیلی زود تعویض می‌شوند. تولید کنندگان دستگاه‌ها به جای تست باتری‌ها ترجیح می‌دهند از تعداد سیکل یا برچسب زمانی برای تعویض الزامی باتری استفاده کنند. برای در نظر گرفتن تمام احتمالات، مدت زمان ارائه خدمات برچسب زمانی اغلب محدود به ۲ یا ۳ سال است.

تکنسین‌های پزشکی دریافته‌اند که بسیاری از باتری‌های دستگاه‌های دفیبریلاتور در زمان تاریخ انقضای الزامی ۲ ساله خود، مبتنی بر برچسب زمانی، همچنان بیش از ۹۰ درصد ظرفیت باقیمانده دارند که یعنی باتری‌های خوب پزشکی را درست قبل از رسیدن به حد مجاز جایگزین می‌کنند. با وجود این اتلاف مشهود، در یکی از بررسی‌های سازمان FDA آمریکا بیان شده که «تا ۵۰ درصد تماس‌های خدماتی بررسی شده در بیمارستان‌ها مربوط به مشکلات باتری‌ها بوده است.» متخصصان سلامت در انجمن بهبود تجهیزات پزشکی Association for the Advancement of Medical Instruments) AAMI) بیان می‌کنند که «مدیریت باتری به عنوان ۱۰ چالش مهم دستگاه‌های پزشکی مطرح است» (به «BU-803: آیا می‌توان باتری‌ها را بازیابی کرد؟» مراجعه کنید.)

حوزه دیگری که کاربرد باتری‌ها در آن مهم است مربوط به پهبادها است. دستگاهی با باتری خوب می‌تواند برچسب مدت زمان پرواز ۶۰ دقیقه‌ای داشته باشد اما اگر ظرفیت باتری از ۱۰۰ درصد به ۷۵ درصد کاهش یافته باشد و تیم کنترل مأموریت از این موضوع آگاه نباشد، در واقع زمان پرواز به ۴۵ دقیقه کاهش پیدا کرده است. همین امر ممکن است در زمان برقراری ارتباط برای فرود باعث سقوط این وسیله ۲۵۰۰۰ دلاری شود. با مشخص کردن ظرفیت هر یک از مجموعه باتری‌ها به عنوان بخشی از فرآیند نگهداری و تعمیر باتری، می‌توان باتری‌های با ارائه ظرقیت ۱۰۰ درصد را برای سفرهای طولانی در نظر گرفت و باتری‌ها قدیمی‌تر را برای مأموریت‌های کوتاه‌تر انتخاب کرد. اینکار امکان بهره‌وری کامل از باتری را به وجود آورده و قاعده‌ای سالم را برای جایگزینی باتری‌ها تبیین می‌کند.

بسیاری از باتری‌ها و دستگاه‌های قابل حمل یک شاخص اندازه‌گیری دارند که میزان انرژی باقیمانده را نشان می‌دهد. چه باتری جدید باشد و چه افت ظرفیت پیدا کرده باشد، شارژ کامل شاخصی ۱۰۰ درصدی را برای آن نشان می‌دهد. در این صورت با فرض اینکه باتری دارای افت ظرفیت به طور کامل شارژ شده و بنابراین می‌تواند به اندازه باتری نو کار می‌کند، نوعی حس امنیت کاذب ایجاد می‌شود. شاخص اندازه‌گیری باتری‌ها تنها سطح شارژ را مشخص می‌کند، نه ظرفیت باتری.

خرابی باتری‌ها صرفاً محدود به دستگاه‌های قابل حمل نیست. باتری‌های راه‌انداز خودروها نیز در معرض خرابی قرار دارند. در سال ۲۰۰۸، ADAC Allgemeiner Deutscher Automobil-Club e.V. اعلام کرد که ۴۰ درصد خرابی‌های مربوط به خودروها در جاده‌ها به باتری ارتباط دارد. گزارش سال ۲۰۱۳ انجمن ADAC نشان می‌دهد که مشکلات مربوط به باتری‌ها بین سال‌های ۱۹۹۶ تا ۲۰۱۰ چهار برابر شده است.

ADAC، بزرگ‌ترین انجمن خودرو در اروپا بیان می‌دارد که یک سوم از خرابی‌ها مربوط به باتری‌های دشارژ شده یا معیوب است. این گزارش که در مجله موتوروِلت Motorwelt آلمان در ماه می سال ۲۰۱۳ منتشر شده بیان می‌دارد که تنها تعداد کمی از باتری‌های راه‌انداز به میانگن عمر پنج سال می‌رسند و این آمار مربوط به تمام خودروها است. این آمارها از بیش از چهار میلیون خرابی به دست آمده‌اند که انجمن خودرویی ADAC معمولاً هر ساله آن‌ها را دریافت می‌کند. این مطالعه تنها خودروهای جدیدتر را شامل می‌شود؛ وسایل نقلیه نیازمند به تعمیر با بیش از ۶ سال کارکرد از این مطالعه حذف شده‌اند.

انجمن بین‌المللی باتری نیز گزارش‌های مشابهی را منتشر کرده است. مطالعه‌ای که توسط یکی از کمیته‌های فنی انجمن بین‌المللی باتری در سال ۲۰۱۰ انجام شده نشان داد که خرابی‌های مرتبط با شبکه نسبت به ۵ سال قبل به اندازه ۹ درصد افزایش داشته است. متخصصان گمان می‌کنند که تقاضای بالاتر انرژی الکتریکی در خودروهای مدرن به نرخ خرابی‌های بیشتر ختم شده است.

پیشنهادی: چگونه طول عمر باتری سیلد لید اسید را افزایش دهیم را مطالعه کنید.

خرابی باتری در ژاپن بیشترین موضوع شکایت در میان مالکان جدید خودرو‌ها است. خودروها به طور میانگین ۱۳ کیلومتر (۸ مایل) را در روز و اغلب در شهرهای شلوغ طی می‌کنند. متداول‌ترین دلیل خرابی باتری‌ها شارژ ناقص و سولفاتاسیون است. (به «BU-804b: سولفاتاسیون و چگونگی جلوگیری از آن» مراجعه کنید.) عملکرد باتری نکته‌ای کلیدی است؛ مشکلاتی که طی دوره ضمانت پیش می‌آیند به عنوان خرابی‌های مولفه‌ای ثبت می‌شوند و رضایت مشتری را کاهش می‌دهند.

یک تولید کنندهِ آلمانیِ خودروهایِ لوکس گزارش داده که از هر دو عدد باتری راه‌انداز بازگردانده شده تحت ضمانت‌نامه، یک باتری هیچ مشکلی نداشته است. یکی از تولید کنندگان آلمانی باتری‌های راه‌انداز با کیفیت بالا عنوان کرده که نقص‌های کارخانه‌ای تنها ۵ تا ۷ درصد از کل شکایت‌های مرتبط با ضمانت محصولات را در بر می‌گیرد. به ندرت خرابی‌های باتری در دوره ضمانت ناشی از نقص‌های کارخانه‌ای بوده است و عادات رانندگی علت اصلی خرابی‌ها بوده‌اند. ارزیابی دقیق با تجهیزات پیشرفته برای تست باتری که می‌تواند نشانه‌های مختلف خرابی را بررسی کند، به میزان زیادی شکایت‌های مربوط به دوره ضمانت را کاهش می‌دهد.

صنعت گوشی همراه هم با معضلات مشابهی در حوزه ضمانت باتری‌ها روبه‌رو است. گفته می‌شود از هر ده باتری بازگردانده شده، نه عدد آن‌ها هیچ مشکلی ندارند. فرد متصدی به جای رفع ایراد شکایت مشتری مبنی بر کمتر بودن مدت زمان کارکرد باتری از حد انتظار او، باتری را تعویض می‌کند. این امر مشکلی را حل نمی‌کند و فقط باری را بر دوش فروشنده می‌گذارد؛ شاید هم به تکرار این گونه شکایات منجر شود.

معمای تست باتری‌ها

بخشی از مشکلات به این خاطر است که تست باتری‌ها دشوار است و فرقی هم بین ویترین مغازه‌ها، بیمارستان‌ها، میدان‌های جنگ و گاراژهای تعمیراتی نیست. به نظر می‌رسد روش‌های تست سریع باتری‌ها از دوران قرون وسطی به بعد تغییری نکرده‌اند و وقتی به پیشرفت‌های دیگر حوزه‌ها نگاه ‌کنیم می‌توانیم به این تفاوت مشهود پی ببریم. ما حتی روشی قابل اطمینان برای برآورد سطح شارژ نداریم و اینکار عمدتاً مبتنی بر ولتاژ و روش شمارش کولن است. عدم تغییر ارزیابی ظرفیت که شاخص اصلی سلامت باتری است عمری طولانی‌تر دارد. اندازه‌گیری ولتاژ مدار باز و بررسی مقاومت داخلی شواهدی قطعی از سطح سلامت باتری ارائه نمی‌کنند.

شاید کاربر باتری بپرسد: «چرا این صنعت تا این حد عقب مانده است؟» پاسخ ساده است: «تشخیص عیوب باتری دشوار است.» همانطور که یک دستگاه خاص برای ارزیابی سلامت یک فرد وجود ندارد، برای بررسی سریع و قابل اطمینان سطح سلامت باتری نیز تجهیزاتی وجود ندارد. ممکن است باتری‌ها هم مثل بدن انسان چندین نقص پنهان داشته باشند که هیچ روش منحصر به فردی نمی‌تواند با قطعیت آن‌ها را شناسایی کند.

بررسی باتری مرده آسان است و تمام دستگاه‌های تست با ۱۰۰ درصد دقت آن را تشخیص می‌دهند. چالش کار زمانی است که باید باتری با ۸۰ تا ۱۰۰ درصد عملکرد را در زمان انجام کار بررسی کنیم. رگولاتورها در معرفی روندهایی برای تست باتری‌ها با مشکل مواجه هستند. این امر عمدتاً به خاطر در دسترس نبودن فناوری مناسب برای ارزیابی باتری‌ها در زمان کار است. برچسب «غیر قابل کنترل» برای باتری دلیلی منطقی دارد؛ چون باعث مصونیت آن‌ها می‌شود.

دنیای باتری‌ زمان خود را وقف ساخت ابرباتری‌ها کرده است اما همچین باتری بهبود یافته‌ای بدون توانایی بررسی عملکرد در زمان کار کامل نخواهد بود. بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان تنها مربوط به ساخت باتری بهتر نیست بلکه باید بتوان عملکرد آن را هم با گذشت زمان رهگیری کرد.

پروفسور مارک اورازیم Mark Orazem پیچیدگی تست باتری‌ها را با داستانی هندی مقایسه می‌کند که در آن افرادی نابینا فیلی را لمس می‌کنند تا ماهیت آن را تشخیص دهند (شکل ۳). چون هر یک از افراد بخش خاصی از فیل را لمس می‌کنند، اختلافاتی بین آن‌ها ایجاد می‌شود. تست باتری حتی برای افراد متخصص این حوزه هم دشوار است اما پیشرفت‌ها در این زمینه ادامه دارند. نهایتاً فناوری‌های بهتری برای اینکار ظهور خواهند کرد.

حکایت هندی که بازتاب دهنده پیچیدگی برآورد سطح سلامت باتری‌ها است

شکل ۳: حکایت هندی که بازتاب دهنده پیچیدگی برآورد سطح سلامت باتری‌ها است.

داستان مردان نابینایی که سعی دارند با لمس کردن فیل به ماهیت آن پی ببرند. این داستان به نسبی‌گرایی و ابهام در موضوع مورد بحث، مثلاً باتری‌ها، اشاره دارد.

 منابع

باتری یونیورسیتی

آیا این مقاله برای شما مفید بود؟
بله
تقریبا
خیر
دسته بندی تست و کنترل
اشتراک گذاری

نوشته های مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

عضویت در خبرنامه

با عضویت در خبرنامه از آخرین پیشنهادها و تخفیف های ما زودتر از بقیه با خبر شوید!

نمادهای ما

logo-samandehi
سبد خرید

سبد خرید شما خالی است.

ورود به سایت
question