سایناکو | تولید کننده و وارد کننده باتری و یوپیاس
S-2202 : اصول تست باتری
Ifficulties with testing batteries
هنوز روشی عملی برای سنجش کمیت ظرفیت و تست باتری با روشی کوتاه و جامع وجود ندارد. سطح سلامت باتری را نمیتوان مستقیماً مورد سنجش قرار داد و تنها میتوان بر اساس نشانههای موجود و با دقتهای مختلف، آن را برآورد کرد. اگر این نشانهها مبهم باشند، سنجش سلامت باتری، قابل اطمینان و قابل استناد نخواهد بود. در زمان تست باتری، باید سه شاخص را برای بررسی سطح سلامت ارزیابی کرد:
۱- ظرفیت یا توانایی ذخیرهسازی انرژی
۲- مقاومت داخلی یا قابلیت تحویل جریان
۳- دشارژ داخلی که بازتاب دهنده یکپارچگی مکانیکی و شرایط مرتبط با تنش است.
باتریها در شرایط مختلفی قرار میگیرند و شارژ بودن باتریها، به راحتی میتواند نشانههای مختلف سلامت باتری را پنهان کرده و یک باتری ضعیف را دارای عملکرد خوب نشان دهد. همچنین یک باتری قوی با میزان شارژ کم، شباهت زیادی به باتریای دارد که ظرفیت آن افت پیدا کردهاست. مشخصههای باتری تحت تأثیر شارژ، دشارژ و ذخیرهسازی طولانی مدت هستند. بنابراین، این موارد را باید در زمان تست باتریها مد نظر قرار داد.
شکل ۱ ظرفیت قابل استفاده باتری، حجم پر شده از مایع را نشان می دهد. تلفات ظرفیت به شکل «محتوای سنگی» نشان داده شده است که بیانگر کاهش حجم باتری میباشد. و مقاومت داخلی باتری نیز به شکل شیر آب، مقدار جریان دریافت شده از باتری را نشان میدهد.
شکل ۱: باتری مفهومی: ظرفیت قابل استفاده در باتری، بخش پر شده از مایع میباشد. تلفات ظرفیت به شکل «محتوای سنگی» و شیر آب به عنوان نماد تحویل توان برای نمایش مقاومت داخلی را نشان میدهد.
با تشکر از شرکت کَدِکس.
مهمترین شاخص سلامت باتری، ظرفیت آن میباشد که بیانگر مقدار انرژی ذخیره شده در آن است. باتری نو باید ۱۰۰ درصد ظرفیت نامی خود را تحویل بار دهد. یک 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 باتری، معادل ۵۰ درصد است. سطح ظرفیت جزء تعهدات ضمانتنامه برای جایگزینی باتری در صورت کاهش ظرفیت به زیر ۸۰ درصد نیز میباشد. مهمتر از همه اینکه ظرفیت باتری، تعریف کننده پایان عمر باتری است.
باتریهای سرب-اسیدی با ۸۵ درصد ظرفیت شروع به کار میکنند و این ظرفیت تا قبل از آغاز افت بلند مدت و تدریجی، افزایش مییابد. باتریهای یون لیتیوم با پیک ظرفیت شروع به کار 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 باتری، مشخصات باتری نو را 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 سالها بهرهوری، شروع به افت میکند (شکل ۲).
شکل ۲: باتری را میتوان به افزایش سن یک شخص ارتباط داد. افراد کمی هستند که از زمان فرسودگی باتریها آگاه باشند؛ بعضیها خیلی زود تعویض باتری را انجام میدهند و بعضیها هم برای طولانی مدت از باتریها استفاده میکنند.
زمان تعویض و جایگزینی باتری برای بسیاری از کاربران باتری نامشخص است. وقتی از کسی سوال پرسیده شود که «باتری خودتان را در چه سطحی از ظرفیت تعویض میکنید؟»، اکثراً با سردرگمی پاسخ میدهند که «ببخشید چی گفتین؟» افراد کمی با واژه ظرفیت به عنوان معیاری برای مدت زمان کار باتری آشنایی دارند و حتی افراد کمتری هستند که بدانند از مفهوم ظرفیت به عنوان مقدار آستانهی توقف کار باتری استفاده میشود. در بسیاری از سازمانها، مشکلات مربوط به باتریها زمانی آشکار میشود که خرابیها و قطعیها افزایش مییابند و ممکن است این خرابیها ناشی از عدم نگهداری صحیح باتری باشد.
زمان تعویض و 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. دربعضی از صنایع، میتوان مدت زمان بیشتری از باتری استفاده نمود، 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 استارتر 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. تجهیزات حساس به حدود سختگیرانهتری نیاز دارند و باید باتری را زودتر از خراب شدن جایگزین کنند.
معمولاً دستگاههای مربوط به حوزه پزشکی و نظامی حساس هستند و باتریهای آنها خیلی زود تعویض میشوند. اغلب تولید کنندگان باتری به جای تست آنها، 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 را دارند . این یعنی در حوزه پزشکی، باتریهای سالم را حتی قبل از رسیدن به حد پایانی عمر آنها، تعویض میکنند. با وجود این، در یکی از بررسیهای سازمان FDA آمریکا (غذا و دارو) 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» .
حوزه دیگری که کاربرد باتریها در آن مهم است، مربوط به پهبادها است. یک دستگاه پهباد با باتری خوب، میتواند 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 ظرفیت 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 درست 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، فرض نمودن اینکه باتری دارای افت ظرفیت به طور کامل شارژ شده است و میتواند به اندازه باتری نو کار کند، نوعی حس امنیت کاذب ایجاد میکند. بنابراین، اندازهگیری ولتاژ باتریها، تنها سطح شارژ را مشخص میکند، نه ظرفیت باتریها را.
خرابی باتریها صرفاً محدود به دستگاههای قابل حمل نیست. باتریهای استارتر خودروها نیز در معرض خرابی قرار دارند. در سال ۲۰۰۸، ADAC Allgemeiner Deutscher Automobil-Club e.V. اعلام کرد که ۴۰ درصد از 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 شدهاست، بیان میدارد که تنها تعداد کمی از باتریهای استارتر 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 و 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 باتری 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. 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 استارتر بازگردانده شده تحت ضمانتنامه، یک باتری هیچ مشکلی نداشته است. یکی از تولید کنندگان آلمانی باتریهای استارتر 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، تعداد زیادی از 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 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: همانطور که هنوز هیچ دستگاه خاصی برای ارزیابی سلامت یک فرد وجود ندارد، «تشخیص عیوب باتری نیز دشوار است». برای بررسی سریع و قابل اطمینان سطح سلامت باتری تجهیزاتی وجود ندارد. ممکن است باتریها هم مثل بدن انسان چندین نقص پنهان داشته باشند که هیچ وسیله 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 عملکرد باتری با ۸۰ تا ۱۰۰ درصد ظرفیت 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 چنین 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.
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.
