Metodika rychlého hodnocení stavu LiFePO4

[kybos]

Jak jsem se již zmínil zde https://forum.mypower.cz/viewtopic.php?f ... %AD#p73782 , pracoval jsem na metodice rychlého hodnocení stavu článků LiFePO4. Metoda je založena na korelaci vnitřního odporu článku a jeho opotřebení. Opotřebení článku souvisí s úbytkem reálné kapacity článku. Pokud tedy potřebujeme rychle porovnat stavy opotřebení článků stejného typu a jmenovité kapacity bez toho abychom skutečnou kapacitu článku museli zdlouhavě měřit a zhoršovat tak zbytečně stav jeho opotřebení mělo by stačit porovnat stav vnitřního odporu článků. Provedl jsem měření kapacity a vnitřního odporu 44 článů LFP300AHA osm až devět let starých vyřazených z trakčního provozu, abych vyhodnotil korelaci uvedených parametrů. Zde jsou výsledky měření:

korelace vnitřního odporu a kapacity článku

V grafu je vyznačena regresní přímka, která znázorňuje závislost vnitřního odporu na kapacitě článku. Je nutno vzít v úvahu, že měření bylo provedeno přístrojem YR1030 v oblasti nejnižšího rozsahu, kde jsou již naměřené hodnoty zatížené vysokou chybou a kapacita byla měřena taktéž v amatérských podmínkách s integrací po úsecích lichoběžníkovou metodou s přístrojem ve třídě přesnosti 2%. To je jeden z důvodů, proč je tak vysoký rozptyl hodnot kolem regresní přímky. Nicméně se mi jeví určitá závislost zcela zřejmá i v těchto amatérských podmínkách. Míra korelace je podle mého názoru dostatečná k tomu, aby bylo možno metodu aplikovat v praxi. Je potřeba však upozornit na skutečnost, že pokud jsou články poškozeny vysokými proudy nebo nepřípustnými teplotami, případně mají znaky deformace obalu, což může mít podstatný vliv na velikost vnitřního odporu, mohou se takové články z hlediska relace mezi kapacitou a vnitřním odporem chovat poněkud odlišně.

A teď ti znalejší a zkušenější mohou provést nějakou oponenturu a potvrdit nebo vyvrátit tuto metodiku hodnocení LiFePO článků.

[willcz]

Nejsem uplne kovany ve statistice (resim obcas v praci presnost osazovani, atd.), ale podle me mate malo hodnot na nakresleni takove primky, hlavne ja malo vzorku pro kapacitu pod 220Ah. Nad tech 230Ah je zase krivka vice mene plocha.

Navic bych si predstavoval graf spise opacny, tzn kapacita zavisla na vnitrnim odporu.

To co mi graf spise ukazuje, je ze pokud je hodnota vnitrniho odporu v rozsahu cca 200-300mikroOhm, neni mozne podle nej odhadnout kapacitu. Podivejte se na rozptyl hodnot. Nepredpokladam ze by novy clanek mel odpor 90mikro.

[kybos]

Nejsem uplne kovany ve statistice (resim obcas v praci presnost osazovani, atd.), ale podle me mate malo hodnot na nakresleni takove primky, hlavne ja malo vzorku pro kapacitu pod 220Ah.

S tím nízkým počtem hodnot pod 220Ah zcela souhlasím. Je to způsobeno primárním cíleným výběrem článků s nižším vnitřním odporem. Nejde tedy o reprezentativní rozdělení ojetých článků.

Navic bych si predstavoval graf spise opacny, tzn kapacita zavisla na vnitrnim odporu.

Není nic snazšího než si přehodit osy.

přehozené osy

To co mi graf spise ukazuje, je ze pokud je hodnota vnitrniho odporu v rozsahu cca 200-300mikroOhm, neni mozne podle nej odhadnout kapacitu. Podivejte se na rozptyl hodnot. Nepredpokladam ze by novy clanek mel odpor 90mikro.

Lze ale z grafu odhadnout, že pokud bude vnitřní odpor pod 300 mikroOhmů, bude kapacita s vysokou pravděpodobností nad 200 Ah, což bylo mým prvoplánovým cílem. Kdyby bylo mým cílem zjistit závislost v širších souvislostech, vybral bych pro měření články s větším rozptylem vnitřního odporu, zejména bych obsadil chybějící vzorky s vyšší hodnotou vnitřního odporu. V mém pojetí se jedná pouze o relativně úzký výsek hodnot vnitřního odporu, proto se jeví výsledek značně neurčitý. Skutečnou závislost by potom bylo možno nahradit složitější křivkou. Přímka určuje pouze trend v daném oboru hodnot.
Třeba se ozve někdo, kdo má k dispozici novější nebo horší články tohoto typu a rozšíří obor získaných párů kapacita + vnitřní odpor.

[střídač_N]

Je nanejvýš přínosné, že dohady se potvrdily empirií měření.

Dovolím si opět poukázat na vlastní zkušenost s rozpadající se zápornou měděnou sběrnou elektrodou jež byla asi příčinou snížení kapacity a patrně zvýšení vnitřního odporu je jen doprovodný jev vnitřní degradace-koroze.

I když vím, že rozkuchat ještě funkční akumulátor je nemožné, bez pohledu dovnitř se budeme stále jen dohadovat, "že to tak je".
Musíme ještě pár roků počkat až bude nějaký vhodný kus k rozkuchání.

[rottenkiwi]

Tu sú pekné fotky:
http://www.mdpi.com/1996-1944/6/4/1310/htm
http://blogs.zeiss.com/microscopy/news/ ... -zeiss.jpg

A takto budú vyzerať nové / typy anódy / baterky:
https://www.nanowerk.com/nanotechnology ... =47894.php
http://pubs.rsc.org/-/content/articleht ... c6ra26371b

[kybos]

Zde řešíme technologii LiFePO4, u technologie LiIon mohou být procesy stárnutí poněkud odlišné.

[rottenkiwi]

Ono keď majú konkrétny typ anódy a rozpráva sa tu a procesoch na anóde,
tak je úplne jedno aký typ katódy má tá baterka, či je to NCA, NMC, LiFE, LTO,
nás zaujíma anóda a procesy na nej.

Keď porozumieme anóde a procesom týkajúcom sa elektrolytu, potom už nebude
problém doplniť odlišnosti pre ďalšie typy bat. týkajúce sa katódy.

[rottenkiwi]

http://www.mdpi.com/1996-1073/10/1/110/pdf

Ak chceme merať rezistenciu a z nej usudzovať o kapacite, cykloch či časovej živ.,
tak by sme mali rozdeliť baterky na 4 ks, porovnávacia vzorka v chladničke,
4 ks, 10 až 15 *, prúd 0.25 C, 4 ks 30 až 35 *C, 0.25 C, 4 ks 10 až 15 *C, 1C,
4 ks 35 *C, 1C, 4 ks 10 až 15 *C, mikrocyklované, 4 ks 35 *C, mikrocyklované.

Potom v čase cca. 104 týždňov zaznamenávať hodnoty rezistencie za tých istých podmienok.

A z toho nám buď niečo vypadne, alebo zistíme, že rezistencia na nič nepoukazuje
a treba sa zamerať na iný kvantifikovateľný parameter.

SOH - state of health sa určuje napr. DVA - differential voltage analysis a ICA - incremental cap. anl.

[abrams]

Zdravím ,

z mých laických pozorování chování jetých LiFe si dovoluji říci že okamžité zjištění stavu není zrovna proveditelné .
První kapacitní test co jsem udělal měl výsledek nad nominální kapacitou .
Po 1 roce provozu klesla skutečná kapacita na cca 90% nominální a po dvou letech na cca 87% . Vysvětluji si to dlouhým odpočinkem či rekonvalescencí se zotavil nad nominální stav avšak po opětovném zapojení a používání jeho kapacita poklesla na skutečný stav . Asi něco jako postarší člověk se po odpočinku cítí skvěle ale po chvíli běhu mu začne docházet dech a už jen jde .

Elektronům zdar

[rottenkiwi]

Ono to musí byť spočítateľné BMS za pár milisekúnd, ináč sa nebude v danej chvíli vedieť rozhodnúť
čo urobiť. A metódy s +- 2 % chybou sú tieto:

Wang, L.; Pan, C.; Liu, L.; Cheng, Y.; Zhao, X. On-board state of health estimation of LiFePO4 battery pack
through differential voltage analysis. Appl. Energy 2016, 168, 465–472. [CrossRef]

Torai, S.; Nakagomi, M.; Yoshitake, S.; Yamaguchi, S.; Oyama, N. State-of-health estimation of
LiFePO4/graphite batteries based on a model using differential capacity. J. Power Sources 2016, 306, 62–69.

[kybos]

...
Potom v čase cca. 104 týždňov zaznamenávať hodnoty rezistencie za tých istých podmienok.
...

Šlo mi zde o metodiku rychlého hodnocení stavu LiFePO4. 104 týdnů měření nepovažuji za přijatelnou dobu hodnocení.
Představme si takovou situaci: Mám seriózního prodejce ojetých článků, který mi nabídne, že si mohu vybrat například ze 150 kusů těch svých 16, které potřebuji k realizaci obměny energetického úložiště. Čili metoda výběru musí být opravdu rychlá, 104 týdnů asi žádný prodejce čekat nebude. Musí být nenáročná na zdroje (jen to, co mám s sebou) a nesmí zasahovat do stavu nabízeného zboží (nelze provádět kapacitní zkoušky a nemohu tedy použít BMS). Na pohled se dají vyřadit články deformované nebo zkorodované či mechanicky poškozené. Elektrický stav článku lze hodnotit dle současného napětí, což ovšem nic neříká o stavu kapacity článku, která je pro mne podstatným parametrem. Zkuste někdo navrhnout jinou rychlou a vhodnější metodu posouzení stavu článku.

[rottenkiwi]

Ale ona je rychlá, len musíme mať dáta, aby sme vedeli relevantne povedať, či je pravdivá alebo nie.
Ak bude tá metóda dávať cca. to isté +- 10 % pri nových aj starých 2 roky, pri cyklovaných
aj necyklovaných, pri cyklovaných pri 0.25 C aj 1C, pri cyklovaných + mikrocyklovaných pri 15
ale aj 35 *C, tak potom tá medóda nie je dostatočne presná.

Ale to sa asi nezistí meraním 8 ks bateriek v priebehu týždňa. Však tam nie sú takmer žiadne
zmeny na Cu kolektore, C časticiach, Al kolektore, FePO, separátoroch, elyte.

Treba porovnať to čo navrhujete s tými metódami, čo sa bežne používajú v BMS a v labákoch.

[ota]

Podle mých empirických zkušeností závisí stupeň opotřebení na mnoha faktorech. Proud, teplota, DOD, čas, stáří, počet cyklů, způsob zatížení, mikrocykly, výrobní tolerance, ...

Pohybujeme se zde v mnohadimenzionálním prostoru a vypíchmout dvě dimenze z několika poskytne nějaké údaje, které můžeme nějak interpretovat ale výsledek nemusí být pravdivý.

Při nákupu můžeme změřit Ri, Uoc, váhu, zkontrolovat čichem jestli neutíká elektrolyt a to je tak asi vše.

Mezi kapacitou a Ri je korelace pouze u článků které byly zatěžovány stejným způsobem.
Tato korelace se ale různí u zdroje z letadla, jiná je u vysokozdvižného vozíku, důlního bagru nebo elektrického autobusu.

Například teď testuji 300Ah žluťáska, který má 295Ah kapacitu ale 25mOhm vnitřní odpor. Takové následky má použití v případě pokud se článek periodicky vybíjí a nabíjí mikrocykly velkými proudy např. v trakci při jízdě do kopce a rekuperaci z kopce.

[kybos]

Například teď testuji 300Ah žluťáska, který má 295Ah kapacitu ale 25mOhm vnitřní odpor.

Jakou metodou, případně jakým přístrojem a v jakém stavu SOC byl změřen uvedený vnitřní odpor?
Zatím jsem se nesetkal s článkem tohoto typu s tak vysokou kapacitou a současně s tak vysokým vnitřním odporem.

[ota]

Měřil jsem SM8124. Velmi podobné hodnoty byly i na štítku ze servisu baterií kde měli nepochybně lepší vybavení protože na jiných článcích bylo 0,17mOhm

Zátěžovou DC metodou jsem došel k sice nižším číslům ale pořád nad 10mOhm.

[kybos]

Měřil jsem SM8124.

Já jsem při své analýze měřil články stejného typu přístrojem YR1030, který má udanou třídu přesnosti 0,7% a rozlišovací schopnost 10 mikroohmů s bídou na jedno platné místo. Jakou vypovídací hodnotu mají výsledky naměřené přístrojem SM8124 s desetkrát nižší rozlišovací schopností a desetkrát vyšším základním rozsahem bez udané třídy přesnosti si musí zhodnotit každý sám. Kolik platných míst potom mají naměřené hodnoty je na první pohled zřejmé. A když přístroj nemá ani udanou třídu přesnosti, pak vlastně není jisté, zda chyba není větší než měřená hodnota. Aby byly výsledky porovnatelné, chtělo by to provést měření alespoň stejným typem přístroje ne-li přímo stejným kusem, ale raději nějakým přesnějším přístrojem, jelikož i pro YR1030 je obor hodnot vnitřních odporů uvedeného typu článku téměř mimo rozsah.
Myslím si, že měření provedené jinou metodikou (zátěžové měření) může dávat podstatně odlišné výsledky, jelikož se do procesu dostávají jiné principy než při měření střídavým proudem bez superpozice DC složky.

[kybos]

Mezi kapacitou a Ri je korelace pouze u článků které byly zatěžovány stejným způsobem.
Tato korelace se ale různí u zdroje z letadla, jiná je u vysokozdvižného vozíku, důlního bagru nebo elektrického autobusu.

Musím vycházet ze skutečnosti, že neznám historii používání ojetých článků a je stejně tak možné, že pocházely z jednoho zdroje, jako že mohly pocházet z různých způsobů využití. Na štítku to napsané nemají. Jediné, co se dá zjistit, je datum výroby, napětí a vnitřní odpor. Na hmotnost bych se nespoléhal, jelikož její výrobní tolerance je příliš vysoká než aby to u ojetých článků mohlo o něčem vypovídat. Snad jedině, kdyby je Číňan plnil z větší části pískem, jak je v jejich zemi občas zvykem. Pak jedině zaštěrchat s článkem a poslouchat, zda obsah šplouchá nebo se přesýpá .Přesto bych si rád vybral ty nejlepší s tou nejvyšší kapacitou. Jak tedy vybírat?

[rottenkiwi]

Už len to, či článok stál nabitý viac ako jeden deň, alebo menej ako 30 min, robí rozdiel
viac ako 15 %, pri tej istej teplote, tej istej metóde, tom istom prístroji.

[ota]

Vnitřní odpor 25mOhm se dá zněřit i jednoduchým měřákem. Udaná třída přesnosti je u orientačního měření irelevantní. Stejně tak měřící rozsah.
Chtěl jsem jen upozornit že korelace mezi vnitřním odporem a kapacitou může dávat chybné výsledky.

Pokud se za každou cenu hledá jednoduchá měřící metoda, byť vycházející z nesprávných údajů, je mi ganz egal.

[abrams]

Zdravím ,

je to těžké , když se nedá kouknout na zuby v tlamě ojetiny , co ?
Slušný prodejce jetých sám provede kapacitní zkoušky aby měl co nabídnout . Nebývá problém se domluvit a případně vyměnit články až po testech provedených kupujícím .
jsou dosti specifickým zbožím na něž postupy užívané třeba u aut nefungují .

Elektronům zdar