Исследуем состояние АКБ DELTA HRL 12-370W после 7 лет эксплуатации

В статье описывается проверка состояния DELTA HRL 12-370W (80 Ач) после 7-ми лет эксплуатации в жестких условиях.

Вводная информация

Дата начала эксплуатации комплекта АКБ – октябрь-ноябрь 2013 года.

Дата завершения эксплуатации комплекта АКБ – 11 ноября 2021 года.

Cледует отметить, что данный комплект аккумуляторов использовался в двух режимах работы.

Первый этап: примерно пять лет, аккумуляторы использовались в циклическом режиме с циклом заряда-разряда за один день. В достраиваемом коттедже, не подключенном к электросети, энергоснабжение осуществлялось при помощи бензогенератора и одновременно проводился заряд аккумуляторов, подключенных к ИБП. В ночное время, электропитание холодильника, урезанного до необходимого минимума, системы освещении и иных необходимых электроприборов, осуществлялось при помощи ИБП в батарейном режиме. Каждый год период использования составлял ~ 150 дней. Итого, ориентировочно, накопленное количество циклов разряда-заряда составило 750. Разряд явно был менее 100 % емкости, иначе аккумуляторы столько не проработали бы в таком режиме.

Второй этап: все оставшееся время эксплуатации (два года) комплект АКБ использовался для резервирования электропитания группы компьютеров в офисе торговой компании.

Цели проведения эксперимента и гипотезы, подвергаемые проверке

1. Оценить состояние аккумуляторов DELTA HRL 12-370W (80 Ач) после 7-ми лет жесткой эксплуатации.
2. Проверить утверждение, что при выходе из строя одного-двух аккумуляторов из используемого комплекта необходимо менять весь комплект АКБ, если срок эксплуатации составляет более 20 % от срока их рекомендованного использования. Для АКБ со сроком рекомендованного использования 3-5 лет – срок возможной частичной замены не более одного года, для десятилетних АКБ - не более двух лет.
3. Проверить утверждение, что наиболее проблемный аккумулятор в комплекте можно определить на основании напряжения на клеммах аккумуляторов в буферном режиме работы по минимальному напряжению.

Дата проведения эксперимента: 11 декабря 2021 года.

Визуальный осмотр аккумуляторов до проведения работ

До проведения эксперимента, при визуальном осмотре аккумуляторов DELTA HRL 12-370W выявлено, что геометрия аккумуляторов нарушена – каждую ячейку расперло в продольном направлении. В результате вдоль длинной стороны аккумулятора корпус стал «волнистым». При этом «волна» совпадает с ячейками аккумулятора, а «провал волны» приходится на границу между ячейками.

Методика проведения эксперимента

До проведения эксперимента, для выравнивания возможно накопившейся разницы в уровне заряда аккумуляторов и банок аккумуляторов, были проведены 3-и цикла разряда-заряда.

Эксперимент проводился в три этапа:

1. При работе ИБП от сети (буферный режим работы), проводим промер напряжения каждого аккумулятора индивидуально. На основании полученной информации делаем предварительный вывод о состоянии аккумуляторов и отмечаем лучший (максимальное напряжение) и худший (минимальное напряжение) аккумуляторы из комплекта.

2.1. Подключаем к ИБП нагрузку 150 Вт и отключаем ИБП от электросети (переводим систему в автономный режим работы). Засекаем время и дожидаемся, когда ИБП переходит на сигнализацию частыми звуковыми сигналами – емкость аккумуляторов подходит к концу. Это происходит при падении напряжения батарейного комплекта до 92 В (11,5 В на аккумуляторе при условии равенства напряжения на всех восьми АКБ).

2.2. Начинаем циклически замер напряжения на каждом аккумуляторе отдельно. Ведем эту работу непрерывно и фиксируем результаты вплоть до отключения ИБП. На основании напряжения аккумуляторов на последнем цикле замера делаем окончательный вывод о состоянии здоровья аккумуляторов и выбираем лучший (максимальное напряжение) и худший (минимальное напряжение) аккумуляторы из комплекта.

3.1. Вскрываем лучший и худший аккумуляторы из комплекта и оцениваем состояние положительных пластин. Именно положительные пластины деградируют при работе аккумуляторов (растворяются свинцовые решетки положительных пластин, в результате чего именно положительные пластины разрушаются).

3.2. Визуально оцениваем и сравниваем состояние положительных пластин лучшего и худшего аккумуляторов комплекта.

Далее анализируем результаты и делаем выводы по цели эксперимента и проверяемым гипотезам.

Оборудование, использованное при проведении испытания

Этап 1. Промер напряжения каждого аккумулятора индивидуально при работе ИБП от сети (буферный режим)

По итогам промера напряжения каждого аккумулятора индивидуально при работе ИБП в буферном режиме (аккумуляторы заряжены полноcтью):

Номер аккумулятора в последовательной цепи	АКБ № 1	АКБ № 2	АКБ № 3	АКБ № 4	АКБ № 5	АКБ № 6	АКБ № 7	АКБ № 8
Напряжение на клеммах АКБ	14,17 В	13,81 В	14,07 В	11,70 В	13,53 В	14,05 В	11,57 В	14,27 В

Предварительный вывод: АКБ № 8 (выделено зеленым цветом) и № 7 (выделено красным цветом) предположительно выявлены как «лучший» и «худший» по «состоянию здоровья».

Этап 2: Промер напряжения каждого аккумулятора индивидуально при работе ИБП в автономном режиме (батарейный режим работы) от подачи ИБП сигнала «низкий уровень заряда на АКБ» до автоматического отключения ИБП

По итогам промера напряжения каждого аккумулятора индивидуально при работе ИБП в батарейном режиме на этапе Низкий уровень напряжения на АКБ - Автоматическое отключение ИБП:

Номер цикла замера	АКБ № 1	АКБ № 2	АКБ № 3	АКБ № 4	АКБ № 5	АКБ № 6	АКБ № 7	АКБ № 8
1	12,14	12,19	12,05	9,85	12,28	11,80	10,20	11,87
2	12,12	12,18	12,03	9,83	12,27	11,78	10,20	11,85
3	12,09	12,17	12,00	9,80	12,26	11,75	10,20	11,81
4	12,05	12,16	11,97	9,77	12,26	11,68	10,19	11,76
5	12,03	12,15	11,95	9,74	12,26	11,63	10,18	11,72
6	12,00	12,14	11,93	9,70	12,24	11,58	10,18	11,66
7	11,97	12,13	11,90	9,67	12,24	11,52	10,18	11,59
8	11,93	12,11	11,85	9,61	12,22	11,42	10,17	11,46
9	11,86	12,09	11,81	9,54	12,21	11,32	10,16	11,33
10	11,81	12,08	11,77	9,47	12,20	11,22	10,15	11,19
11	11,75	12,06	11,73	9,38	12,20	11,11	10,14	10,99
12	11,65	12,04	11,93	9,27	12,18	10,99	10,14	10,75
13	11,55	12,02	11,63	9,16	12,15	10,85	10,13	10,45
14	11,45	12,00	11,58	9,02	12,14	10,68	10,12	10,10
15	11,35	11,99	11,52	8,89	12,13	10,51	10,11	9,78
16	11,24	11,97	11,46	8,74	12,12	10,33	10,10	9,42
17	11,10	11,95	11,38	8,57	12,11	10,06	10,07	9,00

Для улучшения восприятия представим полученные данные в графическом виде:

Далее было проведено вскрытие наилучшего (№ 5 – выделен зеленым цветом) и наихудшего (№ 4 – выделен красным цветом) по «состоянию здоровья» аккумуляторов. Проведено исследование их физического состояния. Ход работ можно увидеть в представленном видеоролике. Полученные результаты и выводы по гипотезам, выдвинутым до исследования, приводим в следующей главе.

Выводы по полученным данным

Пункт 1. Расчетное время автономной работы ИБП с батарейным комплектом 8 АКБ емкостью 80 Ач при нагрузке 150 Вт составляет 41,5 часа. Реальное время автономной работы составило 23 минуты 53 секунды. Остаточная емкость ~ 1 %.

Рекомендованное время использования в буферном режиме данной серии АКБ 10-12 лет. Реально аккумуляторы проработали 7 лет, но:

Аккумуляторы существенное время прослужили в циклическом режиме, что подтверждается изменением геометрии положительных пластин – они увеличились. Именно так и происходит при циклическом использовании АКБ. Это привело и к «вспучиванию» корпуса, и к тому, что сами пластины пошли «волной». Если верно утверждение, что в циклическом режиме аккумуляторы проработали 5 лет (при использовании 150 циклов заряда-разряда в год), то количество неполных циклов заряда-разряда составило, примерно 750. При таком режиме работы предъявлять претензии к уменьшенному сроку службы недопустимо.

Более того, аккумуляторы на втором этапе эксплуатации, должны были сняты с эксплуатации раньше. Падение реальной емкости АКБ до уровня 1 % недопустима и свидетельствует, что ежегодные регламентные работы по проверке состояния аккумуляторов не проводились.

Основная часть износа произошла на первом этапе эксплуатации, при работе в ежедневном циклическом режиме. Это тяжелейшие условия работы.

Выводы:

Пункт 1. АКБ серии HRL-W компании DELTA – это аккумуляторы высокого качества и они стоили своих денег. В настоящее время данная серия выпускается под брендом DELTA Xpert. Это проектная серия компании Энергон.

Отдельно хотелось бы уточнить: Изменение геометрии корпуса происходит не только в циклическом режиме. Как показывает опыт эксплуатации АКБ в буферном режиме, одной из самых распространенных причин изменения геометрии корпуса является несоблюдение температурного режима работы батарей. Если температура при эксплуатации выше регламентной, происходит дополнительный разогрев корпуса и увеличение скорости прохождения химических процессов внутри с резким выделением газообразных продуктов. Это приводит к размягчению пластика корпуса аккумулятора и повышению давления внутри него. Сочетание этих двух факторов может привести к деформации корпуса при работе и в буферном режиме - он "вздувается".

Пункт 2. Разница в состоянии положительных пластин «лучшего» и «худшего» аккумуляторов незначительна. Распад решетки «лучшего» АКБ выше критического уровня.

Таким образом наглядно подтверждено, что при выходе из строя одного-двух аккумуляторов из комплекта, нужно менять все АКБ линейки при сроке эксплуатации, превышающем 20 % от срока их рекомендованного использования.

Т.е.:

Если срок рекомендованного использования 3-5 лет, частичная замена возможна спустя менее одного года от даты запуска аккумуляторов в эксплуатацию.

Если аккумуляторы 10-тилетние, частичная замена возможна при сроке эксплуатации не более 2-х лет.

Пункт 3. Утверждение, что наиболее проблемный аккумулятор в комплекте можно вычислить по напряжению на клеммах аккумуляторов в буферном режиме работы, не соответствует действительности. Этот метод выявил аккумуляторы № 7 и 8 как «худший» и «лучший». Более подробное изучение доказало, что эти звания должно присвоить аккумуляторам № 4 и № 5.