Наверх
Наша лаборатория
Статьи партнеров
Обзоры переводов

Статьи

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

Наименование оборудования (серийный номер) Фото участника эксперимента
АКБ DELTA HRL 12-370W (8 шт)
Код партии: CH07H7GK3H
East EA900Pro-H 3kVA DC96V
S/N 900031812010663
Прожектор FOTON LIGHTING FLOODINGHT BLACK FL-1001B -
используется в качестве нагрузки. Мощность 150 Вт.
Мультиметр DT9205A Digital Multimeter
S/N DD111 201710

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.