Сегодня литиево-ионные аккумуляторы используются повсеместно. Тем важнее становится точно измерять состояние элементов в аккумуляторах, чтобы полнее их использовать и отправлять на переработку лишь в случае полного износа. Но пока системы слежения за состоянием элементов в наборных аккумуляторных батареях остаются далеки от идеальных, что означает, что вы никогда точно не знаете истинной ёмкости батарей в своём ноутбуке или в электрокаре. К тому же время года и температура окружающей среды вносит свой вклад в степень этого незнания. Поэтому возможны неприятные сюрпризы.
Отличия в сборе параметров с элементов современной BMIC (слева) и новой, предложенной Panasonic (справа)
Компания Panasonic совместно с Университетом Ритсумейкан (University of Ritsumeikan) разработали и испытали схему измерения и мониторинга такого параметра литиево-ионных элементов в батареях, как электрохимический импеданс. Это важный параметр литиево-ионного элемента, который позволяет с высокой точностью определить его текущую и остаточную ёмкость с учётом рабочей температуры. Электрохимический импеданс измеряется при прохождении через элемент переменного тока, тогда как обычный импеданс (омическое сопротивление) измеряется при прохождении постоянного тока.
Для точного измерения электрохимического импеданса используется камера с поддержкой постоянной температуры и специальный метод измерения, который называется импеданс спектроскопия. Через элемент пропускается переменный ток с разной частотой. Фактически строится частотная характеристика элемента. С аккумуляторами в рабочих устройствах таких измерений сделать нельзя. Во всяком случае, до появления новой разработки Panasonic.
Инженеры Panasonic предложили использовать для мониторинга состояния элементов в наборных аккумуляторных батареях новые чипы BMIC (или BMS). Аббревиатура BMIC расшифровывается как battery monitoring integrated circuits или, по-русски, интегральная цепь для мониторинга батареи. Современные BMIC измеряют напряжения на каждом из последовательно соединённых элементов в батарее, и контроллер, который считывает эти данные, делает вывод о текущей ёмкости каждого элемента и батареи в целом. Но это весьма приблизительные данные и они могут быть (и часто) далеки от определения истинной ёмкости элемента.
Точность измерения электрохимического импеданса элемента опытной BMIC (справа) оказалась близкой к лабораторным измерениям (слева)
Чтобы точно измерить ёмкость элементов с измерением индивидуального электрохимического импеданса каждого из них, Panasonic ввела в схему BMIC блок возбуждения переменного тока с плавающей частотой. Эти токи очень маленькие. Такие, которые можно измерить лишь с прецизионными усилителями мощности. Диапазон изменения токов возбуждения лежит в пределах от 1 до 5 КГц. Измерения данных с новой BMIC, обработанные новым контроллером, оказались очень близки к лабораторным измерениям методом импеданс спектроскопии. Контролер выдавал значение электрохимического импеданса и, следовательно, остаточной ёмкости каждого литиево-ионного элемента с точностью, близкой к лабораторным измерениям. При этом на практике контроллер может калибровать батарею в зависимости от рабочей температуры. Ждём появления новых батарей, которые никогда не обманут своих владельцев.
