Как проверить аккумулятор LiPo и определить, неисправен ли он

Литий-полимерная батарея может показывать внешне нормальное напряжение, но при этом выходить из строя, когда устройство потребляет ток. И наоборот, низкое значение напряжения не всегда означает, что аккумулятор необратимо поврежден — он может просто разрядиться.

Чтобы правильно протестировать LiPo-батарею, объедините несколько проверок: физическое состояние, напряжение покоя, баланс отдельных ячеек, напряжение под нагрузкой, полезную емкость, внутреннее сопротивление, саморазряд и рабочую температуру. Ни одно измерение не может обеспечить полную диагностику состояния батареи.

С практической точки зрения LiPo-батарея, скорее всего, неисправна, если она вздулась или повреждена, одна ячейка постоянно отклоняется от других, напряжение падает при нормальной нагрузке, полезная емкость существенно упала, внутреннее сопротивление резко возросло или батарея стала необычно горячей.

Ключевые выводы

• Всегда начинайте с физического осмотра. Вздутая, протекающая, проколотая, сгоревшая или необычайно горячая батарея не должна подвергаться дальнейшим электрическим испытаниям.

• Мультиметр может проверить напряжение и полярность аккумулятора, но не может подтвердить полезную емкость или характеристики передачи тока.

• Многоэлементные LiPo-аккумуляторы следует проверять как на уровне упаковки, так и на уровне отдельных ячеек.

• Просадка напряжения, емкость, внутреннее сопротивление, саморазряд и температура дают более полную картину о состоянии аккумулятора.

• Не существует универсального порога напряжения, емкости или внутреннего сопротивления, который бы определял каждую неисправную литий-полимерную батарею.

• Сравните результаты со спецификациями батареи, требованиями применения, предыдущими записями или заведомо исправной батареей той же модели.

• Не заряжайте принудительно, не запускайте от внешнего источника и не обходите защитную схему LiPo-аккумулятора, отклонённого от зарядного устройства.

Краткий обзор состояния LiPo-батареи

Перед тестированием: решите, безопасно ли обращаться с батареей

Не подключайте аккумулятор с видимыми повреждениями к испытательному оборудованию.

Немедленно остановитесь, если заметите что-либо из следующего:

• Отек, пыхтение или деформированный мешочек

• Прокол, разрыв, вмятина или раздавленная область.

• Утечка, коррозия или химический запах

• Следы ожогов или расплавленная изоляция

• Открытые проводники или сильно поврежденные разъемы

• Шипение, дым или необычные шумы

• Аккумулятор, который нагревается во время отдыха

• Батарея прижимается к корпусу устройства

Аккумулятор с такими симптомами уже не прошел самую важную часть проверки. Не заряжайте и не разряжайте его, не прижимайте, не прокалывайте и не проверяйте под нагрузкой. Следуйте соответствующим указаниям для обращение с поврежденной или вздутой литий-полимерной батареей.

Если аккумулятор встроен в устройство, следуйте процедуре обслуживания производителя устройства. Не открывайте корпус силой и не удаляйте прикрепленный к нему пакетный элемент, если у вас нет соответствующего оборудования и обучения.

Что нужно для проверки работоспособности LiPo батареи

Точное оборудование зависит от батареи и приложения, но полезная тестовая установка может включать в себя:

• Цифровой мультиметр с изолированными щупами.

• Совместимый прибор для проверки LiPo-элементов или тестер напряжения.

• Балансовое зарядное устройство LiPo с индикацией емкости и внутреннего сопротивления.

• Управляемая электронная нагрузка или предназначенное для батареи устройство.

• Датчик температуры, инфракрасный термометр или термопара.

• Спецификация батареи

• Записи предыдущих испытаний, когда батарея была новой или считалась исправной.

Проводите испытания на чистой, негорючей поверхности вдали от легковоспламеняющихся материалов. Используйте разъемы и адаптеры, которые надежно подходят. Импровизированные зажимы, оголенные провода и измерительные щупы слишком большого размера могут случайно закоротить соседние клеммы.

Как проверить аккумулятор LiPo шаг за шагом

1. Подтвердите тип батареи, количество ячеек и пределы напряжения.

Перед проведением измерений прочтите этикетку батареи или лист технических характеристик. Записывать:

• Химия аккумуляторов

• Количество ячеек

• Номинальное напряжение

• Номинальная мощность

• Максимальное напряжение заряда

• Напряжение отключения разряда

• Ограничения непрерывного и пикового тока

• Полярность разъема

Обычный элемент LiPo обычно имеет номинальное напряжение 3,7 В и заряжается примерно до 4,2 В. Высоковольтные элементы LiPo могут иметь маркировку 3,8 В или 3,87 В и заряжаться до 4,35 В или 4,4 В.

Не применяйте стандартные предположения о напряжении LiPo к высоковольтному элементу. Спецификация аккумулятора и системы зарядки должны совпадать.

Помните, что номинальное напряжение — это номинал продукта, а не напряжение, которое батарея должна показывать во время каждого испытания. Фактическое напряжение меняется в зависимости от состояния заряда, нагрузки, температуры и времени, прошедшего с момента зарядки или разрядки.

2. Осмотрите чехол, провода и разъемы.

Даже если батарея выглядит в целом неповрежденной, проверьте ее при хорошем освещении.

Искать:

• Новый вздутый или неравномерной толщины пакет.

• Складки, вызванные давлением или ударом

• Разрезы во внешней упаковке

• Ослабленные, утопленные или обесцвеченные контакты разъема

• Сломанный компенсатор натяжения вокруг проводов

• Треснувшая изоляция

• Признаки перегрева вокруг разъема

• Неправильная или перепутанная полярность.

Не открывайте упаковку для проверки внутренних вкладок или замены слабого элемента. Проблемы с подключением за пределами чехла иногда могут быть устранены квалифицированным специалистом, но вскрытие или восстановление использованного аккумулятора LiPo сопряжено с дополнительным риском короткого замыкания и возгорания.

3. Дайте батарее отдохнуть перед измерением напряжения.

Напряжение временно меняется после зарядки, разрядки или большой нагрузки. Дайте батарее вернуться к комнатной температуре и отсоедините ее от зарядного устройства и устройства, прежде чем записывать ее напряжение холостого хода.

30-минутного отдыха часто бывает достаточно для практического скринингового теста, хотя более длительные периоды отдыха могут улучшить повторяемость. При сравнении результатов используйте примерно одинаковое время отдыха, температуру и уровень заряда.

Без соответствующих условий тестирования исправная холодная батарея может иметь высокое внутреннее сопротивление, а недавно заряженная батарея может показывать временно повышенное напряжение.

4. Проверьте аккумулятор LiPo с помощью мультиметра.

Чтобы проверить напряжение аккумулятора LiPo с помощью мультиметра:

1. Отсоедините аккумулятор от зарядного устройства и устройства.

2. Установите мультиметр на напряжение постоянного тока.

3. Выберите диапазон, превышающий максимальное напряжение аккумулятора.

4. Поместите красный щуп на положительную клемму, а черный щуп на отрицательную клемму.

5. Не допускайте соприкосновения щупов друг с другом или соседними контактами.

6. Запишите показания и сравните их с количеством ячеек и характеристиками батареи.

Например, обычная батарея 3S LiPo имеет номинальное напряжение батареи 11,1 В и напряжение полной зарядки примерно 12,6 В. Однако более низкие показания могут просто указывать на более низкий уровень заряда.

Мультиметр может подтвердить напряжение аккумуляторной батареи, обратную полярность и некоторые неисправности обрыва цепи. Это не может доказать, что батарея все еще имеет достаточную емкость или может обеспечить необходимый ток.

Для блока из нескольких ячеек общее напряжение может выглядеть правильным, даже если значение одного элемента намного ниже, чем у других. Поэтому напряжения отдельных ячеек необходимо проверять отдельно.

5. Сравните напряжения отдельных ячеек.

Используйте разъем баланса с совместимым устройством для проверки аккумуляторов LiPo или зарядным устройством для балансировки для считывания данных с каждой ячейки. Если батарея не имеет доступного балансировочного соединения, не открывайте упаковку только для получения отдельных показаний. Используйте доступные данные BMS или следуйте процедуре испытаний производителя.

Исправный многоэлементный блок должен поддерживать достаточно близкое напряжение своих элементов в одинаковых условиях. Обычно наблюдаются различия в несколько сотых вольт, которые не указывают автоматически на неисправность.

Обратите пристальное внимание, когда:

• Одна ячейка многократно ниже остальных

• Разница напряжений возвращается после нормального балансового заряда.

• Разница увеличивается в процессе использования

• Одна ячейка достигает предела низкого напряжения гораздо раньше

• Зарядному устройству требуется необычно много времени, чтобы сбалансировать аккумулятор.

• Одна ячейка показывает как более высокое внутреннее сопротивление, так и большее падение напряжения.

Постоянная разница около 0,10 В или более может быть полезным предупреждающим знаком, но это не универсальный порог «годен или не годен». Также необходимо учитывать конструкцию аккумулятора, точность зарядного устройства, температуру, нагрузку и ограничения производителя.

Если в неповрежденном аккумуляторе наблюдается небольшой дисбаланс, выполните только обычную балансовую зарядку с правильными настройками LiPo. Если та же самая ячейка снова быстро дрейфует, продолжение балансировки не восстановит ее утраченную емкость или повышенное сопротивление.

6. Проверьте падение напряжения под нагрузкой.

Напряжение холостого хода показывает лишь часть состояния аккумулятора. Слабая LiPo-батарея может выглядеть нормально в состоянии покоя, но терять слишком много напряжения при подаче тока.

Для теста с контролируемой нагрузкой:

1. Начните с аккумулятора с известным уровнем заряда.

2. Запишите напряжение покоящегося блока и элементов.

3. Примените стабильную нагрузку в пределах номинального тока батареи.

4. Запишите ток, напряжение нагрузки, напряжение отдельных ячеек и температуру.

5. Снимите нагрузку и наблюдайте за восстановлением напряжения.

6. Сравните результат с более ранними записями или заведомо исправным аккумулятором той же модели.

Просадка напряжения может быть выражена как:

Провал напряжения = напряжение покоя − напряжение под нагрузкой

Не существует единого приемлемого показателя падения напряжения для каждой LiPo-батареи. Результат зависит от емкости, тока разряда, конструкции элемента, состояния заряда, температуры, проводки и сопротивления разъема.

Наиболее полезным доказательством является изменение собственного базового уровня батареи. Аккумулятор считается подозрительным, если он теперь проседает гораздо сильнее при том же токе, раньше достигает точки отключения по низкому напряжению устройства или имеет один элемент, который падает значительно быстрее, чем другие.

Поддерживайте испытательный ток в пределах продолжительного предела, указанного для аккумулятора. Если вы не уверены, как емкость и номинал разряда определяют допустимый ток, просмотрите LiPo-батарея с рейтингом C перед проведением нагрузочного теста.

Прекратите проверку, если батарея набухает, имеет необычный запах, становится слишком горячей или показывает нестабильное напряжение.

7. Проверьте емкость аккумулятора LiPo.

Тест емкости измеряет, какой заряд аккумулятор может обеспечить при определенных условиях. Это более полезно, чем оценка мощности только по напряжению.

Для исправной батареи:

1. Зарядите его, используя правильную программу LiPo и ограничение напряжения.

2. Дайте ему отдохнуть и вернуться к температуре испытания.

3. Разрядите его известным током, используя совместимый анализатор батареи.

4. Остановитесь при достижении порога разряда, указанного для этой батареи.

5. Запишите полученную емкость в мАч.

6. Сравните результат с номинальной мощностью и результатами предыдущих испытаний.

Сохранение емкости можно рассчитать как:

Сохранение емкости (%) = Измеренная пропускная способность ÷ Эталонная емкость × 100

В идеале эталоном должна быть емкость, измеренная для новой батареи в тех же условиях испытаний. Напечатанные номинальные значения менее точны, поскольку на результат могут повлиять производственные допуски, скорость разряда, температура и напряжение отключения.

Уровень емкости 80% обычно используется в характеристиках срока службы батареи в качестве ориентира старения. Его не следует рассматривать как универсальный порог безопасности.

Батарея с емкостью 85% уже может быть непригодна для использования в медицинских целях, дронах или приложениях резервного питания со строгими требованиями к времени автономной работы. Другое устройство с низким спросом может оставаться работоспособным ниже 80%. Правильная точка замены зависит от времени выполнения приложения и критериев надежности.

Никогда не продолжайте разряжать ниже указанного порогового значения только для того, чтобы получить большее показание емкости.

8. Измерьте внутреннее сопротивление LiPo батареи.

Внутреннее сопротивление влияет на то, насколько сильно падает напряжение и сколько тепла выделяет батарея при подаче тока.

Многие современные зарядные устройства и анализаторы аккумуляторов LiPo позволяют измерять сопротивление аккумулятора и отдельных элементов. Для полезных сравнений:

• Используйте то же зарядное устройство или анализатор

• Используйте те же разъемы и адаптеры

• Тест при аналогичном уровне заряда

• Испытание при аналогичной температуре

• Дайте батарее постоять в течение определенного периода времени.

• Содержите контакты разъема в чистоте и безопасности

Не существует универсального значения внутреннего сопротивления, которое отличало бы каждую хорошую LiPo-батарею от каждой плохой. Размер элемента, емкость, конструкция, температура, уровень заряда, провода, разъемы и метод измерения — все это влияет на результат.

Вместо этого сосредоточьтесь на тенденциях:

• Значительно ли увеличилось сопротивление по сравнению с первоначальным значением батареи?

• Постоянно ли одна ячейка намного выше остальных?

• Соответствует ли высокое сопротивление повышенному падению напряжения?

• Нагревается ли аккумулятор теперь под нагрузкой, с которой раньше справлялся нормально?

Батарея по-прежнему может обеспечивать большую часть своей номинальной емкости при низкой скорости разряда, но при этом плохо работает в сильноточном устройстве, поскольку ее внутреннее сопротивление увеличилось. Поэтому емкость и устойчивость следует оценивать вместе.

9. Проверьте саморазряд и температуру.

После зарядки и отдыха неповрежденной батареи запишите напряжение аккумулятора и отдельных элементов. Храните его в безопасном месте, отключенным от всего оборудования, и измеряйте его снова через определенный период, например, 24 или 48 часов.

В аккумуляторе может быть внутренняя проблема, если:

• Он теряет напряжение намного быстрее, чем аналогичные батареи.

• Одна ячейка падает заметно быстрее остальных

• Аккумулятор нагревается при отключении

• Схема защиты постоянно отключается

• Время выполнения падает, даже если загрузка устройства не изменилась

Более длительный мониторинг может улучшить результат, но не продолжайте тестирование батареи, которая нагревается, вздувается, протекает, имеет запах или нестабильное напряжение.

Как определить, что LiPo-батарея неисправна

Используйте все результаты испытаний вместе, а не принимайте решение только на основании напряжения.

LiPo-батарея не обязательно должна быть электрически разряжена, прежде чем ее можно будет вывести из эксплуатации. Физическое повреждение является нарушением безопасности. Сниженная производительность, высокое сопротивление, раннее отключение и чрезмерное провисание — это недостатки в работе, которые также могут служить основанием для замены.

После списания батареи держите ее клеммы защищенными и следуйте правильной процедуре, чтобы правильно перерабатывайте или утилизируйте литий-полимерные батареи.

Что означают общие результаты испытаний LiPo-аккумуляторов

Напряжение выглядит нормальным, но время работы очень короткое

Возможно, аккумулятор потерял полезную емкость. У него также может быть повышенное внутреннее сопротивление, из-за чего устройство раньше отключается по низкому напряжению.

Выполните контролируемый тест емкости и сравните напряжение под нагрузкой. Само по себе напряжение холостого хода не может подтвердить исправность аккумулятора.

Одна ячейка ниже остальных

Небольшая временная разница может быть исправлена ​​обычным списанием остатка. Если одна и та же ячейка неоднократно становится ниже, больше провисает под нагрузкой или демонстрирует более высокое сопротивление, вероятно, она слабее, чем другие ячейки.

Не открывайте упаковку и не заменяйте слабый элемент для самостоятельного ремонта.

Зарядное устройство показывает «Обрыв соединения».

Это сообщение может указывать:

• Незакрепленный или несовместимый адаптер

• Неправильная полярность

• Поврежденный разъем или провод

• Неправильные настройки зарядного устройства.

• Открытая схема защиты

• Внутренний сбой соединения

Отсоедините аккумулятор и осмотрите доступный разъем и проводку. Убедитесь, что режим зарядного устройства, количество ячеек и адаптер указаны правильно.

Если ошибка повторяется при использовании заведомо совместимого оборудования, не замыкайте цепь защиты и не открывайте блок для повторного подключения внутренних выводов.

Батарея LiPo не заряжается

Аккумулятор, который не заряжается, не подлежит автоматическому ремонту. Возможные причины включают несоответствие зарядного устройства, поврежденный кабель, активированную защиту, очень низкое напряжение элемента, чрезмерный дисбаланс или внутренний сбой.

Тестируйте только с использованием заведомо совместимого зарядного устройства, кабеля и аккумулятора. Если зарядное устройство продолжает отказываться от аккумулятора, остановитесь. Повторные попытки могут усилить стресс, не устраняя основную проблему.

Можете ли вы оживить разряженную LiPo батарею?

Не существует универсального безопасного метода оживления разряженной LiPo-батареи своими руками.

«Мертвый» может описывать несколько различных состояний:

• Разряженный, но в остальном исправный аккумулятор

• Схема защиты, отключившая выход

• Ячейка ниже допустимого диапазона напряжения зарядного устройства.

• Сломанный разъем или внутреннее соединение

• Слабая или внутренне поврежденная клетка

• Аккумулятор с постоянной потерей емкости

Совместимое зарядное устройство обычно может заряжать исправную разряженную батарею в пределах указанного диапазона. Однако, если зарядное устройство LiPo отклоняет аккумулятор, не переключайтесь на NiMH или свинцово-кислотный режим, чтобы подать на него напряжение.

Также избегайте:

• Запуск от другого аккумулятора

• Применение нерегулируемого источника питания

• Обход PCM или BMS

• Клеммы защиты от короткого замыкания

• Открытие сумки

• Замена одного слабого элемента в использованной упаковке

• Повторная зарядка аккумулятора, который нагревается или не балансируется.

Аккумулятор может временно принять заряд после небезопасной попытки восстановления, но при этом иметь внутренние повреждения. Временное восстановление напряжения не доказывает, что оно безопасно и надежно.

Если напряжение батареи ниже указанного диапазона, обратитесь к производителю батареи или устройства для оценки. Замена, как правило, является ответственным решением, когда история и состояние батареи неясны.

Заключение

Чтобы надежно протестировать литий-полимерную батарею, проверьте ее физическое состояние, измерьте напряжение аккумулятора и элементов в состоянии покоя, наблюдайте за производительностью под нагрузкой, проверяйте полезную емкость и внутреннее сопротивление, а также отслеживайте саморазряд и температуру.

Исправный аккумулятор остается физически неповрежденным, сохраняет свои элементы достаточно сбалансированными, обеспечивает ожидаемый ток без чрезмерных провалов напряжения или нагрева и сохраняет достаточную емкость для применения. Плохая упаковка показывает физическое повреждение или повторяющиеся электрические отклонения, а не просто одно необычное показание напряжения.

При необходимости замены соблюдайте исходный химический состав, количество ячеек, емкость, допустимый ток, размеры, разъем, полярность и требования к защите. ЦЕРНЕ обеспечивает литий-полимерные батареи для стандартных и индивидуальных требований к устройству, однако каждая заменяемая конструкция должна быть проверена с учетом фактической нагрузки, зарядки, температуры и времени работы устройства.

Часто задаваемые вопросы

Может ли мультиметр определить, неисправен ли LiPo аккумулятор?

Мультиметр может определить неправильное напряжение аккумулятора, обратную полярность и некоторые неисправности обрыва цепи. Он не может напрямую измерить полезную емкость, внутреннее сопротивление в реальных условиях или характеристики передачи тока. Объедините показания напряжения с испытаниями баланса элементов, нагрузкой, емкостью и температурой.

Какое напряжение означает, что батарея LiPo неисправна?

Ни одно напряжение не доказывает, что каждая батарея LiPo плоха. Для многих обычных LiPo-элементов напряжение 3,0 В является общим пороговым значением разряда, указанным производителем элемента. Ячейка, находящаяся в состоянии покоя существенно ниже указанного диапазона, является серьезным предупреждением и не должна подвергаться принудительной зарядке.

Всегда проверяйте характеристики батареи, поскольку химический состав, схема защиты и конструкция высоковольтного LiPo могут иметь разные ограничения.

Как проверить внутреннее сопротивление LiPo аккумулятора?

Используйте совместимое зарядное устройство, анализатор батареи или измеритель сопротивления. Протестируйте при постоянной температуре и уровне заряда, затем сравните показания с предыдущим значением батареи и с другими элементами в той же упаковке. Тенденция или разница между ячейками обычно более полезна, чем общий предел в миллиомах.

Как часто следует проверять аккумулятор LiPo?

Установите базовый уровень, когда батарея новая, а затем повторите тестирование, когда время автономной работы уменьшится, изменится баланс ячеек, увеличится просадка напряжения или батарея подвергнется необычному нагреву, удару или глубокому разряду. Батареи, используемые в критически важном оборудовании, должны соответствовать документированному графику проверок и замены.

Можно ли починить несбалансированную батарею LiPo?

Небольшой дисбаланс в исправном аккумуляторе можно исправить путем обычной балансовой зарядки с помощью совместимого зарядного устройства. Если дисбаланс неоднократно возвращается, возможно, элементы различаются по емкости, сопротивлению или саморазряду. Зарядка баланса не может обратить вспять это старение.