Phương Pháp đo Nội Trở để Kiểm Tra Chất Lượng ACCU

Tóm tắt: Một accu tốt nội trở của nó có giá trị nhỏ, khi accu bị xuống cấp giá trị nội trở của nó tăng lên. Nguyên nhân là do sự ăn mòn các bản cực hay dung dịch điện giải bị hao hụt vv...Do vậy, có thể căn cứ vào giá trị nội trở accu để xác định chất lượng của nó có còn dùng được hay không và đưa ra những cảnh báo để xử lý hoặc thay thế.

Abtracst: When a battery is new, it has a low internal resistance, but as the battery deteriorates the internal resistance becomes larger. This is due to corrosion on the plates, loss of electrolytic soution, etc. Therefore, when the comparator is found to be in the condition during batter maintenance work, a warning or replacement is generated.

I. CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỦA ACCU.

Hiện nay, với sự phát triển bùng nổ về công nghệ thông tin nên vấn đề về năng lượng là hết sức quan trọng, trong đó vấn đề nguồn dự phòng là vấn đề hết sức cần thiết, accu là một trong các giải pháp được sử dụng phổ biến để cung cấp nguồn. Đặc biệt trong một số lĩnh vực như viễn thông, công nghệ thông tin, ô tô … Để hệ thống làm việc liên tục không ngắt quãng thì việc kiểm tra chất lượng của accu online là rất cần thiết, để đáp ứng được vấn đề trên ta cần phải đo điện dẫn của accu bằng phương pháp đo nội trở để suy ra dòng và tuổi thọ của accu.

Có 2 phương pháp tổng thể để kiểm tra chất lượng của accu đó là: Phương pháp kiểm tra trong quá trình phóng nạp và xác định nội trở của accu. Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng.

Phương pháp kiểm tra phóng/nạp đo chính xác dung lượng phóng của accu, tuy nhiên nó cần một khoảng thời gian khá lâu, không thích hợp với việc kiểm tra hàng loạt. Nếu dùng phương pháp đo này chỉ xác định được chất lượng accu trong trường hợp offline ngoài ra nó gây ảnh hưởng không tốt cho accu và chỉ đo accu có dung lượng thấp.

Với phương pháp đo nội trở việc đánh giá dung lượng accu ở phương pháp này phức tạp hơn vì nó dựa vào mối quan hệ giữa nội trở và dung lượng của accu. Giá trị nội trở của accu phụ thuộc vào từng phương pháp đo cụ thể, với phương pháp đo khác nhau sẽ cho ra kết quả khác nhau. Mối quan hệ giữa nội trở và dung lượng của accu là quan hệ phi tuyến phức tạp phụ thuộc nhiều yếu tố như: trạng thái làm việc của accu, nhiệt độ, chủng loại accu, chất liệu làm accu… Tuy nhiên, phương pháp đo nội trở được thực hiện nhanh và có thể xác định được giá trị nội trở một cách chính xác, nếu dùng phương pháp bốn cực thì có thể đo được nội trở rất nhỏ mà không phụ thuộc vào sai số do tiếp xúc hoặc dây nối. Đặc biệt khi dùng phương pháp đo nội trở có thể xác định được chất lượng của accu trong trường hợp online.

Với công nghệ vi điện tử phát triển ngày càng mạnh với tốc độ xử lý nhanh do đó các phép toán, thuật toán phức tạp được xử lý đơn giản. Vậy việc đo nội trở accu ngày càng được sử dụng rộng rãi để xác định chất lượng cho accu.

Vì vậy trong khuôn khổ bài báo này nhóm tác giả trình bày cụ thể về cách thức kiểm tra chất lượng của accu theo phương pháp đo nội trở.

II. PHƯƠNG PHÁP ĐO NỘI TRỞ CỦA ACCU.

1. Tại sao phải đo nội trở, nội trở phụ thuộc vào các thông số nào của accu ?

Giá trị nội trở đưa ra thông tin hữu ích để phát hiện ra accu đó có phải thay thế hay không. Tuy nhiên một mình điện trở không thể đưa ra quan hệ tuyến tính với dung lượng của accu. Việc tăng điện trở của các accu chỉ cho thấy sự lão hóa và chất lượng của accu.

Khi đo nội trở của accu mới thường dao động trong khoảng 8%. Mặc dù vậy khi accu được chuyển từ nhà máy ra nó sẽ được kiểm tra miễn là các thông số điện áp và nội trở rơi vào dải cho phép. Sự thay đổi này chỉ do hai yếu tố quá trình sản xuất và chất liệu sử dụng. Với sự hỗ trợ tốt về kỹ thuật các chuyên gia có thể căn cứ vào nội trở để xác định được tuổi thọ của accu. Nếu giá trị nội trở tăng khoảng 25% so với nội trở chuẩn 100% thì dung lượng của accu giảm đi 80%. Nội trở của accu trong quá trình phóng và trong quá trình nạp là khác nhau.

Song song với việc đo nội trở là đo điện áp của accu trong quá trình bảo dưỡng. Nếu điện áp quá thấp thì accu bị hỏng (có thể bị ngắn mạch ở bên trong). Nếu điện áp quá cao thì có thể do có một bộ nạp hoặc một accu khác được mắc nối tiếp. Có thể phát hiện ra sự hư hại của accu thông qua nội trở và kiểm tra lại theo điện áp và nhiệt độ của accu.

Phải đo nhiệt độ của accu vì nội trở của accu thay đổi theo nhiệt độ. Người ta cho phép sử dụng nhiệt độ của dung dịch điện giải để đánh giá mức độ hư hại của accu. Nếu bên trong accu bị ngắn mạch nhiệt độ của nó rất nóng trong quá trình nạp. Nếu trong quá trình nạp mà accu không bị nóng cho ta biết có thể một trong những cell tạo nên accu bị hỏng. Nếu thời gian nạp càng lâu hoặc việc phóng/nạp lặp lại nhiều lần sẽ làm dung lượng accu giảm.

2. Các phương pháp đo nội trở của accu ?

Có nhiều phương pháp đo khác nhau nhưng chủ yếu dựa các phương pháp: dùng nguồn một chiều, nguồn xoay chiều với tần số giới hạn trong dải nhất định để đo trở kháng hoặc dùng nguồn đa tần để tạo quang phổ điện trở…Ở đây ta xét đến một phương pháp đo nội trở chính xác là phương pháp đo bốn cực - nguồn xoay chiều (AC four – terminal)

Phương pháp đo bốn cực - nguồn xoay chiều:

Nguyên lý đo: Nội trở của accu thay đổi trong dải vài mΩ đến hàng trăm mΩ tùy vào loại accu và dung lượng của nó. Dùng một dòng xoay chiều xác định điện áp rơi trên accu suy ra nội trở cần tìm. Mục đích dùng một dòng xoay chiều cốt làm mất sự ảnh hưởng đến nguồn của accu. Phương pháp này được gọi là “AC four – terminal” và phân biệt với phương pháp “DC four – terminal”. Hình 1 minh họa nguyên lý hoạt động của “AC four – terminal”. Dòng xoay chiều là is được đưa ra để đo giá trị nội trở, điện áp rơi trên nội trở là Vis. is là dòng xác định và nội trở đo được không phụ thuộc vào điện trở tiếp xúc và điện trở dây nối. Trở kháng của vôn mét rất lớn do đó không có dòng qua vôn mét, vậy điện áp rơi đo được chỉ rơi trên nội trở trong của accu.

Sơ đồ khối của quá trình đo nội trở accu bằng phương pháp bốn cực - nguồn xoay chiều:

Hình 1. Đo nội trở bằng phương pháp AC four – terminal

Việc xác định điện áp rơi Vis từ đó tìm ra nội trở thì phải sử dụng bộ tách sóng đồng bộ. Nó hoạt động trên nguyên tắc lọc loại bỏ thành phần điện kháng bên trong accu và hệ thống kiểm tra sẽ không chịu ảnh hưởng của các nhiễu bên ngoài. Đồng thời điện áp hai đầu cực VT của accu cũng được xác định. CPU sẽ dùng bộ chuyển mạch để đưa nội trở VR và điện áp hai đầu cực VB vào bộ biến đổi A/D sau đó đưa ra hiển thị.

Phương pháp phát hiện đồng pha: Sử dụng một nguồn tín hiệu chuẩn, cho tín hiệu này đi qua accu làm tín hiệu mới này lệch pha so với tín hiệu chuẩn, từ đó xác định góc lệch pha để suy ra nội trở của accu.

Bộ tách sóng đồng bộ :

Giả sử : v1 = Asin(wt) (1)

v2 = Bsin(wt +q ) (2)

Góc lệch pha q là do thành phần điện kháng trong accu gây ra, theo hình trên tín hiệu qua bộ lọc là:

v1 x v2 = ABsin(wt)sin(wt +q )

= 1/2A.B.cosq – 1/2 A.B.cos(2wt +q ) (3)

Khi qua bộ lọc, thành phần một chiều 1/2ABcosq được xác định.

Trở kháng tổng của accu là Z = R + j X trong đó R = |Z|cosq

Ta thấy rằng thành phần một chiều này tỷ lệ với phần thực của trở kháng, điều đó có nghĩa là nguyên nhân có điện áp rơi là do nội trở R của accu. Do vậy đây là phương pháp đo nội trở của accu mà không ảnh hưởng đến thành phần điện kháng.

III. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA THIẾT BỊ KIỂM TRA ACCU DÙNG PHƯƠNG PHÁP BỐN CỰC - NGUỒN XOAY CHIỀU.

Trên cơ sở phân tích nguyên lý phương pháp đo nội trở trên nhóm tác giả đưa ra sơ đồ khối thiết kế của thiết bị kiểm tra acccu như hình 3.

IV. KẾT QUẢ.

Đây là kết quả mô phỏng khi sử dụng phương pháp bốn cực – nguồn xoay chiều để đo nội trở accu :

Đường đặc tính của nội trở và điện áp theo thời gian phóng: Trong một giờ với dòng phóng là 5mA, nhiệt độ ở 23°C. Từ đường đặc tính nhận thấy rằng giá trị nội trở và điện áp của accu thay đổi ở mỗi loại accu khác nhau.

Từ đường đặc tính của nội trở và điện áp biến thiên theo nhiệt độ: Từ đường đặc nhận thấy khi nhiệt độ tăng thì điện áp thay đổi không đáng kể. Đối với loại Ni- Cd và Lithium – Ion nội trở giảm, loại Ni – MH thay đổi không tuyến tính.

V. KẾT LUẬN

Thiết bị kiểm tra bằng phương pháp đo nội trở thực hiện đơn giản và nhanh. Thiết bị này cho phép đo được điện trở nhỏ với độ chính xác cao có sử dụng bộ tách sóng đồng bộ. Với kết quả thực nghiệm cho thấy mỗi loại accu có những đường đặc tính khác nhau về mối quan hệ giữa nội trở và nhiệt độ cũng như giữa nội trở với thời gian phóng của accu. Để tìm ra mối quan hệ giữa nội trở với dung lượng của accu thì phải tiến hành kiểm tra trong một chu kỳ phóng/nạp dài hạn và dựa vào kinh nghiệm của người kiểm tra từ đó chúng ta cũng tìm được mối quan hệ giữa nội trở và các thông số khác của accu.

Để xác định được chất lượng của accu thiết bị kiểm tra accu phải có một lượng dữ liệu các thông số như : chủng loại accu, trạng thái làm việc, nhiệt độ làm việc, dòng, áp và nội trở của accu. Căn cứ vào các thông số đó thiết bị kiểm tra tự động đưa ra đặc điểm của accu cần kiểm tra.

Căn cứ vào những vấn đề đã tìm hiểu nhóm nghiên cứu đang tiến hành chế tạo thử nghiệm thiết bị đo kiểm tra accu theo phương pháp được trình bày trên đây.

Tài liệu tham khảo

[1]. 3550, 3551, 3554 Battery HITESTER Series Manual.

[2].BITE2, BITE 2p, BITE3 Batter Impedance Test Equipment Manual.

[3]. http://www.cadex.com/

[4]. http://www.buchmann.ca/Chap9-page2.asp

[5]. http://www.Megger.com/

[6]. http://www.hioki.com/

[7]. http://www.extech.com/

[8]. Tiêu chuẩn về accu: 64 TCN 63 – 93.