Kapasiteetti on akun johtava terveydentilaindikaattori, mutta sen arvioiminen lennossa on monimutkaista. Perinteinen lataus/purkaus/lataussykli on edelleen luotettavin tapa mitata akun kapasiteettia. Vaikka kannettavia akkuja voidaan kierrättää suhteellisen nopeasti, täysi sykli suurilla lyijyakuilla ei ole käytännöllinen kapasiteetin mittauksessa.
SAE (Society of Automotive Engineers) määrittää käynnistysakun kapasiteetin varakapasiteetilla (RC). RC heijastaa käyttöaikaa minuuteissa tasaisella 25 A:n purkauksella. DIN (Deutsches Institut für Normung) ja IEC (International Electrochemical Commission) merkitsevät akun Ah:na tyypillisellä 0.2C-nopeudella (5h ate) käynnistysakuilla. 60 Ah akku purkautuu 12 A:lla. Tarkkaa RC:n muuntamista Ah:ksi ei ole, mutta yleisin kaava on RC jaettuna 2:lla plus 16:lla. Lyhyt menetelmä on jakaa RC luvulla 1,9.
Purkausmenetelmä
Voisi olettaa, että kapasiteetin mittaus purkauksella on tarkin menetelmä, mutta näin ei aina ole, etenkään lyijyakkujen kohdalla. Jopa käytettäessä erittäin tarkkoja laitteita lämpötilakontrolloidussa ympäristössä ja noudattamalla vahvistettuja lataus- ja purkustandardeja, identtisten testien välillä esiintyy eroja. Tätä ei täysin ymmärretä, paitsi että paristot ovat sähkökemiallisia laitteita, joilla on ihmisen kaltaisia ominaisuuksia. IQ-tasomme vaihtelee myös vuorokaudenajan ja muiden olosuhteiden mukaan. Litium- ja nikkelipohjaiset kemiat tarjoavat johdonmukaisemmat purkaustulokset kuin lyijyhappo.
Cadex-laboratoriot tarkastivat 91 eri suoritustasolla varustettua käynnistysakkua, ja tulokset on esitetty kuvassa 1. Vaakasuora x-akseli esittää akut heikoista vahvoihin ja pystysuora y-akseli kapasiteettia. Testit noudattivat SAE J537 -standardeja käyttämällä täyttä latausta ja 24-tunnin lepoa, mitä seurasi säännelty 25 A purkaus 10,50 V:iin (1,75 V/kenno). Timanteilla saadut tulokset edustavat testiä 1. Testi toistettiin identtisissä olosuhteissa, ja neliöissä esitetyt kapasiteetit kuvaavat testiä 2. Testit 1 ja 2 eroavat vain muutaman päivän sisällä toisistaan. kapasiteetissa. Muut laboratoriot havaitsevat samanlaisia eroja.
Kuva 1: Kapasiteetin vaihtelut kahdessa identtisessä lataus/purkaustestissä 91 käynnistysakkulla
Kapasiteetit eroavat plus /–15 prosenttia testin 1 ja testin 2 välillä. Testit tehtiin SAE J537:n mukaisesti
Akkutestin tuloksia arvioitaessa kysytään: "Mihin standardiin lukemia verrataan?" Jos tehdään klassisella lataus/purkaussyklillä, jossa on suuria epätarkkuuksia, nykyaikaisilla testitekniikoilla ei ole vertailukohtaa ja tutkijat voivat kysyä: "Kumpi menetelmä on tarkempi, purkaus/latausmenetelmä vai muut kehittyvät tekniikat?" Tämä on pätevä kysymys, koska esiin tulee ei-tunkeilevia teknologioita, jotka vievät vain sekunteja akun testaamiseen.
Ei-invasiivinen menetelmä
Spectro™ (Cadex) käyttää usean mallin sähkökemiallista impedanssispektroskopiaa (EIS), joka tarkistaa akun kunnon sekunneissa skannausprosessin avulla. Ei-invasiivinen tekniikka yhdistää EIS:n monimutkaiseen mallinnukseen kapasiteetin, CCA:n ja SoC:n arvioimiseksi matriisien, joita kutsutaan myös hakutaulukoiksi, avulla. Näin se toimii:
Useita taajuuksia sisältävä sinimuotoinen signaali ruiskutetaan akkuun muutamalla millivoltilla. Digitaalisen suodatuksen jälkeen erotettu signaali muodostaa Nyquist-kaavion, jonka päälle asetetaan erilaisia sähkökemiallisia malleja. Spectro™ valitsee parhaiten sopivat mallit; sopimattomat jäljennökset hylätään. Tietojen yhdistäminen korreloi sitten avainparametrien arvot kapasiteetin ja CCA-estimaateista johdettavaksi. Kuva 2 havainnollistaa patentoitua prosessia yksinkertaistettuna.
Kuva 2: Spectro™ yhdistää EIS:n monimutkaiseen mallinnukseen akun kapasiteetin arvioimiseksi ja CCA-mittausten parantamiseksi
Sinimuotoinen signaali tuottaa Nyquistin käyrän; datafuusio korreloi avainparametrien arvot kapasiteetin ja CCA:n arvioimiseksi.
Nyquistin juonen keksi Harry Nyquist (1889–1976) ollessaan Bell Laboratoriesissa. Se esittää lineaarisen järjestelmän taajuusvasteen, joka näyttää sekä amplitudin että vaihekulman yhdellä kaaviolla käyttäen taajuutta parametrina. Nyquistin kaavion vaakasuora x-akseli paljastaa todellisen ohmiimpedanssin, kun taas pystysuora y-akseli edustaa kuvitteellista impedanssia.
Kapasiteetti vs. CCA
Käynnistysakuilla on kaksi eri arvoa, CCA ja kapasiteetti. Nämä kaksi lukemaa ovat erilaisia; toista ei voi ennustaa ja korrelaatio näiden kahden välillä on lähes olematon, paitsi ehkä akun käyttöiän loppua kohti.
Useimmat pikatestaajat tarkastelevat sisäistä vastusta ja tekevät CCA-likiarvon. Akun vastuksen lukeminen on suhteellisen yksinkertaista, mutta tämä ei yksinään voi ennustaa kapasiteettia, eikä se voi kertoa, milloin akku on vaihdettava, koska käyttöiän päättymisominaisuus liittyy ensisijaisesti kapasiteettiin. Useimmat käynnistysakkut pyörittävät moottoria hyvin pienellä kapasiteetilla; äkillinen vika voi tapahtua, kun kapasiteetti laskee alle 30 prosentin.
Jotkin akkutestaajat, mukaan lukien Spectro™, näyttävät "Resistance High", kun ohminen lukema on kohonnut. Vika liittyy yleensä lämpövaurioihin. Toimiva käynnistysakku heijastaa yksinumeroista mOhm-arvoa, jota edustaa R1 oikealla olevassa Randles-mallissa.Korkeaa vastusta kehittävät akut siirtyvät kaksinumeroisiin lukemiin, ja ne voivat johtua seuraavista olosuhteista:
1. Alhainen elektrolyyttitaso
2. Elektrolyytin kerrostuminen
3. Elektrodien sulfatointi
4. Keräyslevyjen ja pylväiden huonot tai huonokuntoiset hitsausliitokset
5. Keräyslevyn halkeilu syöpynyt
6. Huono akun liitäntä puristimissa tai akun sisällä
R1 edustaa elektrolyyttiresistanssia, johon vaikuttavat yllä olevat kohdat 1 ja 2. Kohdat 3-6 koskevat R1:tä luonnehtia elektrolyyttiresistanssia, jonka aiheuttaa alhainen elektrolyytti- ja/tai happokerrostuminen, kuten yllä lueteltujen olosuhteiden kohdat 1 ja 2 kuvastavat. Kohdat 3-6 koskevat sulfaatiota, korroosiota ja kosketuskestävyyttä akun navoista elektrodeihin sekä elektrodeista elektrolyyttiin.
R2/C-rinnakkaispiiri edustaa varauksen siirtovastusta ja nopeutta. Se tarkoittaa tarvittavaa energiaa, joka tarvitaan ylittämään elektrodi-elektrolyyttirajapinnassa oleva potentiaalieste, joka aktivoi elektrolyytin sisällä olevan ionin, mikä johtaa elektronien siirtymiseen elektrodista navoihin. Huonolla akulla esteresistanssi on suurempi kuin hyvässä akussa, jonka kapasiteetti on suuri. R2/C-haara pitää sisällään kapasiteetin arvioinnin salaisuuden ja eroaa R1:n kaapatuista mekaanisista olosuhteista.
Mahdollisuus erottaa yksittäiset komponentit Randles-mallissa, kuten Spectro™ tekee, mahdollistaa parannetun akun arvioinnin, mikä vähentää akun vaihtoa erityisesti takuuaikana. "Resistance High" erottaa akun, jonka varaus on alhainen, ja akun, jossa on aito vika. Testi voidaan tehdä osittaisella latauksella.
"Kuinka tarkkoja lukemat ovat?" automekaanikko kysyy. Tämä riippuu akusta. Vika voidaan diagnosoida luotettavasti vain, jos siinä on selviä oireita. Uusi tai varastossa ollut akku voi olla poikkeava kapasiteettiarviossa. Parhaat tulokset saavutetaan "toimivalla" akulla, joka on otettu pois käytöstä. Tarkkuus perustuu myös matriisin laatuun.
Vaikka kapasiteetti- ja CCA-lukemat on merkitty selkeästi akkuun, nämä arvot eivät aina pidä paikkaansa. Joidenkin käynnistysakkujen CCA:n on havaittu olevan suurempi tai pienempi kuin esitetty; vain valmistaja tietää. Korkeiden kustannusten vuoksi CCA-testejä tehdään harvoin, kun akku on myyty. Lisäksi syvän syklin akkujen kapasiteetti on pieni uusina, mikä voi johtaa takuun palautukseen. Arvot kasvavat, kun akkua alustetaan käytön aikana.