自从凯迪拉克于 1912 年发明启动马达以来,汽车机械师一直在探索测量冷启动电流 (CCA) 的方法。CCA 测量可确保电池有足够的电量来启动发动机,尤其是在寒冷时。汽车的典型 CCA 读数范围为 350 至 600A,卡车则更高。SAE J537 规定,CCA 读数为 500A 的电池可以在 –18°C (0°F) 下提供 500A 电流 30 秒,而不会降至 7.2 伏以下。
资料来源:宝马
CCA 无法“测量”,但可以“估计”,每个电池可能需要一周的时间。完整的 CCA 测试很乏味,而且很少有人做。要测试 CCA,请施加不同的放电电流,以查看在冷态时哪个安培数可使电池保持在设定电压之上。表 1 说明了根据 SAE J537、IEC 和 DIN 的测试程序。这些方法相似,只是放电时间长短和截止电压不同。
出现了多种读取 CCA 的电池测试仪。由于电流与欧姆值有关,因此大多数 CCA 测试仪测量的是电池内阻。要使用碳堆测试 CCA,电池的 SoC 必须为 70% 到 100%。然后在 10º C (50º F) 或更高的温度下加载额定 CCA 的一半并持续 15 秒。例如,500 CCA 电池将以 250A 放电 15 秒,如果电压保持在 9.6V 以上,则电池通过。较冷的温度会导致电压进一步下降。碳堆在观察电压的同时模拟了现实生活中的启动条件,但这种方法无法估计容量。
机械师更喜欢小尺寸,设备制造商开发了手持式测试仪,它会产生与输入的 CCA 值相对应的瞬时大电流脉冲。欧姆定律计算感应电压降的手头内部电阻,并且该设备提供等效于 CCA 的读数。这种测试方法快速方便,但不估算容量。
交流电导法通过向电池注入 80–90 赫兹的单一频率来读取 CCA。这些非侵入式装置体积小,在测试期间保持凉爽,但电池的 SoC 应为 70% 或更高。与其他基于电阻的测试方法一样,交流电导无法读取容量。
电池科学家通过将 Randles 模型的测试结果与复杂的建模相结合来估计 CCA 和容量,从而预测未来的电池诊断在于 EIS。称为多模型电化学阻抗谱的 Spectro™ 系列电池快速测试仪(由 Cadex 提供)率先使用 EIS 技术
准确性一直存在疑问,CCA 尤其难以验证,因为读数受 SoC、温度和其他因素的影响。图 2比较了在不同 SoC 上使用 AC 电导和 Spectro™ 技术获取的 CCA 读数。两个测量值都随着 SoC 的降低而下降;然而,Spectro™ 受到的影响小于交流电导。由于许多电池在汽车送修时徘徊在 70% 左右,因此两种方法之间的 CCA 读数看起来相似。
Spectro CA-12 在 100% 和 40%(红色)的 SoC 之间提供稳定的 CCA 读数;AC Conductance 的值随 SoC(蓝色)迅速下降。
图 3说明了 CCA 读数作为 SoC 和电池性能的函数。容量为 100% 的电池A的 CCA稳定下降到 10% 的 SoC;容量为 37% 的电池B 在 SoC 约为 40% 时开始显示不稳定;电池C的容量仅为 22%,结果不确定。该测试清楚地表明电池的健康状况会影响读数。好的电池可以提供准确度高的强烈症状;弱电池的读数混乱,结果不太一致。
电池状况决定准确性。电池A(100%)精确到10% SoC;电池 B (37%) 至 40% SoC。电池 C (22%) 提供不稳定的结果。
测试条件:电池以20A放电。使用 Spectro™ 每 10 分钟测量一次 CCA
没有单一的仪器可以评估所有的电池异常,快速测试只能提供粗略的估计。例如,电池中的微短路只能通过测量休息后的开路电压 (OCV) 或检查电解液的比重来识别。快速测试可能会通过电池测试,因为充电会掩盖异常。
所有测试方法都会遇到异常值。只有在出现强烈症状时才有可能获得可靠的结果。对于未格式化的电池和存储中的电池,这并不总是可行的。不存在理想的电池测试方法,但 EIS 具有超越其他技术的潜力。