Prevenire i guasti della batteria

Battery burnLe batterie ricaricabili sono utilizzate oggi in molte applicazioni che vanno dall'alimentazione di cellulari personali all'alimentazione di backup per apparecchiature di telecomunicazione e industriali.
I guasti della batteria possono comportare problemi di sicurezza e portare al guasto di apparecchiature critiche.
Esempi noti sono il Samsung Galaxy note 7 e il Boeing 787 Dreamliner, tuttavia molti incidenti simili si sono verificati in vari settori.
Secondo il database delle modalità di guasto, la probabilità che un guasto della batteria sia dovuto a un cortocircuito è 2.9% e la probabilità di guasto dovuto all'espansione della batteria è 3.1%. Queste modalità di guasto possono potenzialmente causare un'esplosione.
Pertanto, è importante installare e maneggiare le batterie secondo le raccomandazioni del produttore.
Sfortunatamente, possono verificarsi guasti spuri anche se le batterie sono installate correttamente. Ciò solleva la domanda:

 

Come calcolare il tasso di guasto della batteria?

Calcolare il tasso di guasto della batteria non è semplice come calcolare il tasso di guasto del resistore. Mentre si presume che le apparecchiature elettroniche standard abbiano un tasso di guasto costante, è noto che le batterie invecchiano. Ciò significa che il tasso di errore aumenta con il tempo. Una distribuzione Weibull viene solitamente utilizzata per modellare l'invecchiamento della batteria.

Esempio:

Si consideri una batteria con parametro di forma Weibull β=5 e MTBF=100.000 ore di funzionamento.
Il tasso di guasto segue la seguente curva:

Battery failure rate example

Come ridurre il tasso di guasto della batteria?

Per mantenere il tasso di guasto sufficientemente basso, si consiglia la sostituzione periodica della batteria. Ad esempio, sostituire la batteria ogni 20.000 ore. La seguente curva presenta il tasso di guasto con sostituzione periodica della batteria:

Battery maintenance - periodic replacement

Il tasso di guasto costante effettivo che fornisce la stessa probabilità di guasto del caso precedente dopo 20.000 ore è 1,044e-8 (1/ora) e l'MTBF effettivo è 95.778.382 ore, ovvero l'MTBF è aumentato di un fattore di 957,783!

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