Универсальное оборудование для испытаний химических источников тока

Опубликовано: 15 марта 2007 г. в 16:58, 428 просмотровКомментировать

В последние десятилетия спектр химических источников тока (ХИТ) для автономного электропитания разнообразных портативных устройств, специализированных и бытовых, существенно расширился как за счет появления источников тока новых электрохимических систем, так и благодаря расширению круга их производителей и номенклатурного ряда самих источников тока. Появление на российском рынке самой разнообразной мировой продукции привело к возникновению новой проблемы, которой не было во времена монопольного производства ХИТ на отечественных заводах.

Если раньше при выборе источников тока для вновь разрабатываемых устройств или замене их в сервисных службах можно было использовать знание о характеристиках и качестве продукции, стабильно производимой на немногочисленных отечественных заводах, то в настоящее время бурное развитие мировой аккумуляторной промышленности и предполагаемая доступность практически любой ее продукции позволяют выбирать такие источники тока, которые отвечают наибольшему количеству предъявляемых требований к энергоемкости, к более высоким удельным весовым и объемным характеристикам, к качеству и надежности.

Рисунок 1

В настоящей статье интерес сосредоточен на герметичных источниках тока малой и средней емкости, которые используются для переносной и портативной аппаратуры. Разработчик систем электропитания теперь может использовать кроме традиционных элементов с водным электролитом литиевые источники тока с большим сроком сохранности. К щелочным никель-кадмиевым аккумуляторам середины прошлого века добавились щелочные никель-металлгидридные. Были разработаны герметизированные свинцово-кислотные источники тока. В последние два десятилетия стали массово производиться литий-ионные аккумуляторы, непрерывная модернизация которых и разработка новых более энергоемких изделий значительно изменила общую картину рынка источников тока.

Понятно, что в процессе производства источников тока, а также при подборе их в батареи необходим определенный объем электрических испытаний. Испытания необходимы и разработчику систем автономного электропитания для осмысленного выбора источника тока какой-то определенной электрохимической системы и сравнения характеристик и качества продукции разных производителей. Новизна ситуации состоит в том, что современные химические источники тока разных систем требуют большого разнообразия программ испытаний. И в описанных выше случаях и многих других становится очевидной необходимость в производстве не специализированных устройств, а универсального оборудования, обеспечивающего облегченную перенастройку и сбор большого количества информации.

Современное испытательное оборудование должно обеспечивать:

  • возможность испытаний ХИТ разных электрохимических систем, элементов и аккумуляторов, при разных стратегиях их заряда и разряда;
  • реализацию всех известных способов контроля процессов заряда-разряда ХИТ;
  • проведение длительной программы испытаний без участия оператора;
  • высокую точность измерения электрических характеристик;
  • автоматизированный сбор и обработка больших объемов информации;
  • возможность создания больших комплексов;
  • автоматический контроль работы самой испытательной аппаратуры.

Этим требованиям в наибольшей степени отвечает компьютеризированное оборудование на основе современных микроконтроллеров и аналого-цифровых преобразователей, отвечающее высоким метрологическим требованиям.

В некоторых сервисных центрах использовалась слаботоковая аппаратура китайского производства или анализаторы канадских компаний Cadex Electronics Ink., Vencon Technologies Ink., LaMantia Products Ltd., которые имеют до 4 независимых каналов с токами, как правило, 2 А, наиболее мощные – до 5 А. Стоимость такого оборудования достаточно высока. Кроме того, увеличение энергоемкости современных ХИТ позволяет и требует использование оборудования с большими токами заряда и разряда.

До последнего времени такого отечественного оборудования не было.

Но в настоящее время на различных предприятиях российской аккумуляторной отрасли и в сервисных центрах используется оборудование, разработанное и производимое в ООО «Бустер СПб» (г. Санкт-Петербург). Некоторые из этих предприятий:

  • ФГУП «Уральский электрохимический комбинат»; НИАИ «Источник»;
  • ФГУП «НИИЭИ»; ФГУП «22 ЦНИИИ» МО РФ; Институт электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН; Институт неорганической химии СО РАН.

Это серия универсальных модульных зарядно-разрядных стендов для испытания источников тока с напряжением от 1 до 18 В. Диапазон рабочих токов базовой модификации от 0,02 до 5 А; другой, более мощной, – от 0,5 до 15 А (см. рис. 1 × 2).

Стенды испытательного оборудования имеют модульную структуру, а количество управляемых от одного компьютера модулей может быть доведено до 250. При этом каждый из модулей в стенде может работать по независимой программе испытаний.

Рисунок 2 

Разработанное оборудование позволяет проводить испытания ХИТ в режимах:

  • разряд постоянным током;
  • разряд на постоянное сопротивление;
  • заряд постоянным током при контроле времени, абсолютной величины напряжения, температуры и снижения напряжения в конце процесса (-ΔU);
  • непрерывное циклирование при разных режимах в каждом цикле;
  • ресурсные испытания щелочных источников тока в соответствии с ГОСТ РФ; 
  • измерение внутреннего сопротивления (по постоянному току);
  • измерение температуры на корпусе ХИТ;
  • комплектацию аккумуляторов в батареи по задаваемым параметрам;
  • исследование 3-х электродных систем;
  • заряд асимметричным током с изменяющимися по программе параметрами разнополярных импульсов.
  • Программное обеспечение работает под управлением операционной системы Windows (98/2000/XP). Оно обеспечивает:
  • задание режимов испытаний;
  • управление процессами испытаний;
  • текущий контроль напряжения, тока, температуры;
  • автоматический расчет емкости;
  • измерение внутреннего сопротивления ХИТ;
  • отображение результатов испытаний в процессе и после их завершения в табличной и графической формах;
  • сохранение протоколов испытаний в базу данных MS Access и таблицы MS Excel для дальнейшей обработки.

Высокая точность измерений тока (погрешность ±1%) и напряжения (погрешность ±0,5%) обеспечивается в оборудовании за счет разделения силовых и измерительных цепей от источников тока, индивидуальной калибровки каждого модуля и применения современных электронных элементов.

Предусмотрены постоянный контроль наличия контакта с источниками питания и световая индикация при его пропадании, проверка переполюсовки ХИТ, возможность продолжения испытаний после кратковременного пропадания напряжения питающей сети.

Рисунок 3

Изготавливаются как типовые модули, так и модифицированные в соответствии с требованиями заказчиков. Так для академических исследовательских институтов изготовлены слаботоковые (10 мкА –: 30 мА) модули для трехэлектродных систем, используемые при анализе работоспособности исследуемых электродов аккумулятора (см. рис. 3).

Компьютеризированный стенд для испытаний щелочных аккумуляторов, соединенных последовательно с индивидуальным контролем каждого аккумулятора и оборудования с высоким быстродействием для одновременного информационного контроля больших групп ХИТ позволяет существенно удешевить проведение испытаний аккумуляторов широко используемых типов для их подбора по количеству и проценту разброса разрядной емкости аккумуляторов в батареи.

Ю.И. БУБНОВ, генеральный директор,
К.А. МАТВЕЕВ, зам. директора,
А.А. ТАГАНОВА, научный консультант  к. т.н.
ООО «Бустер СПб».

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.