Универсальное оборудование для испытаний химических источников тока

Опубликовано: 15 марта 2007 г. в 16:58, 383 просмотра Комментировать

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

Перспективы совершенствования промышленных аккумуляторных батарей
4 марта 2011 г. в 15:14
К промышленным аккумуляторам и батареям относят источники питания, используемые в стационарных системах бесперебойного и аварийного электроснабжения энергетики, телекоммуникаций, специальной связи и сигнализации, предприятий различных отраслей промышленности, жилых и общественных объектов.
Зависимость времени наработки на отказ электролитических конденсаторов от реальных условий их эксплуатации
29 декабря 2014 г. в 15:42
В статье рассматриваются вопросы, связанные с особенностями конструкции и применения электролитических конденсаторов различных типов, в частности приведена методика расчета времени наработки до отказа (MTTF) электролитических конденсаторов в зависимости от реальных условий их применения.
Диагностика кабельных линий: у ворот в новую эпоху
2 декабря 2013 г. в 14:35
Сегодня в России не существует практики непрерывной диагностики состояния высоковольтных кабельных систем.
Особенности выбора, эксплуатации и контроля технического состояния устройств защиты от импульсных перенапряжений
21 марта 2007 г. в 12:38
В настоящее время на отечественном рынке появился целый ряд компаний-поставщиков, предлагающих широкий ассортимент устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Это стало явно заметно по результатам прошедших за последние два года выставок.
ВЗЩА: большие перемены
27 октября 2014 г. в 14:31
​Сегодня отечественная электрохимическая энергетика, являясь одной из стратегически важных и наукоемких отраслей, переживает далеко не самые лучшие времена.

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

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