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».
