Номера

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

Главная / №6 Декабрь 2006 / Статьи и обзоры оборудования

Универсальное оборудование для испытаний химических источников тока

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.

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 и 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.

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.

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».