№5 / 2017 Статья 10 Сравнительное тестирование литий-тионилхлоридных батареек (Часть 4)

Сергей Миронов (КОМПЭЛ)

Действительно ли сравнительно дорогие, но широко используемые в промышленности литий-тионилхлоридные элементы питания стоят своих денег? Ответить на этот вопрос поможет тестирование элементов питания типоразмера АА семи различных производителей, проводимое инженерами компании КОМПЭЛ.

Ранее мы начали сравнительное тестирование литий-тионилхлоридных батареек разных производителей постоянными нагрузками 3,3 кОм при -20°C и 75 Ом в импульсном режиме 150 мс/1 мин. В последующих номерах журнала были представлены полученные на тот момент промежуточные результаты. В настоящее время эксперимент продолжается и есть некоторые дополнительные результаты, в основном, касающиеся первой части – данные при отрицательной температуре.

Напомним, мы взяли по две батарейки разных производителей: SAFT, EEMB, Varta, Minamoto, EVE, Robiton и Vitrocell. Один комплект образцов – по одной батарейке каждого производителя – мы тестируем постоянной нагрузкой 3,3 кОм при температуре -20°С. Второй комплект образцов тестируем в импульсном режиме нагрузкой 75 Ом длительностью 150 миллисекунд, 1 раз в минуту. Начало эксперимента – 27.02.2017 г.

В предыдущем номере журнала мы сообщили, что батарейка Minamoto была первой из тестируемых, которая выбыла из дальнейшего участия, проработав всего 1248 часов.

На момент этой заметки эксперимент продолжается уже 91 сутки, и за это время нас покинули еще две батарейки. Батарейка EVE показала пониженное напряжение 1,6 В 02.05.2017 г, а Robiton – напряжение 0,97 В 25.05.2017 г (рисунок 1). Тестирование этой части эксперимента продолжается с батарейками EEMB, SAFT, Tekcell, Varta.

Рис. 1. График напряжения тестируемых батареек

Рис. 1. График напряжения тестируемых батареек

Как мы сообщали ранее, те батарейки, которые «сели» при работе в отрицательной температуре, мы решили проверять при той же самой нагрузке, но в нормальных условиях. При этом батарейки Minamoto и EVE восстановились до значения 3,5 В и продолжают держать это напряжение при нагрузке 3,3 кОм, а батарейка Robiton так и не восстановилась (напряжение 0,44 В). Можно предположить, что батарейки Minamoto и EVE просто «замерзли», находясь длительное время при температуре -20°С, и не смогли отдать заявленную емкость, а теперь отдают ее при положительной температуре, в то время как батарейка Robiton полностью отработала свой ресурс в указанном температурном режиме. Поскольку в технической документации на батарейку Robiton мы не обнаружили график зависимости емкости от температуры, то мы не можем сказать о соответствии или несоответствии полученного результата заявленным данным.

Обладая необходимыми данными по разряду батареек, мы рассчитали примерную выработанную емкость на текущий момент времени (с учетом реального значения тока) в условиях пониженной температуры (таблица 1).

Таблица 1. Примерная выработанная емкость с учетом реального значения тока в условиях пониженной температуры

Производитель Выработанная емкость, мА*ч Емкость по даташиту, мА*ч (-20°C ) Отработанное время на текущий момент, ч
Varta 2200 2300 (при 4 мА) 2184 (работает)
Minamoto 1260 2150 1248
EEMB 2130 2150 2184 (работает)
EVE 1450 1800 (-30°С) 1632
Robiton 2100 Данных нет 2112
SAFT 2220 2100 2184 (работает)
Tekcell 2160 2250 2184 (работает)
Рис. 2. Зависимость емкости от разрядного тока батарейки Varta

Рис. 2. Зависимость емкости от разрядного тока батарейки Varta

Из таблицы 1 видно, что выбранные для эксперимента образцы Minamoto и EVE не смогли отдать заявленную емкость, причем разница оказалась очень велика. С другой стороны, эти батарейки продолжают работать в нормальных условиях. Видимо, лития и других компонентов в них содержится достаточно, но почему-то при нашем режиме тестирования эти батарейки не смогли выработать свой ресурс, как должны были бы по данным технической документации (рисунки 2…7).

В ходе эксперимента мы заметили, что напряжение на батарейках немного меняется при очередном измерении. Изменения могут достигать сотых и иногда десятых долей вольта, это видно и на графиках между 20.05 и 24.05 (рисунок 1). Тогда мы решили при каждом замере точно контролировать и температуру.

Рис. 3. Зависимость емкости от разрядного тока батарейки Minamoto

Рис. 3. Зависимость емкости от разрядного тока батарейки Minamoto

Выяснилось, что при имеющемся гистерезисе температуры в холодильной камере примерно в 3°C реальная температура колеблется между -18°C и -21°C, и если при очередном измерении температура имеет, например, значение -21°C, то напряжение на батарейке будет иметь пониженное значение по сравнению с напряжением при температуре -18°C. Причем чем ближе батарейка к моменту своего разряда, тем больше становились эти колебания напряжения (таблица 2). Наибольшую стабильность параметров и минимальную чувствительность к температуре демонстрирует батарейка SAFT, что неудивительно, учитывая качество продукции данного производителя и его опыт работы в области литиевых ХИТ.

Рис. 4. Зависимость емкости от разрядного тока батарейки EEMB

Рис. 4. Зависимость емкости от разрядного тока батарейки EEMB

Рис. 5. Зависимость емкости от разрядного тока батарейки EVE

Рис. 5. Зависимость емкости от разрядного тока батарейки EVE

Таблица 2. Влияние температуры на напряжение батареек

Дата Varta EEMB Robiton SAFT Tekcell Температура, °C
Напряжение на батарейке
19.05.2017 3,23 2,61 2,37 3,4 3,34 -20
22.05.2017 3,23 2,87 2,59 3,4 3,35 -19
23.05.2017 3,23 2,94 2,57 3,4 3,35 -18
24.05.2017 3,18 2,35 1,99 3,36 3,31 -21
25.05.2017 3,17 2,34 0,97 3,36 3,3 -21
26.05.2017 3,17 2,35 3,37 3,3 -21

 

Рис. 6. Зависимость емкости от разрядного тока батарейки SAFT

Рис. 6. Зависимость емкости от разрядного тока батарейки SAFT

Рис. 7. Зависимость емкости от разрядного тока батарейки Tekcell

Рис. 7. Зависимость емкости от разрядного тока батарейки Tekcell

Также при общении с производителями батареек подтвердился факт, что имеет место некоторая зависимость емкости батарейки от ее положения в пространстве. Максимальную емкость элемент имеет в вертикальном положении положительным полюсом вверх и минимальную – в противоположном расположении. Емкость элемента немного уменьшается при горизонтальном расположении. Как сильно параметр при этом меняется – неизвестно, но такая зависимость имеется. Объясняется это тем, что при вертикальном расположении положительным полюсом вниз (минимальная емкость) часть химического вещества может «сползти» вниз в имеющуюся пустоту в районе положительного полюса и не будет участвовать в химических реакциях. Поэтому, если требуется из элемента «выжать» все по максимуму, на это нужно обратить внимание и стараться расположить батарейку правильно.

По второй части эксперимента на данный момент ничего существенного не произошло. Все батарейки работают стабильно. Тестирование продолжается, и дальнейшие результаты будут опубликованы в следующем номере журнала.

Часть 1.

Часть 2.

Часть 3.

EEMB_Li_NE_05_17