Тестирование литиевых батареек Fanso в нормальных условиях. Часть 1

5 июня 2019

Сергей Миронов (КОМПЭЛ)

Компания КОМПЭЛ начинает полугодовой тест на постоянный разряд в нормальных условиях четырех наиболее популярных моделей литий-тионилхлоридных и литий-диоксидмарганцевых батареек Fanso.

В таких промышленных устройствах как приборы учета ресурсов, датчики охранно-пожарной сигнализации, автомобильные системы охраны и прочее широко используются гальванические элементы – батарейки. В основном, благодаря высокой удельной энергоемкости, длительному сроку хранения и широкому температурному диапазону, применяются химические источники тока на основе лития (ЛХИТ).

Несколько лет назад на европейском, а чуть позже – на российском рынке литиевых химических источников тока появился новый бренд Fanso, производитель ЛХИТ высокого качества по доступной стоимости, входящий в группу компаний EVE Energy. EVE – один из мировых лидеров в области производства литиевых источников тока.

Fanso изготавливает батарейки двух наиболее популярных электрохимических систем: литий-тионилхлоридной (Li-SOCl₂) с напряжением 3,6 В и литий-диоксидмарганцевой (Li-MnO₂) с напряжением 3,0 В. Кроме того, батарейки указанных систем изготавливаются в двух вариантах: бобинного и спирального типа. Батарейки бобинного типа обладают максимальной плотностью энергии и предназначены для небольших токов разряда (до нескольких десятков мА), а батарейки спирального типа характеризуются немного меньшей плотностью энергии, но способны работать при повышенных токах (до нескольких сотен мА). Каждая из указанных электрохимических систем обладает своими особенностями. Например, у литий-тионилхлоридных батареек – самое высокое напряжение и плотность энергии, но они работают при относительно небольших токах разряда и подвержены эффекту пассивации. Литий-диоксидмарганцевые источники тока имеют немного меньшие значения напряжения и плотности энергии, но гораздо лучше чем литий-тионилхлоридные “чувствуют себя” при работе на повышенных токах (в сотни мА) или в импульсном режиме (до нескольких А), при этом у них отсутствует эффект пассивации. Также имеются отличия и в температурном диапазоне, например, у Li-SOCl₂ он составляет -55/60…85ºС, а Li-MnO₂ работоспособны в диапазоне -40…85ºС.

Перед разработчиком устройства, в котором предполагается использование батарейки, всегда стоит задача выбора того или иного бренда. Конечно, наиболее объективный результат по качеству можно получить при реальном тестировании в режиме работы самого устройства. Но провести полноценное тестирование зачастую бывает сложно ввиду длительности такого эксперимента. Можно провести и ускоренный тест (несколько недель), но полученный результат будет малоинформативным, поскольку параметры ЛХИТ очень сильно зависят от режима работы.

Для того чтобы у разработчиков была некоторая информация о реальных значениях основных параметров ЛХИТ, мы решили провести серию из трех тестов батареек Fanso:

• теста на постоянный разряд в нормальных климатических условиях;
• теста на постоянный разряд в условиях пониженной температуры;
• теста в импульсном режиме работы в нормальных условиях.

Первый тест на постоянный разряд в нормальных условиях мы решили ограничить длительностью примерно 6 месяцев. Выбор такой длительности обусловлен тем, что он входит в разрядные графики, имеющиеся в технических данных (Datasheets), и полученный результат можно будет с ними соотнести. С другой стороны, этот тест уже не считается ускоренным, выбранный разрядный ток входит в диапазон рабочего тока и не повлияет на параметры батарейки.

Для теста мы выбрали наиболее популярные батарейки типоразмера АА, изготовленные по двум электрохимическим системам, и CR123. В эксперименте участвуют (рисунок 1):

• ER14505M/S – Li-SOCl₂,3,6 В, спиральная конструкция (рисунок 1а);
• CR14505E/P – Li-MnO₂, 3,0 В, спиральная конструкция (рисунок 1б);
• ER14505H/S – Li-SOCl₂, 3,6 В, бобинная конструкция (рисунок 1в)
• CR123A/S – Li-MnO₂, 3,0 В, спиральная конструкция (рисунок 1г)

Рис. 1. Литиевые батарейки Fanso, участвующие в эксперименте

Мы будем разряжать данные батарейки на постоянное сопротивление (таблица 1) и контролировать напряжение с помощью собранного тестового стенда (рисунок 2). Данный стенд с помощью АЦП в непрерывном режиме (один раз в пять минут) контролирует напряжение на нагрузке и через модуль сбора данных записывает данные на SD-карту (напряжение измеряется в мВ). Стенд питается через ИБП, и к нему можно подключаться по интерфейсу RS-485 для оперативного контроля. Полученные данные позволят построить разрядные кривые и рассчитать емкость батареек в указанном режиме работы.

Рис. 2. Стенд для тестирования батареек

Таблица 1. Нагрузочные сопротивления батареек

Поскольку батарейки, которые мы выбрали для эксперимента, были изготовлены в 2018 году (таблица 1), то перед началом теста мы проверили литий-тионилхлоридные батарейки на пассивацию током 20 мА для элементов №1.1 и №1.2 (рисунок 3) и 10 мА – для элементов №3.1 и №3.2 (рисунок 4). На всех элементах напряжение оказалось выше 3,2 В, следовательно – по условиям производителя депассивация не требуется, что в данном случае является очень хорошим показателем.

Рис. 3. Напряжение на батарейках ER14505M/S (№1.1 и №1.2)

Рис. 4. Напряжение на батарейках ER14505H/S (№3.1 и №3.2)

Тест мы начали 19 апреля 2019 года. По данному тесту предполагается сделать два среза. Первые промежуточные результаты будут представлены примерно через 2-3 месяца, а следующие данные – по окончании эксперимента.

Опубликованные части

1. Тестирование литиевых батареек Fanso в нормальных условиях. Часть 2
2. Тестирование литиевых батареек Fanso в нормальных условиях. Часть 3

Дополнительные материалы

1. 1. Вебинар «Литиевые ХИТы FANSO или что нужно знать инженеру о батарейках»
   2. Литиевые батарейки Fanso для промышленного применения: устойчивость к высоким температурам
   3. CR123A – мощная литиевая батарейка от FANSO
   4. Fanso и счетчики: применение литиевых батареек в электронных приборах учета энергоресурсов
   5. Литиевые батарейки Fanso в беспроводных датчиках пожарно-охранной сигнализации
   6. CR2032PH — батарейка повышенной емкости от Fanso
   7. Новые батарейки FANSO в корпусе «таблетка»
   8. CR2032PH — батарейка повышенной емкости от Fanso
   9. Новые батарейки FANSO в корпусе «таблетка»