Сравнительное тестирование литий-тионилхлоридных батареек

15 марта 2017

Часть 1.

Широко используемые в промышленности литий-тионилхлоридные элементы питания идеально подходят для снабжения энергией устройств с небольшим энергопотреблением и длительным периодом работы. Рыночный разброс цен на них достаточно велик. Действительно ли дорогие батарейки стоят своих денег? Ответить на этот вопрос поможет тестирование элементов питания типоразмера АА семи различных производителей, проводимое инженерами компании КОМПЭЛ.

Во многих современных промышленных устройствах используются литиевые химические источники тока – литиевые гальванические элементы или батарейки. Указанный тип батареек широко применяется в приборах учета энергоресурсов, датчиках контроля с дистанционным сбором информации, автомобильных охранных системах, охранно-пожарных датчиках. Широкое применение объясняется превосходными энергетическими и эксплуатационными показателями по отношению к другим типам.

Среди литиевых источников тока наиболее популярными в промышленных устройствах являются элементы на основе электрохимической системы литий-тионилхлорид (Li-SOCl2). Они характеризуются максимальной удельной плотностью энергии, наиболее высоким напряжением, низким саморазрядом и, соответственно, самым длительным сроком хранения. Элементы этой группы с бобинной конструкцией элемента лучше всего подходят для устройств с небольшим потреблением энергии и длительным периодом работы (10…15 лет). Следует заметить, что по указанной электрохимической системе изготавливаются также и элементы с повышенными токами, но имеющие при этом меньшую емкость (спиральная конструкция).

На рынке присутствует достаточно много литий-тионилхлоридных элементов различных производителей с одинаковыми или близкими по значению параметрами, но различных по цене, причем, в некоторых случаях цена отличается в несколько раз. Логично предположить, что такое сильное ценовое различие не может быть объяснено только принадлежностью к тому или иному бренду, и, скорее всего, на него влияют какие-то технические или эксплуатационные аспекты.

Для оценки поведения в различных условиях эксплуатации и сравнения основных характеристик мы решили провести тестирование таких батареек. Для этого были приобретены литий-тионилхлоридные «пальчиковые» батарейки типоразмера АА европейских и азиатских производителей SAFT, EEMB, EVE, Minamoto, Varta, Vitzrocell (Tekcell), Robiton (рисунок 1). Основные параметры этих элементов из листа технических данных (даташитов) сведены в таблицу 1.

Рис. 1. Тестируемые батарейки

Таблица 1. Основные параметры гальванических элементов

При подготовке к тестированию мы столкнулись с некоторыми нюансами. У компании Robiton на батарейках не была указана дата производства (Datacode) и понять, когда они были изготовлены, не представляется возможным.

С батарейкой Tekcell ситуация еще интересней. Закупалась батарейка с наименованием SB-AA11. Элемент должен быть синего цвета, так как мы тестируем элементы бобинного типа, и именно синим цветом обозначаются элементы производителя Vitzrocell (Tekcell). По информации на чеке от торговой организации было наименование SB(W)-AA11, оболочка элемента имеет синий цвет, но на самом элементе написано SW-AA11, что обозначает маркировку спиральной конструкции (рисунок 2а). Батарейки между собой отличаются внутренней конструкцией (синяя – бобинная и зеленая – спиральная, рисунки 2б, 2в) и, соответственно, электрическими параметрами. Элементы серии SB предназначены для работы с небольшими токами, как и выбранные элементы других производителей, и имеют емкость 2500 мА•ч, а элементы серии SW предназначены для работы с повышенными токами и обладают меньшей емкостью (2000 мА•ч). Кстати, подобные сильноточные батарейки есть и у других рассматриваемых нами производителей. Но для данного эксперимента мы сознательно выбрали слаботочные элементы, имеющие максимальную емкость. В данном случае мы будем считать, что имеет место опечатка при производстве батарейки, однако такие оплошности среди серьезных производителей встречаются редко.

а)	б)	в)
Рис. 2. Внешний вид батареек Tekcell: а) SW-AA11 (закупленные), б) SW-AA11 (по даташиту), в) SB-AA11 (по даташиту)

Уточним, что у этого производителя были дополнительно проверены листы технических данных и информация на сайте о подобных батарейках других типоразмеров. Во всех документах значится, что синим цветом маркируются батарейки SB, а батарейки SW – зеленым. В итоге получается, что цвет и наименование нашего элемента не соответствуют указанной информации в листе технических данных производителя. Поэтому в действительности нам неизвестно, что мы закупили. Тем не менее, мы включим эту батарейку в тестирование и будем считать ее SB-AA11, а по результату теста попробуем определить, что же это на самом деле.

По данным таблицы 1 видно, что выбранные батарейки производителей EVE, Saft, Varta и Tekcell обладают несколько пониженным максимальным непрерывным током по отношению к производителям EEMB, Robiton и inamoto, но максимальный импульсный ток у них всех имеет сравнимое значение, за исключением Tekcell, импульсный ток которого самый низкий.

На фоне остальных батареек выделяется элемент производителя SAFT – единственное изделие с температурным диапазоном от -60°С и максимальным значением импульсного тока 250 мА. Кроме того, эта батарейка имеет самую большую емкость среди рассматриваемых при токе разряда 2 мА.

Суть проводимого эксперимента будет заключаться не в том, чтобы не перепроверять параметры даташита, а в опредении, какой элемент лучше в том или ином применении. Для этого все элементы поставим в одинаковые условия.

Эксперимент будет состоять из двух частей, которые будут проводиться одновременно. В первой части мы осуществим полный разряд на постоянное сопротивление 3,3 кОм при температуре -20°С в камере холода, а во второй – разрядим батарейки в импульсном режиме в нормальных температурных условиях (рисунок 3). Параметры импульсного режима выберем следующие: амплитуда импульса примерно 47 мА (нагрузочное сопротивление 75 Ом), длительность импульса 150 мс, период 1 минута.

Рис. 3. Установка для импульсного разряда батареек

Во всех режимах разрядный ток не превышает параметров, указанных в листе технических данных на батарейку. Ориентировочно данный эксперимент продлится около 2,5 месяцев для первой части и примерно 1,5 месяца для второй части.

В первой части эксперимента мы будем контролировать только напряжение под нагрузкой (разрядная кривая), а во второй – напряжение холостого хода, напряжение под нагрузкой, сможем рассчитать внутреннее сопротивление в данном режиме и построить его график.

Известно, что литий-тионилхлоридные элементы питания подвержены эффекту пассивации. Степень пассивации зависит от сроков и условий хранения. Из таблицы 1 видно, что у нас есть элементы 2015 и даже 2014 года выпуска. Поэтому перед началом эксперимента мы проверили батарейки на пассивацию, подключив к ним нагрузочное сопротивление 360 Ом (10 мА) и проконтролировав просадку напряжения. В результате проверки мы обнаружили, что ни у одного элемента напряжение не понизилось до значения менее чем 3,30 В (результаты приведены в таблице 2), поэтому можно считать, что депассивация (активация) выбранным батарейкам не требуется. Исходя из этого, можно сделать первый вывод, что все исследуемые батарейки разных производителей не имеют серьезных проблем с пассивацией, и их хранение сроком около полугода не критично.

Таблица 2. Напряжение на холостом ходу и под нагрузкой

О ходе и результатах эксперимента мы будем информировать вас в последующих выпусках журнала.

Часть 2.

Часть 3.

Часть 4. 

Часть 5. 

Часть 6.