Сравнение литиевых элементов Double C (CC) для зондов буровых установок ГНБ

Сравнение литиевых элементов Double C (CC) для зондов буровых установок ГНБ
На просторах обширной страны «ГНБ» витают совершенно разные отзывы о работе с литиевыми батареями. Если о батарее SuperCell производства EPS, США, слышал отзывы как о самой «долгоиграющей», то по другим батарейкам разброс мнений от крайне негативных до самых положительных.
21 Марта 2016

Кроме того, компания DCI, США, для питания своих новейших зондов рекомендует использовать тандемное включение литиевых элементов SAFT LSH 14 (что «противопоказано» другим типам зондов из-за удвоенного напряжения питания, то есть 7,2 вольта). Поэтому было принято решение протестировать литиевые элементы доступных торговых марок, рекомендованные к применению для зондов ГНБ, а заодно сравнить их со щелочными элементами и литиевыми аккумуляторами.

Знакомство с даташитами (техническими описаниями) на литиевые элементы разных производителей выявило их маленькую «хитрость» — все декларации о емкости элементов в ампер-часах (Ah) относятся к токам потребления 1-3 мА, что соответствует использованию в пожарно-охранных системах, но никак не в зондах.

При увеличении тока потребления емкость элементов снижается, у одних слабее, у других круче. Интересно, что это же явление имеет место быть и в щелочных элементах.

Опытное тестирование 10 разных батерей и аккумуляторов

В тестировании «участвовали» элементы следующих брендов:

  1. SUPER CELL;
  2. TWIN (параллельно соединенные два элемента LSH14);
  3. FANSO ER251020;
  4. ULTIMATE;
  5. POWER CELL;
  6. EXTENDED LIFE;
  7. VELOCITY;
  8. BLUE (нет названия, батарея в синей термоусадке).
SUPER CELL, TWIN, FANSO ER251020, ULTIMATE, POWER CELL, EXTENDED LIFE, VELOCITY, BLUE

Восемь литиевых батарей первого этапа испытаний: SUPER CELL, TWIN, FANSO ER251020, ULTIMATE, POWER CELL, EXTENDED LIFE, VELOCITY, BLUE (слева направо)

Во второй части тестирования были использованы:

  1. три сборки TWIN;
  2. элемент SAFT LSH 14;
  3. FANSO ER251020;
  4. ENERGIZER (два последовательно соединенных элемента LR14, как в зонде);
  5. аккумулятор TWIN LiION (два параллельно соединенных литиевых аккумулятора TF25500 с заявленной емкостью каждого 4 Ah);
  6. литиевый аккумулятор TF25500.
три сборки TWIN, SAFT LSH 14, FANSO ER251020, Energizer (x2), аккумулятор TF25500

Второй этап: три сборки TWIN, SAFT LSH 14, FANSO ER251020, Energize (x2), аккумулятор TF25500 (слева направо)

Больше элементов под рукой не оказалось! Для «чистоты эксперимента», нагрузкой каждого элемента был преобразователь напряжения, аналогичный применяемому в зондах для ГНБ. Особенностью такого использования элементов является постоянство «высасываемой» из них мощности внешней нагрузкой.

Восемь преобразователей напряжения с нагрузками, как в зондах ГНБ

Восемь преобразователей напряжения с нагрузками, как в зондах ГНБ

Этапы тестирования

На первом этапе тестирования мощность, отдаваемая элементом питания в нагрузку, составляла 0,36 Вт. Это соответствует примерно мощности, потребляемой зондом типа FX (DCI) в свободном пространстве (вне буровой головки) или зондом типа DX (DCI) в буровой головке.

На втором этапе мощность, отдаваемая элементом питания в нагрузку, составляла уже 0,43 Вт. Соответствовала примерно мощности, потребляемой зондом типа FX (DCI) в буровой головке.

Критерием полного истощения каждой из батарей являлось снижение напряжения под нагрузкой до минимального рабочего в зондах, то есть до двух вольт.

Нагрузка подключалась к батареям на полный рабочий день и отключалась на ночь. Фиксировалось напряжение на каждом элементе перед подключением нагрузки (холостой ход), через минуту после подключения нагрузки и в конце рабочего дня перед отключением нагрузки. Для расчета реальной емкости каждого элемента использовано усредненное напряжение на элементе за весь период тестирования до момента полного истощения батареи. На основании измеренных характеристик преобразователей напряжения (нагрузок) рассчитан средний ток потребления от каждого элемента (батареи) и простым перемножением времени наработки до истощения на средний ток определялась реальная емкость элемента (батареи).

Поставленной дополнительной сверхзадачей являлся вопрос, можно ли, проведя простые измерения, определить качество используемой литиевой батареи? Вопрос остался без ответа из-за недостатка статистики, хотя определенные выводы можно сделать.

Интересной особенностью литиевых элементов является изменение выходного напряжения в момент подключения нагрузки. На рисунке 1 показан характер изменения напряжения на литиевом элементе при подключении нагрузки (относится ко всем типам использованных элементов). Условно точка «1» обозначает напряжение на элементе без нагрузки, точка «2» — напряжение в момент подключения преобразователя (нагрузки) и точка «3» — напряжение на элементе под нагрузкой, но через 30-40 секунд от момента подключения нагрузки. Интересно то, что самое слабое изменение между напряжениями в точках «2» и «3» при первоначальном включении было у батареи SUPER CELL и самое сильное (без нагрузки 3,62 В, при подключении преобразователя 1,15 В и через минуту 3,12 В) было у BLUE (она и «загнулась» первой).

Изменение напряжения на литиевом элементе при подключении нагрузки

Рис. 1. Изменение напряжения на литиевом элементе при подключении нагрузки

Другой особенностью литиевых элементов является, хоть и незначительное, но повышение напряжения под нагрузкой к концу рабочего дня в первой половине всего цикла тестирования и такое же незначительное уменьшение напряжения во второй фазе цикла тестирования. В «полевых» условиях этот феномен сложно зафиксировать, поэтому считается, что литиевая батарея «держит» напряжение до полного истощения.

Результаты исследования сведены в таблицу

Все данные по полученным параметрам и условиям тестирования всех использованных элементов (батарей) сведены в таблицу, где приведены значения суммарной наработки в часах до полного истощения, средний ток потребления и среднее напряжение на каждом элементе (батарее) и расчетное значение емкости в ампер-часах для указанных рабочих значений тока.

Наименование элемента (батареи) Наработка до истощения в часах Средний ток за цикл тестирования, мА Среднее напряжение за цикл тестирования, В Расчетная емкость элемента (батареи), Ah
Первый этап тестирования
SUPER CELL 135 115 3,474 15,5
BLUE 85 117 3,315 9,59
VELOCITY 107 117 3,308 12,5
EXTENDED LIFE 114 116 3,378 13,2
POWER CELL 112 117 3,345 13,1
ULTIMATE 114 116 3,389 13,2
FANSO ER251020 84 116 3,398 9,7
TWIN 98 116 3,414 11,4
Второй этап тестирования
TWIN(2) 58 169 3,482 9,72
TWIN(3) 61 170 3,402 10,44
TWIN(4) 61 169 3,428 10,38
LSH 14 26 172 3,338 4,53
FANSO ER251020 (2) 61 171 3,374 10,45
ENERGIZER (x2) 27 207 2,467 5,6
TWIN LiION * (TF25500 x2) 40 163 3,675 6,53
TF25500 * 19 163 3,782 3,04

* - электроника литиевых аккумуляторов принудительно отключает нагрузку при снижении напряжения до 2,5 В. Аккумуляторы допускают до 500 циклов заряд-разряд.

Значения емкости элементов (батарей), приведенных в таблице, являются оценочными. Для строгого заключения не хватает статистических данных, так как налицо разброс параметров в разных испытаниях, например, у FANSO ER251020 и TWIN. Тем не менее, можно ожидать, что для зондов с током потребления порядка 100мА в буровой головке (например, для модернизированных FX12 или FX19) литиевые элементы типоразмера ER251020 (CC) будут реальными «сточасовыми» батарейками.

Отзывы о том, что батареи реально работают всего 4-5 часов, можно отнести на влияние каких-то других факторов. В частности, никто не исследовал вибрационную устойчивость литиевых элементов (в даташитах никаких упоминаний нет).

Например, три года назад под сомнение была поставлена вибрационная устойчивость щелочных элементов DURACELL (типоразмер С, общего применения). В зонде — при работе по скале, бетону или в галечнике — они теряли емкость за 15-20 минут. Потом, полежав, они восстанавливались, но работать в таком режиме с ними было невозможно.

Так может и у некоторых литиевых батареек такие же проблемы?

Смотрите другие статьи

Материал можно копировать и использовать на своих сайтах.
Обязательно указывайте активную ссылку на страницу источник с нашего сайта.


Наверх