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.
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.
В тестировании «участвовали» элементы следующих брендов:
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:
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
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).
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).
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.
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.
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?
Материал можно копировать и использовать на своих сайтах.
Обязательно указывайте активную ссылку на страницу источник с нашего сайта.