索尔·雅各布斯
副总裁兼总经理
Tadiran电池
并不是所有的电池都是一样的。然而,由于短期测试通常无法复制实际的长期性能,因此区分优质电池可能很困难。
延长电池工作寿命对于降低远程无线设备的总拥有成本至关重要,尤其是那些部署在偏远地区和极端环境中的设备,在这些环境中,更换电池的费用远远超过电池本身的成本。
20世纪80年代中期制造的AMR/AMI仪表发射机(mtu)证明,线筒式亚硫酰氯锂(lisisosl2)电池的电池寿命可达40年。在经过28年的运行测试后升级的旧电池显示,即使在该领域使用了近30年,仍有大量未使用的容量。
水和天然气公用事业公司依赖这些独特的长寿命锂电池来确保强大的网络可靠性,因为任何大规模的电池故障都会扰乱客户每月的计费周期,并使远程切断和连接功能失效。出于对这种最坏情况的担忧,马萨诸塞州斯普林菲尔德市的官员每年投资数百万美元更换数万块性能完美的电表电池,只是为了避免潜在的“混乱”,以免淹没城市资源。
对超长寿命电池的需求横跨所有行业,包括制造、分销、运输/物流、基础设施、能源生产、环境监测、医疗保健、智能计量、过程控制、资产跟踪、安全系统、机器对机器(M2M)以及系统控制和数据自动化(SCADA)等等。
长期电池测试的挑战。
试图通过短期测试来预测电池的长寿命性能,可能会导致错误和误导性的结果,因为这会迫使这些电池以从未想过的方式运行。
例如,线筒式lisisocl2电池被设计成吸收少量的平均电流(微安)。引入高速率电流会抵消钝化效应:这是一种自然发生的现象,锂表面会形成一层薄薄的薄膜,以防止锂阳极和亚硫酰氯直接接触,从而防止电池自放电。每当电池失去活性时,钝化层就会发生改变。短期测试防止钝化,从而导致不可靠的测试结果。
钝化层必须设计成有足够的防止自放电,但仍允许适当的功率输出。钝化层太厚会使电池无法工作。
以下是评估电池长期性能的五种方法:
1.长期测试-在不同负载和测试剖面下持续测试不同年龄的电池,可获得有价值的长期数据。
2.加速试验——阿伦尼乌斯试验通常导致反应速率每升高10°C增加两倍。阿伦尼乌斯试验应在72°C下进行(与22°C下操作相比,相当于32个寿命),必须正确解释,因为过度钝化的劣质细胞可能会显示假阳性结果。
在进行测试之前,细胞应储存在72°C,同时在72°C储存期间也应测试细胞。然后在72°C下测试电池一(1)个月,并在一(1)个月后吸取足够的电流使电池完全耗尽。同样的测试在两(2)个月后执行,可用容量在两(2)个月后耗尽。类似的测试分别在3、4、5和6个月、1年和90个月后运行。
经过一到两个月的测试,一个Tadiran XOL电池将表现出非常低的容量输出,因为它的设计不是那么快耗尽,因为锂电池可以提供高使用率或低自放电率,而不是两者兼有。相比之下,Tadiran IXTRA电池和某些竞争对手在如此快速的放电速率下将表现出更高的可用容量,然而,它们的自放电率将在其他测试中更高。
在72°C进行三个月的测试(相当于在22°C运行8年)后,由于自放电较低,优质电池将开始表现出更高的可用容量。这种测试进行的时间越长,优质和劣质电池之间的差异就会变得更加明显,这是由制造方法、原材料的质量和纯度以及有效应用钝化效果的能力造成的。线轴型liisocl2细胞在72°C下可以存活阿伦尼乌斯测试90个月,相当于连续运行数百年。
3.量热计测试-量热计测量由自放电引起的电池周围液体的温升。在进行量热计测试之前,电池应稳定一年,以确保可靠的结果。
4.锂滴定法-在历史数据不常见的情况下(例如极端温度,长时间的大电流脉冲,短寿命应用等),滴定法可用于测量阳极中剩余的锂量。在高温和不同放电电流下操作几个月后,细胞被解剖。自放电率越高,留在电池中的锂就越少。
5.现场结果-Tadiran从几乎所有产品应用中接收客户提供的样品,然后进行锂滴定和其他测试,以测量现场电池性能。另一个有用的工具是测量数十亿个设备运行小时中的FITs(故障时间)数量。Tadiran电池平均在5到20个fit之间,这是非常低的。
在相互竞争的电池上进行可比测试形成了一个有用的比较基础。测试应在一年后开始,以确保所有电池都得到适当的稳定,以限制电解液中任何杂质的影响。
几十年来,Tadiran一直在测试与之竞争的筒子型LiSOCl₂电池,测量OC电压、负载电压以及不同温度和负载大小下的自放电率等关键变量。Tadiran拥有超过100,000个应用测试点,相当于实验室中超过10,000年的运行时间,通过将这些测试结果与实际现场数据进行反复检查,可以根据特定应用需求生成高度准确的预测模型。
线筒式锂锂电池的性能并不相同。例如,一个优质电池的自放电率每年仅为0.7%,40年后仍能保持其可用容量的70%以上。相比之下,劣质电池的年自放电率高达3%,每10年消耗30%的可用容量,使电池寿命不可能达到40年。
指定优质电池可以降低长期拥有成本,这对于部署在远程站点和极端环境中的无线设备尤其重要。
Tadiran
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