Новые технологии как вызов измерительному инструментарию

Ссылка на страничку сайта Магазина Gtest(R) с номенклатурой мультиметров, а также рекомендуемые приборы и статьи для дальнейшего самообразования - в самом конце этого Раздела

Тестирование аккумуляторов электромобилей – новая область проблем и вызовов

При технологиях производства элементов аккумуляторных батарей, модулей и самих аккумуляторов электромобилей используются высокоточные инструменты для тестирования электрических сигналов и полей в целях надежного выявления отклонений от установленных стандартов. Производители таких автомобилей полагаются на бюджетное испытательное оборудование, чтобы:

• На регулярной основе обнаруживать трудноуловимые электрические аномалии
• Иметь возможность интеграции различных узлов и компонентов в сложные автоматизированные системы
• Адаптации текущих технологических процессов по мере усложнения требований к тестированию ключных параметров конечной продукции
• Исключение ситуаций простоя производства по тем или иным причинам

Инженеры-испытатели пребывают в тесном сотрудничестве с инженерами исследователями и разработчиками, что даёт возможность воплотить в реальность новейшие технологии производства аккумуляторов. Вполне логично, что инженеры самого разного профиля доверяют приборам для измерений электрических и физических величин только от ведущих мировых производителей, в частности Keithley, Siglent, OWON, UNI-Trend и др.., продукция которых способна расширять границы кажущегося возможного.

Конструктивные особенности аккумуляторов для электромобилей и критические важные испытания при их производстве

Классификация аккумуляторов посредством тестирования напряжения разомкнутой цепи (OCV)

Классификация аккумуляторов является важнейшим этапом при любой технологии их производства, когда качество этой продукции ставится во главу угла. Измерения напряжения разомкнутой цепи (OCV) используются для классификации  батарей следующим образом:

• Батареи класса А имеют самый длительный срок службы, более низкий внутренний импеданс и улучшенную общую производительность. Используются в изделиях высокой мощности, таких как электромобили.
• Батареи класса B имеют меньшую производительность и более короткий срок службы. Используется для энергосбережения.
• Батареи класса C имеют наименьшую производительность. Используется для портативных устройств и приложений

Производителям жизненно необходимо осуществлять сегрегацию  аккумуляторов самого высокого качества от тех аккумуляторов, которые имеют вероятность присутствия внутренних дефектов, таких как микро замыкания или загрязнённости. OCV батареи можно отслеживать в определённых временных интервалах, чтобы наблюдать тенденции её разряда и рассчитывать производительность. Этот процесс может занимать недели для возможности отслеживания изменений OCV в десятки и сотни микровольт.

DMM7510 от компании от Keithley, а также аналоги от SIGLENT (SDM3065x) и OWON (xDM3051)  (см. раздел сайта Gtest ™ раздел Высокоточные мультиметры)— идеальное решение для тестирования OCV в производственной среде. Приборы имеют 7,5-значное разрешение измерения и превосходную точность, что позволяет измерять незначительные величины напряжения, соответственно быстрее получать результаты. Для высоко ёмких и объёмных приложений системный переключатель и мультиметр Keithley 3706A и его аналоги позволяют использовать до 576 двухпроводных каналов в одном базовом блоке, расширяя возможности тестирования без ущерба для испытательного стенда.

Проверка уровня выступов аккумулятора и сварных швов шин проводов посредством измерения сопротивления

Сварка – элемент технологического процесса в автоматизированных производственных линиях, предназначенная для коммутации выводов элементов с электродами, а также финального соединения готовых элементов для формирования уде готового аккумуляторного блока. Большие аккумуляторные блоки могут иметь от десятков до сотен сварных швов или соединений, коммутирующих узлы и  элементы изделия с шинами.

Качественное сварное соединение генерирует небольшое сопротивление цепи, обычно всего лишь уровня микроом. Некачественные сварные швы или соединения могут иметь измерения в диапазоне миллиом, что приводит к проблемам с производительностью готового изделия, а также избыточному выделению тепла, которое может вывести значительный тепловой отток из-под контроля.. Визуально же определить плохой сварной шов или наоборот – качественный, практически невозможно.

Однако дефекты сварных швов можно быстро выявить в производственных условиях с помощью измерения сопротивления прецизионным цифровым мультиметром, такого как системный переключатель и мультиметр Keithley 3706A, (или уже упомянутые его аналоги). Источник тока, такой как Keithley 2460 SMU. SMU может обеспечивать прецизионный ток до 7 А, в то время как цифровой мультиметр измеряет сопротивление соединения с точностью до микроом. Высокая плотность коммутации, присущая мультиметру 3706A, позволяет выполнять значительно больше тестов сварных швов с меньшим количеством необходимых переделок в монтаже проводных цепей.

Тестирование параметров окружающей среды и мер безопасности с использованием регистрации температурных величин

Экологические испытания чрезвычайно важны для обеспечения того, чтобы батареи выдерживали и качественно функционировали в экстремальных условиях  их эксплуатации. Термические испытания также являются важным элементом квалификации по стандартам безопасности. Хотя температурные испытания сильно различаются в зависимости от их последовательности, модели тестируемой батареи и определённых физических ограничений, тем не менее, общие измерения температуры батарей включают в себя:

• Внутренняя температура ячейки или модуля с посредством встроенного датчика
• Внешняя температура ячейки или модуля
• Мониторинг температуры окружающей среды вокруг тестируемого узла, чтобы понять причины и характеристики рассеивания тепла или проверить параметры окружающей среды.

Поскольку производительность аккумулятора зависит от температурных величин, то инженеры- эксплуатационники измеряют, документируют, а в некоторых случаях и рассчитывают характеристики аккумуляторов под тестом, при этом программируют прошедшие все тесты аккумуляторы в электромобиле сразу после их (аккумуляторов) установки. Определённая величина температуры также является индикатором несоответствия  элемента производственным стандартам, соответственно выхода температуры из-под контроля.

Системный переключатель и мультиметр Keithley 3706A является интеллектуальным прибором с системой коммутации высокой плотности, имеющей до 576 2-проводных каналов на базовый блок. Конфигурацию переключения можно настроить на уровень плотности в целях  большего количества точек мониторинга или же на ускоренную проверки температурных величин.

Оценка величины саморазряда аккумуляторов посредством измерений напряжения разомкнутой цепи (OCV)

Батареи имеют тенденцию со временем разряжаться, будучи не подключенными, поскольку внутренняя химическая реакция этих изделий медленно изменяет направление протекания.. В идеале этот внутренний ток саморазряда должен быть чрезвычайно мал, поэтому батарея способна дольше удерживать заряд. Батареи с внутренними дефектами, такими как микро короткие замыкания, отверстия в сепараторе и разного рода загрязнения, со временем разряжаются существенно быстрее, чем их более качественные аналоги.

Это может привести к снижению производительности таких аккумуляторов, а  также проблемам с их балансировкой в блоке или к перегрузке ячейки. Напряжение т.н. «холостого хода» (OCV) аккумулятора можно использовать для отслеживания саморазряда, поскольку напряжение холостого хода уменьшается при разряде аккумулятора. Сегрегация исправных батарей от дефектных перед их помещением в транспортную упаковку может потребовать  долгих недель мониторинга, поскольку изменения OCV могут составлять всего от десятков до сотен микровольт.

Настольный прецизионный мультиметр DMM7510 от компании Keithley (и их аналоги) — идеальное решение для мониторинга OCV с целью измерения величины саморазряда. Разрешение 7,5 цифр и превосходная точность позволяют измерять значительно меньшие изменения напряжения и быстрее отслеживать тенденции различной направленности. Для приложений с большими объемами задач, системный переключатель и мультиметр Keithley 3706A позволяют использовать до 576 двухпроводных каналов в рамках одного базового блока, тем самым расширяя возможности процедур тестирования без нанесения повреждений испытательному стенду.

Форматирование, устаревание и цикличность работы аккумуляторов

Наиболее важной частью процесса производства аккумуляторных элементов являются стадии форматирования и устаревания, на основе которых в батарее устанавливаются критически важные для её (батареи) алгоритмы протекания химических реакций. Результаты такого рода работ напрямую влияют на производительность батареи в среднесрочной и долгосрочной перспективах.  После завершения процедур форматирования осуществляются испытания на предмет выявления тех батарей, которые не смогли сформироваться в соответствии с производственными стандартами.

Форматирование и снижение скорости устаревания требуют многократной зарядки и разрядки аккумулятора, причём с различной скоростью. Циклическая перезарядка батарей является важнейшим компонентом многих других испытаний, включая последующее моделирование и определение температурных характеристик.

Алгоритмы испытаний сильно различаются в зависимости от химического состава аккумуляторов, их конструкции и, что особенно важно, -  профилей испытаний. Множество  иного рода тестов требуют циклической зарядки/разрядки батарей, поэтому тестовые решения должны быть максимально гибкими.

Измерительные приборы или SMU компании от Keithley, SIGLENT, OWON представляют собой удобное единое решение для зарядки и разрядки. SMU с графическим сенсорным экраном серии 2400, способные  с высокой точностью генерировать постоянный ток силой до 7 А. Эти SMU оснащены алгоритмами TSP®, что превращает автоматизацию производства  в простой и эффективный технологический процесс.

Обеспечение стандартов качества батарей посредством измерений внутреннего сопротивления постоянного тока

Батареи с высоким внутренним сопротивлением обладают более низкой производительностью, перегревом и, что особенно чревато - высоким риском сбоев, Внутреннее сопротивление является указателем неправильной конфигурации межфазного слоя твердого электролита (SEI), что ассоциируется с качеством батареи.

Измерительные блоки (SMU) Keithley представляют собой единое решение для диагностики внутреннего сопротивления постоянного тока. SMU с графическим сенсорным экраном серии 2400 способны генерировать высокоточную величину малого тока, тем самым измерять соответствующее напряжение для расчета внутреннего сопротивления аккумуляторов.

Проверка качества контактов электродов посредством  измерений параметров низкого сопротивления

Некачественный контакт между токосъемником и материалом электрода, который обматывается на коллектор, увеличивает внутреннее сопротивление аккумулятора. Выявление электродов низкого качества на раннем этапе производства экономит время и ресурсы на более поздних этапах производственного процесса.

Чувствительные источники тока Keithley серии 6200 в сочетании с нано вольтметром 2182A представляют собой идеальную комбинацию для прецизионных измерений параметров низкого сопротивления на электродах. Низкое сопротивление измеряется всего лишь десятками нано ом, что обеспечивает максимальное качество электрода.

Следите за качеством изоляции батарей через измерения её (изоляции) сопротивления

Короткозамкнутые аккумуляторы означают риск опасных сбоев. Короткое замыкание может произойти внутри изделия, но существует также и риск внешнего короткого замыкания при повреждении стандартного слоя изоляции или неправильном подключении аккумулятора к своему аналогу. Проверка заземления ячеек электродов и качества изоляции любых материалов, подвергающихся воздействию силы тока, может предотвратить серьезный сбой в среднесрочной и долгосрочной перспективе.

Магазин Gtest® - авторизованный поставщик мультиметров в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry