Нові технології як виклик вимірювальному інструментарію

Посилання на сторінку сайту Магазину Gtest(R) з номенклатурою мультиметрів, а також рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти - наприкінці цієї Розділу

Тестування акумуляторів електромобілів – нова область проблем та викликів

При технологіях виробництва елементів акумуляторних батарей, модулів та самих акумуляторів електромобілів використовуються високоточні інструменти для тестування електричних сигналів та полів для надійного виявлення відхилень від встановлених стандартів. Виробники таких автомобілів покладаються на бюджетне випробувальне обладнання, щоб:

• На регулярній основі виявляти важкі електричні аномалії
• Мати можливість інтеграції різних вузлів та компонентів у складні автоматизовані системи
• Адаптації поточних технологічних процесів у міру ускладнення вимог до тестування ключових параметрів кінцевої продукції
• Виключення ситуацій простою виробництва з тих чи інших причин

Інженери-випробувачі перебувають у тісній співпраці з інженерами-дослідниками та розробниками, що дає можливість втілити в реальність новітні технології виробництва акумуляторів. Цілком логічно, що інженери найрізноманітнішого профілю довіряють приладам для вимірювань електричних і фізичних величин тільки від провідних світових виробників, зокрема Keithley, Siglent, OWON, UNI-Trend та ін., продукція яких здатна розширювати межі можливого.

Конструктивні особливості акумуляторів для електромобілів та критичні важливі випробування при їх виробництві

Класифікація акумуляторів за допомогою тестування напруги розімкнутого ланцюга (OCV)

Класифікація акумуляторів є найважливішим етапом за будь-якої технології їх виробництва, коли якість цієї продукції ставиться в основу. Вимірювання напруги розімкнутого ланцюга (OCV) використовуються для класифікації батарей наступним чином:

• Батареї класу А мають найтриваліший термін служби, нижчий внутрішній імпеданс та покращену загальну продуктивність. Використовуються у виробах високої потужності, таких як електромобілі.
• Батареї класу B мають меншу продуктивність та більш короткий термін служби. Використовується для енергозбереження.
• Батареї класу C мають найменшу продуктивність. Використовується для портативних пристроїв та програм

Виробникам життєво необхідно здійснювати сегрегацію акумуляторів найвищої якості від тих акумуляторів, які мають можливість присутності внутрішніх дефектів, таких як мікро замикання або забрудненість. OCV батареї можна відстежувати у певних часових інтервалах, щоб спостерігати тенденції її розряду та розраховувати на продуктивність. Цей процес може займати тижні для можливості відстеження змін OCV в десятки та сотні мікровольт.

DMM7510 від компанії від Keithley, а також аналоги від SIGLENT (SDM3065x) та OWON (xDM3051) (див. розділ сайту Gtest ™ розділ Високоточні мультиметри) - ідеальне рішення для тестування OCV у виробничому середовищі. Прилади мають 7,5-значну роздільну здатність вимірювання і чудову точність, що дозволяє вимірювати незначні величини напруги, відповідно швидше отримувати результати. Для високоємних та об'ємних додатків системний перемикач та мультиметр Keithley 3706A та його аналоги дозволяють використовувати до 576 двопровідних каналів в одному базовому блоці, розширюючи можливості тестування без шкоди для випробувального стенду.

Перевірка рівня виступів акумулятора та зварних швів шин проводів за допомогою вимірювання опору

Зварювання – елемент технологічного процесу в автоматизованих виробничих лініях, призначений для комутації висновків елементів з електродами, а також фінального з'єднання готових елементів для формування готового акумуляторного блоку. Великі акумуляторні блоки можуть мати від десятків до сотень зварних швів або з'єднань, що комутують вузли та елементи виробу з шинами.

Якісна зварна сполука генерує невеликий опір ланцюга, зазвичай лише рівня мікроом. Неякісні зварні шви або з'єднання можуть мати вимірювання в діапазоні міліом, що призводить до проблем з продуктивністю готового виробу, а також надмірного виділення тепла, яке може вивести значний тепловий відтік з-під контролю. практично неможливо.

Однак дефекти зварних швів можна швидко виявити у виробничих умовах за допомогою вимірювання опору цифровим прецизійним мультиметром, такого як системний перемикач і мультиметр Keithley 3706A, (або вже згадані його аналоги). Джерело струму, такий як Keithley 2460 SMU. SMU може забезпечувати прецизійний струм до 7 А, в той час, як цифровий мультиметр вимірює опір з'єднання з точністю до мікроом. Висока щільність комутації, властива мультиметру 3706A, дозволяє виконувати значно більше тестів зварних швів із меншою кількістю необхідних переробок у монтажі дротових ланцюгів.

Тестування параметрів навколишнього середовища та заходів безпеки з використанням реєстрації температурних величин

Екологічні випробування надзвичайно важливі для забезпечення того, щоб батареї витримували та якісно функціонували в екстремальних умовах їх експлуатації. Термічні випробування також є важливим елементом кваліфікації стандартів безпеки. Хоча температурні випробування сильно різняться в залежності від їх послідовності, моделі батареї, що тестується, і певних фізичних обмежень, проте, загальні вимірювання температури батарей включають:

• Внутрішня температура комірки або модуля за допомогою вбудованого датчика
• Зовнішня температура комірки чи модуля
• Моніторинг температури навколишнього середовища навколо вузла, що тестується, щоб зрозуміти причини і характеристики розсіювання тепла або перевірити параметри навколишнього середовища.
 

Оскільки продуктивність акумулятора залежить від температурних величин, то інженери-експлуатаційники вимірюють, документують, а в деяких випадках і розраховують характеристики акумуляторів під тестом, при цьому програмують акумулятори, що пройшли всі тести, в електромобілі відразу після їх (акумуляторів) установки. Певна величина температури є індикатором невідповідності елемента виробничим стандартам, відповідно виходу температури з-під контролю. 

Системний перемикач та мультиметр Keithley 3706A є інтелектуальним приладом із системою комутації високої щільності, що має до 576 2-провідних каналів на базовий блок. Конфігурацію перемикання можна налаштувати на рівень щільності з метою більшої кількості точок моніторингу або ж на прискорену перевірку температурних величин

Оцінка величини саморозряду акумуляторів за допомогою вимірювань напруги розімкнутого ланцюга (OCV)

Батареї мають тенденцію з часом розряджатися, будучи не підключеними, оскільки внутрішня хімічна реакція цих виробів повільно змінює напрямок протікання. Батареї з внутрішніми дефектами, такими як мікро короткі замикання, отвори в сепараторі та різного роду забруднення, з часом розряджаються значно швидше, ніж їх якісніші аналоги.

Це може призвести до зниження продуктивності таких акумуляторів, а також проблем з їх балансуванням у блоці або перевантаження комірки. Напруга т.зв. "Холостого ходу" (OCV) акумулятора можна використовувати для відстеження саморозряду, оскільки напруга холостого ходу зменшується при розряді акумулятора. Сегрегація справних батарей від дефектних перед їх поміщенням у транспортну упаковку може вимагати довгих тижнів моніторингу, оскільки зміни OCV можуть становити лише від десятків до сотень мікровольт.

Настільний прецизійний мультиметр DMM7510 від компанії Keithley (та їх аналоги) – ідеальне рішення для моніторингу OCV з метою вимірювання величини саморозряду. Роздільна здатність 7,5 цифр і чудова точність дозволяють вимірювати значно менші зміни напруги та швидше відстежувати тенденції різної спрямованості. Для додатків з великими обсягами завдань системний перемикач і мультиметр Keithley 3706A дозволяють використовувати до 576 двопровідних каналів в рамках одного базового блоку, тим самим розширюючи можливості процедур тестування без нанесення пошкоджень випробувальному стенду.

Форматування, старіння та циклічність роботи акумуляторів

Найбільш важливою частиною процесу виробництва акумуляторних елементів є стадії форматування та старіння, на основі яких в батареї встановлюються критично важливі для її (батареї) алгоритми протікання хімічних реакцій. Результати такого роду робіт безпосередньо впливають на продуктивність батареї у середньостроковій та довгостроковій перспективах. Після завершення процедур форматування здійснюються випробування щодо виявлення тих батарей, які змогли сформуватися відповідно до виробничими стандартами.

Форматування та зниження швидкості старіння вимагають багаторазової зарядки та розрядки акумулятора, причому з різною швидкістю. Циклічне перезаряджання батарей є найважливішим компонентом багатьох інших випробувань, включаючи подальше моделювання та визначення температурних характеристик.

Алгоритми випробувань сильно різняться залежно від хімічного складу акумуляторів, їх конструкції та, що особливо важливо, – профілів випробувань. Багато інших тестів вимагають циклічної зарядки/розрядки батарей, тому тестові рішення повинні бути максимально гнучкими.

Вимірювальні прилади або SMU компанії від Keithley, SIGLENT, OWON є зручним єдиним рішенням для зарядки та розрядки. SMU з графічним сенсорним екраном серії 2400, здатні з високою точністю генерувати постійний струм силою до 7 А. Ці SMU оснащені алгоритмами TSP®, що перетворює автоматизацію виробництва на простий та ефективний технологічний процес.

Забезпечення стандартів якості батарей через вимірювання внутрішнього опору постійного струму

Батареї з високим внутрішнім опором мають нижчу продуктивність, перегрів і, що особливо загрожує - високим ризиком збоїв, Внутрішній опір є покажчиком неправильної конфігурації міжфазного шару твердого електроліту (SEI), що асоціюється з якістю батареї.

Вимірювальні блоки (SMU) Keithley є єдиним рішенням для діагностики внутрішнього опору постійного струму. SMU з графічним сенсорним екраном серії 2400 здатні генерувати високоточну величину малого струму, тим самим вимірювати відповідну напругу розрахунку внутрішнього опору акумуляторів.

Перевірка якості контактів електродів шляхом вимірювання параметрів низького опору

Неякісний контакт між струмознімачом та матеріалом електрода, що обмотується на колектор, збільшує внутрішній опір акумулятора. Виявлення електродів низької якості на ранньому етапі виробництва заощаджує час та ресурси на пізніших етапах виробничого процесу.

Чутливі джерела струму Keithley серії 6200 у поєднанні з нановольтметром 2182A являють собою ідеальну комбінацію для прецизійних вимірювань параметрів низького опору на електродах. Низький опір вимірюється лише десятками нано ом, що забезпечує максимальну якість електрода.

Слідкуйте за якістю ізоляції батарей через вимірювання її (ізоляції) опору

Короткозамкнені акумулятори означають ризик небезпечних збоїв. Коротке замикання може статися всередині виробу, але існує також ризик зовнішнього короткого замикання при пошкодженні стандартного шару ізоляції або неправильному підключенні акумулятора до свого аналога. Перевірка заземлення осередків електродів та якості ізоляції будь-яких матеріалів, що піддаються впливу сили струму, може запобігти серйозному збою в середньостроковій та довгостроковій перспективі.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник мультиметрів до України: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry