Trend ochrany klímy prostredníctvom "udržateľných riešení", ktoré znižujú emisie CO2, podporuje technológie, ako sú vysokokapacitné/vysokoenergetické batérie alebo palivové články na báze H2 ako hlavné zdroje mobilnej energie. Odklon od spaľovacích motorov si vyžaduje aj nové myslenie v oblasti testovania a merania vrátane nových bezpečnostných koncepcií, nových testovacích prostredí, nových typov senzorov a meracích technológií a prispôsobenej analýzy údajov.
Nové technológie pohonu - nové požiadavky na testovanie
Pri hľadaní trvalo udržateľnej, ekologickej mobility sa spoločnosť HBK čoskoro stretla s výzvami pri vývoji a testovaní mobilných zásobníkov energie pre vozidlá. Ako líder na trhu v oblasti testovania a merania, testovania elektrických parametrov, testovania zvuku a vibrácií a testovania životného prostredia získala spoločnosť HBK včasný prehľad o mnohých požiadavkách a potrebách priemyselných odvetví, ako je vývoj automobilov a úžitkových vozidiel, pokiaľ ide o overovanie inovatívnych koncepcií skladovania energie a celkových koncepcií NEV.
Batérie s napätím až do 1 000 V v moderných vozidlách si vyžadujú obrovský rozsah testov, ktoré sú rozšírené o špeciálne bezpečnostné opatrenia pri manipulácii s nebezpečným elektrickým napätím a lítiom ako základnými prvkami elektrochemického procesu. HBK pokrýva v rámci testov väčšinu meraných veličín:
- Elektrické napätie, prúd a výkon na analýzu účinnosti a výkonu celého pohonného ústrojenstva.
- Bezpečnostné skratové testy a optimalizované testy nabíjania.
- Sila, ťah, tlak a hmotnosť na analýzu mechanickej odolnosti.
- Teplota, prietok a tlak pre analýzu tepelného odporu.
Testovanie spaľovacieho motora zahŕňa až 300 bodov merania teploty a vysoko dynamické merania krútiaceho momentu, otáčok a tlaku. S integráciou batérií a palivových článkov sa počet meracích kanálov posúva smerom k akumulácii energie ako najväčšej súčasti moderného pohonného ústrojenstva.
Prečo meranie a analýza údajov?
V dnešných riešeniach elektrifikovaných pohonných jednotiek sa všetky aspekty od jednočlánkových batérií až po batériové balíky pokrývajú virtuálnym (simulácia) a fyzickým testovaním s nasledujúcim typickým rozsahom:
- Dlhodobé testovanie spoľahlivosti batérií so zameraním na cykly vybíjania/nabíjania (pomalé, rýchle), samovybíjanie vrátane merania napätia a teploty jednotlivých článkov a celkovej analýzy výkonu.
- Dynamické testovanie so zameraním na výkon, účinnosť a spätnú väzbu počas zotavovania.
- Environmentálne testovanie, pri ktorom sa na vibračných systémoch LDS vykonávajú profily mechanického zaťaženia špecifické pre danú aplikáciu v kombinácii s cyklickým zvyšovaním a znižovaním teploty v klimatickej komore.
- Testovanie zneužitia a nárazu (preťaženie, skrat, prehriatie, mechanické namáhanie, porucha).
- Skúšky integrity konštrukcie, počnúc skúškami mobilných vozidiel na získavanie údajov o zaťažení vozovky (RLDA), letné/horúce, zimné/chladné skúšky s prechodnými javmi.
Testovanie konštrukcie batérie
Batérie sú jedným z najväčších a najťažších komponentov moderných elektrických vozidiel. Celková ľahká konštrukcia a flexibilné balenie batérií musia byť vyvážené. Optimálna hmotnosť, odolnosť konštrukcie a celkový odhad životného cyklu sú kľúčové parametre, ktoré je potrebné overiť pred začatím výroby. Spoločnosť HBK je jedným z popredných dodávateľov kompletných meracích reťazcov nielen na meranie a fyzické testovanie konštrukčnej odolnosti, ale aj na virtuálne testovanie konštrukčnej odolnosti a odhad životnosti.
Test skratu pyrotechnickej poistky batérie
Kvalifikácia vysokovýkonných ističov trakčných batérií a pyrofúznych poistiek si vyžaduje schopnosť merať prúdy v rozsahu niekoľkých kiloampérov s extrémne vysokou frekvenciou vzorkovania na zachytenie špičkového prúdu. Vyžaduje si tiež schopnosť merať prúdy v rozsahu niekoľkých ampérov presne a s vysokou dynamikou. A vzhľadom na vysoké napätia, vysoké prúdy a extrémne rýchle dynamické udalosti kladie vysoké nároky na použitý systém DAQ, pokiaľ ide o odolnosť voči EMI, prepäťovú ochranu a izoláciu. Jedným zo spôsobov vykonávania skratových testov je použitie nelineárnych snímačov prúdu a Vysokorýchlostné záznamníky údajov Genesis.
Testovanie puzdier článkov: mechanické testovanie batérií
Snímače sily vám môžu pomôcť pochopiť, ako rýchlo sa kapacita batérie znižuje, pretože sa dajú použiť na vyhodnotenie zaťaženia článkov batérie počas cyklov nabíjania/vybíjania.
Pri takzvanom teste puzdra článku sa pomocou snímača sily meria mechanické napätie, ktoré vzniká vo vnútri batérie pri rôznych podmienkach nabíjania. Toto namáhanie je dôležité pre výkon batérie, pretože môže viesť k strate kapacity alebo v extrémnych situáciách k úplnému zlyhaniu batérie.
Zoznámte sa s najdôležitejšími vlastnosťami snímačov sily na mechanické testovanie batérií.
Elektrická kvalifikácia a overovanie v podmienkach dynamického zaťaženia
Kvalifikácia a overenie týchto systémov je nevyhnutné pred uvedením trakčnej batérie na trh. Vhodná skúšobná stolica musí pokrývať vysoký rozsah napätia a prúdu, ako aj vysokú dynamiku a mala by byť schopná vykonávať potrebné testy čo najreálnejším a aplikačne orientovaným spôsobom. Na tento účel musia byť meracie techniky vysoko presné a dynamické.
Ako sa to dá dosiahnuť a ako môže pomôcť vybavenie HBK, sa dozviete tu.
Tepelný manažment batérie
Batérie sú základom a najväčším komponentom moderného batériového elektrického vozidla (BEV) alebo nového elektrického vozidla (NEV). Ide o nájdenie a overenie optimálnych kľúčových parametrov celej zostavy.
Obmedzený výkon lítium-iónových batérií pri extrémnych teplotách zvyšuje zložitosť systémov tepelného manažmentu s podpornými pomocnými jednotkami a vzduchovými chladiacimi cestami. Nadmerne vysoké teploty môžu viesť k samodeštrukcii a dokonca k požiaru (tepelnému úniku). Rozsiahle testovanie, a najmä tepelné overovanie, je preto v celkovej testovacej zostave nevyhnutné.
Prevádzková bezpečnosť je jednou z najdôležitejších požiadaviek. Očakávania týkajúce sa životnosti sa pohybujú v rozmedzí minimálne 10 rokov, 450 000 kilometrov alebo cieľového času nabíjania päť minút v prípade supernabíjačiek. Dôležitými otázkami sú aj opätovné použitie batérie a druhá životnosť.
Tepelné riadenie životnosti batérie má zásadný význam pre parametre, ako je rýchlosť, bezpečnosť, náklady a mnohé ďalšie. Tepelná analýza si preto vyžaduje početné miesta merania teploty s najvyššími požiadavkami: malé meracie miesta, maximálna bezpečnosť s dvojitou izoláciou snímacích vedení, elektricky izolované kanály...
Tepelná analýza vysokonapäťových batérií
Počítačová tepelná simulácia pomocou modelov CFD (Computational Fluid Dynamics) je dôležitým krokom k optimálnemu návrhu systému. Stále je však potrebné vykonať fyzické testovanie, pretože simulácia nemôže pokryť všetky architektúry, integračné aspekty alebo parametre.
Počas testovania v klimatických komorách získavame dôležité informácie o výkone batérií. Rutinným testovaním prostredia a výkonu môžeme skúmať vplyv extrémnych teplôt. Môžeme zistiť, ktoré chladiace systémy sú najlepšie na dosiahnutie požadovaných výsledkov. Testovanie môžeme vykonávať na rôznych úrovniach integrácie, od testovania jednotlivých komponentov až po celé pohonné ústrojenstvo. Takto môžeme optimalizovať celý systém a reguláciu teploty ešte pred začatím sériovej výroby.
Dlhoročný odborník na tepelné testovanie
Spoločnosť HBK už roky vyvíja a ponúka potrebné komponenty pre meracie reťazce na tepelnú validáciu. Tieto riešenia zahŕňajú elektrické, optické alebo kombinované - hybridné - meracie reťazce.
Dokonca aj spaľovacie motory sa musia vyrovnať so skutočnosťou, že energia generuje teplo. Vzhľadom na elektrifikáciu mobility a nadchádzajúcu potrebu vyvinúť tepelné testovacie metódy aj v tejto oblasti sa spoločnosť HBK pozrela na existujúce postupy a zdokonalila ich z nového pohľadu. Všetky skúsenosti a poznatky tak boli spracované a prispôsobené tak, aby sa stala špecialistom aj na tepelné testovanie eMobility a v rámci toho aj na testovanie batérií.
Testovací systém HBK na uskladnenie tepelnej energie meria parametre vrátane napätia, prúdu, teploty, vlhkosti, chladiaceho prúdu, tlaku a systému kontroly volania batérie. Vykonávajú sa výpočty výkonu, účinnosti, sledovanie horúcich miest, vizualizácia a analýza. Automatizácia sa zaoberá kontrolou testov a bezpečnosťou.
Riešenie HBK na zber a analýzu údajov poskytuje termočlánkové merania pre vonkajšiu časť elektrického pohonu a na hĺbkové skúmanie batérie vrátane merania napätia článkov, celkového napätia a prúdu. Univerzálne vstupy pokrývajú univerzálny prietok, tlak, vlhkosť a ďalšie požadované parametre.
HBK je cenovo výhodným poskytovateľom komplexných riešení pre tepelnú, mechanickú a elektrickú analýzu skúšobných vzoriek.
Riešenie na testovanie batérií HBK:
Využite výhody riešenia HBK a zaistite si maximálnu flexibilitu a ochranu investícií:
- Bezpečnosť na prvom mieste - HBK spĺňa normu EN61010 pre elektrickú bezpečnosť
- Voľne škálovateľné a flexibilné multifyzikálne DAQ systémy pre rôzne oblasti testovania: elektrické, tepelné, mechanické, ...
- Úplná izolácia kanálov až do 1500 V DC umožňuje merania vysokého potenciálu
- Vstupné rozsahy do +/- 1500 V s triedou prepätia CAT III.
- Kvalita signálu odolná voči elektromagnetickému šumu
- Voliteľné izolované digitizéry pre vyššiu izoláciu a odolnosť voči šumu
- Výkonný koncept otvoreného softvéru od pripravenosti na použitie až po integráciu v reálnom čase
- Analýza a zber údajov na PC súbežne s integráciou do testovacích staníc v reálnom čase
- Snímanie údajov na pracovisku, v laboratóriu a na mobilných zariadeniach v jedinom riešení, ktoré sa prispôsobí vašim potrebám