HBK - Måling og analyse av batterier for e-mobilitet
Hver dag virker det som vi kommer nærmere visjonen om en mer bærekraftig mobilitet med grønn energi og elektrifiserte kjøretøy på bakken (NEV, BEV), men også på vannet og i luften.
Mega-trenden med å beskytte klimaet ved å bruke bærekraftige løsninger som reduserer CO2-utslippet driver utviklingen av teknologier som høykapasitets-/høyeffekts-batterier eller H2-baserte brenselceller og batteri som de viktigste kildene til mobil energi. Bevegelsen bort fra forbrenningsmotorer krever også en ny tenkemåte innen testing og måling, inkludert nye sikkerhetskonsepter, nye testmiljøer, nye typer sensorer og måleteknologier, samt en forbedret dataanalyse.
Nye drivlinjeteknologier – Nye krav til testing
HBK begynte tidlig å møte utfordringene innen utvikling og testing av mobile energilagre for kjøretøy i jakten på en bærekraftig, grønn mobilitet. HBK har, som markedsleder innen måleteknikk, fått tidlig innsikt i de mange kravene og behovene fra de forskjellige bransjene, som for eksempel bil- og nyttekjøretøyer, når det gjelder validering av innovativ energilagring og overordnede NEV-konsepter.
Høyspenningsbatterier (HV) i moderne biler krever en enorm serie tester, i tillegg til spesielle sikkerhetstiltak ved håndtering av farlige elektriske spenninger og litium som kjerneelementer i den elektrokjemiske prosessen. Innenfor testomfanget dekker HBK de fleste målevariablene:
- Elektrisk spenning og strøm for ytelses- og effektivitetsanalyse
- Kraft, belastning, trykk og vekt for mekanisk holdbarhet og emballasjeanalyse
- Temperatur, flyt og trykk for analyse av termisk holdbarhet
Testingen av forbrenningsmotorer inkluderer opptil 300 temperaturmålepunkter samt svært dynamiske dreiemoment-, hastighets- og trykkmålinger. Med integrasjonen av batterier og brenselceller beveger antall målekanaler seg mot energilagring som den største komponenten i en moderne drivlinje.
Hvorfor målings- og dataanalyse?
I dagens elektrifiserte drivlinjeløsninger dekkes den termiske analysen av høyspenningsbatteriene (HV) av simulering og fysisk testing med følgende typiske omfang:
- Langsiktig testing av batteriets pålitelighet, med fokus på utlading/ladesykluser (langsomme, raske), selvutladning inkludert måling av individuelle cellespenninger og temperaturer, og den samlede effektanalysen
- Dyno-testing med fokus på tilbakemelding om effekt, effektivitet og omvendt belastning
- Miljøtesting som kjører spesifikk brukercase-orientert mekanisk belastningsprofil på ristere, kombinert med klimakammertemperatur som går i sykluser opp og ned
- Feilaktig anvendelse og kollisjonstesting (overbelastning, kortslutning, overoppheting, mekanisk belastning, defekt)
- Mobil testing av kjøretøy for datainnsamling langs veien (RLDA), sommer-/varm-, vinter-/kald- testing med transienter
Temperaturstyring av batterier
HV-batterier er kjernen og den største enkeltkomponenten i et moderne, batteridrevet elektrisk kjøretøy (BEV) eller nytt elektrisk kjøretøy (NEV). Dette handler om å finne og validere de optimale nøkkelparametrene for hele oppsettet.
Den begrensede ytelsen til litiumionbatterier ved ekstreme temperaturer driver utviklingen av de komplekse termiske styringssystemene med støtteaggregatene og luftkjølingsbanene. For høye temperaturer kan føre til selvdestruksjon og til og med brann (termisk kjedereaksjon). Omfattende testing, og spesielt termisk validering, er derfor helt avgjørende i det samlede testoppsettet.
Driftssikkerhet er et av de viktigste kravene. Forventningene om levetiden varierer fra minst 10 år, 450 000 kilometer eller et mål om ladetid på fem minutter med superladere. Gjenbruk av batterier og å gi dem en ny levetid er også et viktig tema.
Termisk styring av batterilevetiden er avgjørende for viktige parametere som hastighetsytelse, sikkerhet, priser og mye mer. Termisk analyse krever derfor mange temperaturmålepunkter med meget høye krav: små målepunkter, maksimal sikkerhet ved bruk av dobbeltisolert sensorledning, elektrisk isolerte kanaler, berøringsfrie plugger, i tillegg til de typiske kravene til høyest mulig signalnøyaktighet og støydemping.
Fra sensorer til kvalifiserte data
Vår komplette løsning hjelper deg med å validere og optimalisere HV-batterilagringen – termisk, elektrisk og mekanisk.
Termisk analyse av høyspentbatterier
Databasert termisk simulering utført via Computational Fluid Dynamics (CFD)-modeller fungerer som et viktig skritt mot et optimalt systemdesign. Reell fysisk testing er imidlertid fortsatt nødvendig, ettersom simulering ikke tar hensyn til alle arkitekturer, integrasjonsaspekter eller parametere.
Mens batteriets ytelse overvåkes i klimakamrene, samles det inn viktige data. I disse testrutinene for miljø og ytelse kan man undersøke påvirkningen av ekstreme temperaturer. Det kommer tydelig fram hvilke kjølesystemer som er best for å nå målene for kundebruk og ytelse. Belastningscase kan skaleres og dekke alle integrasjonsnivåer – fra komponenttesting til hele drivverket – for å optimalisere hele systemet samt den termiske styringen før man starter produksjon av serier.
Mangeårig ekspert på termisk testing
HBK har utviklet og tilbudt komponentene som er nødvendige for å utføre målekjeder av termisk validering i mange år. Disse løsningene omfatter elektriske, optiske eller kombinerte hybrid målekjeder.
Forbrenningsmotorer håndterer allerede det faktum at strøm genererer varme. Med mobilitetselektrifiseringen og det kommende behovet for å utvikle termiske testmetoder også her, har HBK analysert eksisterende prosesser og foredlet disse fra et nytt perspektiv. Dermed er all erfaringen og kunnskapen som vi innehar bearbeidet og tilpasset et spesialistnivå for emobilitets-termisk testing, og innenfor dette, batteritesting.
HBKs termiske testsystem for energilagring måler parametere, inkludert spenning, strøm, temperatur, fuktighet, kjølevæske, trykk og styringssystem for batterikommunikasjon. Beregninger utføres for strøm, effektivitet, hot spot-overvåking, visualisering og analyse. Automatisering omhandler testkontroll og sikkerhet.
HBKs datainnsamlings- og analyseløsninger gir termoelementmålinger for utsiden av den elektriske drivlinjen og for analyser dypt inn i batteriet, inkludert cellespenninger, total spenning og strømmåling. De universelle inngangene dekker generell flyt, trykk, fuktighet og andre nødvendige parametere.
HBK er din kostnadseffektive, altomfattende løsningsleverandør for analyse av termiske, mekaniske og elektriske testprøver.
HBK batteritestløsninger: Fordeler
Dra fordeler av HBK-løsningene og sørg for maksimal fleksibilitet og investeringsbeskyttelse:
- Sikkerhet først – HBK oppfyller EN61010 elektrisk sikkerhetsstandarden, med VDE-sertifisering for alle innganger
- Skalerbart og fleksibelt fler-fysikk-DAQ-system som kan brukes i mange forskjellige testdomener: elektrisk, termisk, mekanisk,...
- Full kanalisolasjon opp til 1500 V DC gjør det mulig med målinger på høyt potensial
- Signalkvalitet som er immun mot elektromagnetisk støy
- Kraftig åpent programvarekonsept fra klar-til-bruk til integrert i sanntid
- Datainsamling- og analyse på PC parallelt med sanntidsintegrering i testbenk
- Bench-, lab- og mobildatainnsamling dekkes av én enkelt løsning, som er skalerbar etter dine behov
