Bezpieczeństwo i prewencja w przechowywaniu i produkcji baterii – Rozwiązania dla nadchodzącej branży pojazdów elektrycznych monitorowanie
temperatury.
Branża pojazdów elektrycznych, czyli pojazdów elektrycznych, rozwija się wykładniczo w ciągu ostatnich lat ostatnie kilka lat. Zyskała popularność dzięki alarmującemu kryzysowi klimatycznemu zmian i pilną potrzebę znalezienia alternatywy dla dotychczasowego zasilania paliwem pojazdy.
Od tego czasu zapotrzebowanie na pojazdy elektryczne znacznie wzrosło, podobnie jak produkcja i produkcja zestawów akumulatorów oraz wyzwania powiązany z tym. Wzrost produkcji pojazdów elektrycznych również ma miejsce a to wpływa na kolejne informacje ze świata o kolejnym pożarze samochodu z baterią elektryczną. Te zdarzenia nie omijają wielkich producentów baterii i samochodów takich jak Tata, TESLA i OLA.
Jednym z najnowocześniejszych rozwiązań, które może pomóc w ograniczeniu liczby wypadków, jest obrazowanie termowizyjne. W tym artykule omówiono konserwację zapobiegawczą i materiały badania pojazdów elektrycznych. Aby zrozumieć aplikację, musimy najpierw poznać pewne podstawy.
Baterie litowo jonowe
Wśród wielu atrakcyjnych cech akumulatorów litowo-jonowych, jednym z nich jest najbardziej godną uwagi atrakcją jest połączenie elektroujemności litu i jego mała gęstość. To połączenie odpowiada za produkcję największą ilość energii elektrycznej na jednostkę masy pomiędzy elementami stałymi. Standardowy akumulator litowo-jonowy zawiera anodę i katodę. Zazwyczaj, jako materiał katody stosuje się tlenek litu i materiał na bazie węgla związek na anodę. Stały wewnętrzny ruch elektronów pomiędzy katodą a anodą tworzy niesławne ogniwo wielokrotnego ładowania. Kiedy związek akceptujący lit jest umieszczony jako katoda substancji chemicznej ogniwa, jony litu zaczynają płynąć w kierunku wstecznym podczas cyklu ładowania i rozładowywania. Reakcje utleniania i redukcji w akumulatorze powodować ładowanie i rozładowywanie akumulatora. (rys. 1,2)
Produkcja baterii
- Sortowanie
Zwykle ogniwa są importowane przez wielu producentów i to z gwarancją aby na linię produkcyjną nie trafiło żadne wadliwe ogniwo, są one sortowane ręcznie sprawdzając każdą komórkę pod kątem widocznych deformacji, wycieków uszkodzeń i zasięgu oporu wewnętrznego. Czynniki te decydują o stanie komórki i zapewnić jakość produktu końcowego.
- Tworzenie paczki
Wszystkie ogniwa są zespawane w paczce w kombinacji szeregowej lub równoległej w zależności od wymaganych specyfikacji wyjściowych. To stanowi podstawę konstrukcja zestawu akumulatorów. Podczas tego procesu opakowanie jest sprawdzane przez ręcznie pod kątem deformacji spoin. Opór wewnętrzny i rezystancja określają czy opakowanie może być przesyłane dalej na linii produkcyjnej.
- Łączenie pakietów akumulatorów
Zestawy akumulatorów są połączone za pomocą obwodów i układu sterującego. Ten stanowi zwieńczenie procesu wytwarzania pakietu akumulatorów litowo-jonowych i jest dystrybuowane do firm produkujących pojazdy elektryczne.
- Testowanie
Gotowy produkt poddawany jest testom poprzez cykle ładowania i rozładowywanie. Podczas tego procesu monitorowane jest zachowanie akumulatora.
(rys. 3)
ZASTOSOWANIA OBRAZU TERMICZNEGO W BRANŻY EV
SPAWANIE
Jednostki ogniw litowych muszą być zespawane ze sobą, aby utworzyć zestaw baterii. Jeśli jednak spawanie nie zostanie wykonane prawidłowo, finalnie mogą pojawić się błędy produkcyjne. Może to mieć wpływ na rezystancję i moc wyjściową oraz na trwałość akumulatora. Zwykle spawanie jest sprawdzane ręcznie przez pracowników fabryki, co jest destrukcyjną metodą testowania, za pomocą której komórka może zostać uszkodzona.
Nieniszczącą i bezkontaktową metodą sprawdzenia złącza spawanego jest wykorzystanie kamery termowizyjnej. Możemy łatwo wykryć źle zespawane połączenie ze względu na nieco inna temperaturę wskazywana przez szew. Nierówny szew lub lekko podwyższona temperatura wskazuje na wadliwe spawanie.
Ta metoda testowania jest już powszechnie stosowana w różnych branżach w Stanach Zjednoczonych
WYCIEK Z BATERII
Prawie niewidoczny gołym okiem wyciek elektrolitu może nastąpić w dowolnym momencie procesie produkcyjnym i może spowodować uszkodzenie akumulatora. Używanie baterii z wyciekającym czynnikiem może być bardzo niebezpieczny w przypadku kontaktu ze skórą. My może używać metod takich jak spektrometr mas do wykrywania wycieków, ale istnieje lepszą metodą wykrywania tych małych wycieków: obrazowanie termowizyjne.
Kiedy uszczelnienie ogniwa zostanie przerwane, ciecz osadza się na zewnętrznej warstwie ogniwa i wykrywana jest różnica temperatur. Kamera termowizyjna o wysokiej rozdzielczości jak FLIR T865 może skutecznie zidentyfikować te drobne wycieki w ciągu kilku sekund sekund bez kontaktu, jak pokazano na rysunku. (rys. 7)
NIERÓWNE NAGRZEWANIE
Chociaż po dokładnym przetestowaniu na każdym etapie, czasami może dojść do wadliwego ogniwa nadal wchodzą na linię produkcyjną. W fazie testowania mogą wystąpić wadliwe ogniwa wyświetla niewielką różnicę temperatur. Może to być niewidoczne dla człowieka oko, ale można je łatwo uchwycić kamerą termowizyjną. Jak widać na rysunku 8, lekko podwyższona temperatura jest rejestrowana przez kamerę z odczytem temperatury z dokładnością do dziesiętnej. Innym przykładem nierównomiernego nagrzewania podczas produkcji jest testowanie akumulatorów po ich złożeniu. Podczas ładowania i rozładowywania cykli, akumulatory mają tendencję do nagrzewania się. Jednakże na tym etapie testowania istnieje duże ryzyko zapalenia się akumulatora, jeśli temperatura nie jest odpowiednia monitorowany. Można to zrobić za pomocą termopary, nieniszczącego kontaktu ale możliwe jest monitorowanie temperatury tylko w jednym punkcie czas. Jeśli w obiekcie zapali się tył baterii litowej, to rzeczywiście będzie trudne do ugaszenia, ponieważ lit reaguje bardzo szybko i trudno jest ugasić ogień się, ponieważ lit reaguje z wodą w kontakcie. (rys. 8)
Magazynowanie i uniknięcie pożaru
Kamera termowizyjna dzięki bardzo czułemu detektorowi jest w stanie wychwycić bardzo małe różnice temperatur. Baterie składowane w opakowaniach w magazynie również mogą uleć samozapłonowi aby uniknąć tego typu sytuacji warto wdrożyć działania prewencyjne. Wysoka rozdzielczość w kamerze przynajmniej 320×240 pikseli w kamerze FLIR-a pozwala na monitoring z bezpiecznej odległości dużych obszarów w magazynie. Wprowadzając cykliczne obchody wykonywane przez operatora jesteśmy w stanie w w dużym stopniu zapobiegać wystąpieniu pożaru. Kamery FLIR posiadają funkcję alarmu po przekroczeniu której kamera dźwiękowo może sygnalizować stan alarmowy. Warto też w dłuższej perspektywie zastanowić się na stałym monitoringiem.
Kamera termowizyjna FLIR E76
Kamera termowizyjna FLIR E76 pozwala na ustawienie alarmu temperatury po przekroczeniu którego uruchamia się alarm dźwiękowy u operatora. Dokładne pomiary zapewnia funkcja laserowego ustawiania ostrości wraz z pomiarem odległości, co skraca czas pomiarów i zwiększa ich dokładność. Model ten może być wyposażony w kilka obiektów do inspekcji z bliska lub dużej odległości.
Źródło https://www.flir.com/instruments/manufacturing/
Author: Veronica Singh, University of British Columbia,
Vancouver