Macchina di prova per il collaudo di celle di batterie

Macchina di prova universale per il collaudo di componenti nell'industria elettrica

Le celle della batteria sono il componente cruciale delle auto elettriche. Nell'uso quotidiano, sono esposte a un'ampia gamma di sollecitazioni elettrochimiche, termiche e meccaniche. Per evitare rischi e garantire la qualità, la funzionalità e la durata delle celle della batteria, i suoi componenti vengono sottoposti a complesse procedure di test.

Hegewald & Peschke offre un sistema di test per le celle delle batterie che, oltre a una macchina di prova universale inspekt da 100 kN, comprende una speciale camera di temperatura per simulare le condizioni ambientali. La macchina di prova viene utilizzata per eseguire prove di compressione per simulare i carichi meccanici sulle celle della batteria causati dagli effetti termici e dalla situazione di installazione. Le piastre di compressione simulano questo carico nel sistema di prova. Grazie a un cuscinetto a tazza, la piastra di compressione superiore si adatta al provino e può essere fissata nella posizione desiderata. Il sistema di prova è progettato per un carico massimo di 100 kN di compressione sulle celle della batteria, sebbene sia possibile ottenere carichi di prova più elevati utilizzando una macchina di prova diversa.

QUALI SONO LE PROCEDURE DI PROVA RILEVANTI PER TESTARE LE CELLE DELLE BATTERIE E COME VENGONO IMPLEMENTATE NEL SISTEMA DI PROVA?

Il sistema di prova offre la possibilità di applicare 3 diversi tipi di carico alle celle della batteria: termico - tramite la camera di temperatura, meccanico - tramite la macchina di prova ed elettrico - tramite la carica/scarica della cella della batteria. Modificando i singoli carichi è possibile eseguire procedure di prova diverse.

All'inizio di una sequenza di test, la batteria può essere precaricata con una forza definita dalla macchina di prova. La camera di temperatura si regola fino a una temperatura impostata nel software. Vengono quindi eseguiti molti cicli di carica della batteria, uno dopo l'altro. Ad esempio, le batterie vengono caricate e scaricate 10 volte, con lo stesso carico e la stessa temperatura. In seguito viene impostata la temperatura e/o il carico successivo.

Il carico meccanico può essere applicato in 3 diverse modalità operative durante i test. Un'opzione consiste nel mantenere la posizione delle piastre di compressione, in modo che la forza aumenti quando la cella si espande e diminuisca nuovamente quando si restringe. In un'altra impostazione del test, la macchina mantiene costante la forza in modo che il carico meccanico sulla batteria rimanga sempre lo stesso.

Per l'installazione delle celle della batteria nei veicoli, spesso si utilizzano molle per compensare le forze risultanti. Per tenerne conto durante la prova, l'effetto delle molle può essere simulato nel sistema di prova. In questo caso, il software LabMaster simula il comportamento della macchina di prova come una molla con una specifica costante elastica. L'effetto sulle celle della batteria corrisponde quindi all'installazione nel veicolo in un telaio con molle.

In tutte le procedure di prova, viene sempre esaminata l'interazione dei 3 parametri temperatura, stato di carica e carico, nonché i loro effetti reciproci.

SOFTWARE DI PROVA PER TESTARE LE CELLE DELLE BATTERIE

Il software di prova per materiali e componenti LabMaster offre la flessibilità necessaria per soddisfare un'ampia gamma di requisiti in una procedura di prova. Di conseguenza, gli elevati requisiti posti alle procedure di test delle celle per batterie possono essere eseguiti in modo affidabile e riproducibile.

Tutti i parametri del sistema sono controllati centralmente tramite un programma a blocchi appositamente impostato. I valori misurati dei canali esterni, come la tensione di carica e la temperatura della cella, vengono registrati tramite un segnale analogico e sono disponibili per la valutazione nel software di test. Vengono inoltre registrati gli stati di errore, ad esempio nei sensori di gas, e viene controllata la reazione della macchina di prova agli allarmi della procedura di prova.

Le singole fasi della procedura di prova possono essere configurate in modo molto flessibile con il programma a blocchi: possono essere combinate in qualsiasi numero e sequenza con qualsiasi parametro. Se necessario, è possibile definire criteri individuali per ogni fase in relazione ai parametri da monitorare.

Per eseguire test a lungo termine per diversi giorni, LabMaster dispone di varie opzioni per un'efficace riduzione dei dati. Il software di test registra tutti i dati di misura di tutti i sistemi collegati ogni 20 millisecondi. Durante i test di lunga durata, questo porta a grandi quantità di dati difficili da gestire. I dati di misura vengono quindi ridotti a una quantità ragionevole filtrando i valori ridondanti. I criteri possono essere regolati separatamente per ogni fase del test, in modo da salvare sempre esattamente i dati rilevanti per la valutazione successiva.

CONCETTO DI SICUREZZA GLOBALE PER IL TEST DELLE BATTERIE

Poiché il test delle celle delle batterie comporta un aumento del potenziale di rischio dovuto ai gas o alla fuoriuscita di acidi (EUCAR Hazard Level 6), è necessario adottare speciali precauzioni di sicurezza. La camera di temperatura, che può creare condizioni di temperatura comprese tra -40°C e +120°C, è pertanto dotata anche di sensori di gas per O2, H2S, SO2, CO e H2. Un display di stato con segnale luminoso a torre fornisce informazioni costanti sulle condizioni atmosferiche della camera di temperatura. Oltre a raggiungere l'atmosfera inerte, viene segnalato un pre-allarme quando vengono raggiunti determinati valori limite di gas e un allarme principale quando questi vengono superati. L'allarme principale attiva un ulteriore segnale acustico e uno spurgo di emergenza con azoto. Inoltre, tutti i sistemi vengono automaticamente arrestati a questo livello di allarme.

La camera di temperatura è dotata di una finestra di visualizzazione riscaldata con telaio, con un vetro ottico a 5 strati e una griglia di protezione contro le schegge. Uno sportello di scarico della pressione garantisce la protezione dalla sovrapressione e l'equalizzazione della pressione in caso di incidente. Il collegamento a un sistema di scarico dell'aria e il blocco elettrico della porta della camera prevengono ulteriori rischi.

Questo concetto di sicurezza completo protegge da pericoli come rotture, incendi, parti volanti e perdita di elettrolito (in conformità al livello di pericolo 6).

SOLUZIONI DI PROVA PER LE CELLE DELLE BATTERIE E I LORO COMPONENTI

Il sistema di prova specifico consente di testare sia singole celle che gruppi di celle di batterie con un contenuto energetico fino a 10 kWh. Hegewald & Peschke offre inoltre ulteriori soluzioni di prova per i vari componenti e materiali utilizzati per la produzione di celle per batterie. Con macchine di prova universali attrezzate per la specifica procedura di prova, è possibile eseguire anche i seguenti test sui materiali e sui componenti: Prove di trazione e di perforazione sulle lamine degli elettrodi, prove di adesione sui rivestimenti degli elettrodi.