Conception et essais de caractérisation de batteries
Cartographie dynamique des contraintes d'interface
Que vous conceviez une batterie pour un nouveau modèle de véhicule électrique, un produit électronique industriel ou grand public, ou tout autre nouveau type de batterie dans ce secteur en rapide évolution, vous devrez atteindre les mêmes objectifs : performance, durée de vie et sécurité.
Les cycles de charge et de décharge des batteries, notamment au lithium-ion, exigent une gestion rigoureuse de la température et de la pression, aussi bien lors du prototypage que pour la fabrication des batteries. La mesure des transferts de pression à l'intérieur du boîtier de la batterie peut fournir des informations importantes à différentes étapes du processus, de la conception à la production, en passant par le contrôle de la qualité et la constitution de la batterie.
Le système de cartographie de pression I-Scan de Tekscan fournit aux ingénieurs des informations essentielles tout au long du développement et de la fabrication des batteries. La cartographie de pression dynamique vous permet de concrétiser plus efficacement vos innovations en matière de stockage d'énergie.
Pourquoi maitriser les pressions à l'intérieur de la batterie ?
Les phases de charge et de décharge d'une batterie lithium-ion classique, dans le cadre d'une utilisation normale, induisent des cycles thermiques, avec des phénomènes de dilatation et de contraction qui entraînent une délamination et une dégradation au fil du temps. L'électrolyte liquide des batteries lithium-ion est particulièrement sujet à l'expansion. Des pressions locales élevées ou faibles peuvent apparaître dans le compartiment de stack et provoquer des défaillances prématurées si elles ne sont pas prises en compte dans la conception du dispositif d'assemblage de la batterie.
Uniformiser les performances des cellules produites
Améliorer le gestion mécanique de la dilatation thermique
Prévenir l'emballement thermique
Favoriser la conservation de la puissance et prolonger la capacité
Optimiser des coûts de fabrication en limitant les défauts de production
Mesure de la distribution des pressions dans la batterie en temps réel
Les spécialistes ont conscience de l'impact considérable que les fluctuations des pressions à l'intérieur des batteries peut avoir sur la performance et sur la sécurité des produits. Ils savent donc qu'il est important de pouvoir les mesurer. Cependant cela nécessite un moyen de mesure capable de s'insérer aux niveaux des interfaces sans les modifier mécaniquement et de collecter l'évolution dynamique, temporelle et spatiale, des contraintes compressives pour quantifier l'influence des différents paramètres à tester.
Le système de cartographie de pression I-Scan de Tekscan répond à ses besoins. A l'aide de capteurs minces et incompressibles, il collecte les pressions d'interface, affiche des cartes de contraintes en temps réel et propose de multiples outils d'analyse par zones, des forces, pressions et surfaces de contact. Avec I-Scan, il devient possible de suivre l'évolution des pressions d'assemblages en temps réel et de les enregistrer pour analyser la répartition spatiale et la distribution temporelles des contraintes liées aux variations de températures, conceptions mécaniques des cellules, du boitier de batterie et des systèmes de fixations.
La vidéo ci-contre illustre la capacité du système I-Scan à mesurer :
- l'évolution des pressions de contact individuelles en plusieurs points de la surface du capteur
- la distribution spatiale des pressions à l'interface où est positionné le capteur
- Les fluctuations dans le temps de la pression moyenne sur toute la surface sensible du capteur
La cartographie de pression dans les essais de cycles charge-décharge des batteries
Le système I-Scan peut être utilisé pour collecter des données sur plusieurs mois au cours de différents tests de simulation du cycle de vie des batteries. Par exemple :
- Evaluation des performances pour plusieurs profils de charge et de décharge
- Corrélation des augmentations de pression avec la capacité et l'impédance
Les capteurs Tekscan à la fois minces et flexibles. Ils fournissent des données détaillées et peuvent être enroulés autour de la cellule ou positionnés entre différents composants pour fournir une vue à 360 degrés des contraintes internes de la batterie et pour mesurer les forces exercées par les cellules adjacentes dans le stack. Les données qu'ils produisent permettent d'identifier les points de défaillance potentiels comme les zones de formation de poches de gaz et les défauts de surface des composants.
Le modèle 7800 est le plus récent des capteurs matriciels Tekscan. Il a été spécifiquement conçu pour les essais de cellules et batteries. Il est doté d'une languette longue coudée à 90 degrés qui facilite l'insertion du capteur et de son électronique de conditionnement.
Exemples d'applications de la cartographie de pression aux batteries des véhicules électriques
Cellules type pouch, cylindriques ou prismatiques
- Étude du gonflement des batteries pour améliorer leur durée de vie (essais de swelling)
- Optimisation de la constitution des cellules
Module stack
- Analyse de la pression dans l'empilement
- Validation du processus d'assemblage du stack
Pack batterie
- Identification des zones sensibles dans le pack où les défaillances sont susceptibles d'apparaître
- Intégration de capteurs dans le système de gestion de la batterie
Validation du niveau de pression dans le stack
En insérant des capteurs entre les cellules ou les modules lors de l'assemblage, vous pouvez vous assurer que la pression initiale de l'empilement est correcte dans le dispositif de serrage.
Contrôle de la qualité de la production
- Amélioration des rendements tout au long des différentes phases du processus de fabrication
- Contrôle de la pression de serrage initiale des cellules dans le stack
- Identification des défauts de fabrication des cellules
Système de gestion des batteries
- Intégration de capteurs dans l'assemblage pour surveiller les contraintes d'interface pendant le fonctionnement
- Contrôle de la sécurité permettant de limiter la sortie de la batterie en cas de détection de pics de pression.
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