Conception et caractérisation de batteries
Mesure, visualisation et analyse des contraintes d'interface dynamiques pour la conception, les essais, et la production de batteries.
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 est-il important de maitriser les pressions internes 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.
Une bonne maitrise des pressions d'assemblage des cellules permet :
- Uniformisation des performances des cellules
- Gestion améliorée de la dilatation thermique
- Prévention de l'emballement thermique
- Conservation de la capacité prolongée
- Optimisation des coûts de fabrication
Comment mesurer les contraintes dans la batterie en temps réel ?
Les ingénieurs comprennent l'impact considérable que les fluctuations des pressions à l'intérieur des batteries peuvent avoir sur leurs performances et sur la sécurité. Mais comment les mesurer ? Les capteurs de forces et pressions Tekscan intégrés aux différentes interfaces permettent de quantifier et d'afficher ces données de pression temporelles via leur logiciel d'acquisition, visualisation et analyse.
Dans cette vidéo, vous pouvez voir le système I-Scan mesurer :
- Des pressions en plusieurs points sur la surface de mesure
- Les variations de pression sur la surface du capteur
- Les variations de la pression moyenne dans le temps
La cartographie de pression dans les essais de cycle de vie des batteries
Les capteurs Tekscan à la fois minces et flexibles fournissent des données détaillées. Ils peuvent être enroulés autour de la cellule et entre différents éléments 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. Leurs données 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, le plus récent des capteurs matriciels Tekscan a été spécifiquement conçu pour les tests de batteries. Il est doté d'une longue languette à 90 degrés qui facilite l'intertion du capteur et de son électronique de conditionnement.
Vous pouvez utiliser le système I-Scan pour collecter des données dans le cadre de différents tests du cycle de vie des batteries sur plusieurs mois, par exemple pour :
- Tester les performances des batteries pour plusieurs profils de charge et de décharge.
- Corréler les augmentations de pression avec la capacité et l'impédance.
Applications de la cartographie de pression aux batteries des véhicules électriques
Module
- Analyse de la pression dans l'empilement
- Validation du processus d'assemblage du stack
Cellules prismatiques
- Étude du gonflement des batteries pour améliorer leur durée de vie (essais de swelling)
- Optimisation de la constitution des cellules
Pack
- 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 celulles 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.
