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Machine d'essai pour les cellules de batteries

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Machine d'essai universelle pour l'essai de composants dans l'industrie électrique

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Les cellules de batterie sont le composant essentiel des voitures électriques. Dans leur utilisation quotidienne, elles sont exposées à un large éventail de contraintes électrochimiques, thermiques et mécaniques. Afin d'éviter les risques et de garantir la qualité, la fonctionnalité et la durabilité des cellules de batterie, leurs composants sont testés dans le cadre de procédures d'essai complexes.

Hegewald & Peschke propose un système d'essai pour tester les éléments de batterie qui, en plus d'une machine d'essai universelle inspekt 100 kN, comprend une chambre de température spéciale pour simuler les conditions ambiantes. La machine d'essai est utilisée pour effectuer des essais de compression afin de simuler les charges mécaniques exercées sur les éléments de batterie par les effets thermiques et la situation d'installation. Des plaques de compression simulent cette charge dans le système d'essai. Au moyen d'un palier à coupelle, la plaque de compression supérieure s'adapte à l'échantillon d'essai et peut également être fixée dans la position souhaitée. Le système d'essai est conçu pour une charge de compression maximale de 100 kN sur les éléments de batterie, bien que des charges d'essai plus élevées puissent également être obtenues en utilisant une machine d'essai différente.

QUELLES SONT LES PROCÉDURES D'ESSAI PERTINENTES POUR TESTER LES ÉLÉMENTS DE BATTERIE ET COMMENT SONT-ELLES MISES EN ŒUVRE DANS LE SYSTÈME D'ESSAI ?

Le système d'essai permet d'appliquer trois types de charge aux éléments de batterie : thermique - via la chambre de température, mécanique - via la machine d'essai et électrique - via la charge/décharge de l'élément de batterie. Différentes procédures d'essai peuvent être réalisées en modifiant les charges individuelles.

Au début d'une séquence d'essai, la batterie peut être préchargée avec une force définie par la machine d'essai. La chambre de température se régule jusqu'à une température définie dans le logiciel. Plusieurs cycles de charge de la batterie sont ensuite effectués l'un après l'autre. Par exemple, les batteries sont chargées et déchargées 10 fois - à la même charge et à la même température. La température et/ou la charge suivante est ensuite réglée.

La charge mécanique peut être appliquée selon trois modes de fonctionnement différents au cours des essais. Une option consiste à maintenir la position des plaques de compression, la force augmentant lorsque la cellule se dilate et diminuant à nouveau lorsqu'elle se rétrécit. Dans un autre mode d'essai, la machine maintient la force constante, de sorte que la charge mécanique sur la batterie reste toujours la même.

Pour l'installation de cellules de batterie dans les véhicules, des ressorts sont souvent utilisés pour compenser les forces résultantes. Pour en tenir compte pendant l'essai, l'effet des ressorts peut être simulé dans le système d'essai. Dans ce cas, le logiciel LabMaster simule le comportement de la machine d'essai comme un ressort avec une constante de ressort spécifiée. L'effet sur les cellules de la batterie correspond ainsi à l'installation dans le véhicule d'un cadre avec des ressorts.

Dans toutes les procédures d'essai, l'interaction des trois paramètres que sont la température, l'état de charge et la charge, ainsi que leurs effets réciproques, sont toujours examinés.

LOGICIEL D'ESSAI POUR TESTER LES ÉLÉMENTS DE BATTERIE

Le logiciel d'essai des matériaux et des composants LabMaster offre la flexibilité nécessaire pour répondre à un large éventail d'exigences dans le cadre d'une procédure d'essai. Ainsi, les exigences élevées imposées aux procédures d'essai des éléments de batterie peuvent être satisfaites de manière fiable et reproductible.

Tous les paramètres du système sont contrôlés de manière centralisée par un programme bloc spécialement conçu à cet effet. Les valeurs mesurées des canaux externes, telles que la tension de charge et la température de la cellule, sont enregistrées via un signal analogique et sont disponibles pour évaluation dans le logiciel de test. Les états d'erreur, par exemple dans les capteurs de gaz, sont également enregistrés et la réaction de la machine d'essai aux alarmes de la procédure d'essai est contrôlée.

Les différentes étapes de la procédure d'essai peuvent être configurées de manière très souple à l'aide du programme en bloc - elles peuvent être combinées dans n'importe quel nombre et n'importe quel ordre avec n'importe quels paramètres. Si nécessaire, des critères individuels peuvent être définis pour chaque étape en ce qui concerne les paramètres à surveiller.

Pour réaliser des essais à long terme sur plusieurs jours, LabMaster dispose de différentes options pour une réduction efficace des données. Le logiciel d'essai enregistre toutes les données de mesure de tous les systèmes connectés toutes les 20 millisecondes. Lors de tests de longue durée, il en résulte de grandes quantités de données difficiles à traiter. Ces données de mesure sont donc réduites à une quantité raisonnable en filtrant les valeurs redondantes. Les critères de ce filtrage peuvent être ajustés séparément pour chaque étape de l'essai, de sorte que les données pertinentes pour une évaluation ultérieure soient toujours sauvegardées.

CONCEPT DE SÉCURITÉ GLOBAL POUR LE TEST DES BATTERIES

Étant donné que le test des cellules de batteries implique un potentiel de risque accru en raison des gaz ou des acides qui s'échappent (niveau de danger 6 de l'EUCAR), des précautions de sécurité spéciales doivent être prises. La chambre de température, qui peut créer des conditions de température entre -40°C et +120°C, est donc également équipée de capteurs de gaz pour O2, H2S, SO2, CO et H2. Un affichage d'état avec signal lumineux de la tour fournit des informations constantes sur les conditions atmosphériques dans la chambre de température. Outre l'atteinte de l'atmosphère inerte, une pré-alarme est signalée lorsque certaines valeurs limites de gaz sont atteintes et une alarme principale lorsque ces valeurs sont dépassées. L'alarme principale déclenche alors un signal acoustique supplémentaire ainsi qu'une purge d'urgence à l'azote. En outre, tous les systèmes sont automatiquement arrêtés à ce niveau d'alarme.

La chambre de température est équipée d'un hublot chauffé par un cadre avec un vitrage à 5 couches en verre optique et une grille de protection contre les éclats. Un clapet de décharge assure la protection contre la surpression et l'égalisation de la surpression en cas d'accident. Le raccordement à un système d'évacuation d'air et le verrouillage électrique de la porte de la chambre préviennent d'autres risques.

Ce concept de sécurité complet protège contre les risques tels que la casse, l'incendie, les pièces volantes et la perte d'électrolyte (conformément au niveau de danger 6).

SOLUTIONS D'ESSAI POUR LES ÉLÉMENTS DE BATTERIE ET LEURS COMPOSANTS

Le système d'essai spécifique permet de tester à la fois des cellules individuelles et des assemblages de cellules de batterie ayant un contenu énergétique allant jusqu'à 10 kWh. Hegewald & Peschke propose également d'autres solutions d'essai pour les différents composants et matériaux utilisés dans la fabrication des éléments de batterie. Grâce à des machines d'essai universelles équipées pour la procédure d'essai spécifique, les essais de matériaux et de composants suivants peuvent également être réalisés : Essais de traction et de perforation sur les feuilles d'électrodes, essais d'adhérence sur les revêtements d'électrodes.