【電池開發】電池包開發時多點溫度測量
為何,電池包的溫度評價如此重要?
由於EV與HEV的普及,電池包需要更高的密度與輸出,同時也必須兼顧安全性。溫度管理是影響電池性能與品質的重要因素。
電池的溫度會影響整體的性能、壽命、安全性等問題。舉例來說,可能會遇到以下的情況。
- 溫度太低,輸出與充電性能無法完全發揮
- 溫度太高,容易導致劣化,增加安全性風險
- 電池內溫度不均,會導致電池各處的劣化幅度不同
為了對應這些問題,電池包中會安裝BMS(電池控制系統),除了溫度情報,也會控制充放電與冷卻功能。
在開發階段中,為了驗證BMS控制與演算法的設計,在取得「基準溫度數據」之外,也會確認溫度監視點的配置是否適當,是否能夠詳細掌握各電芯間的溫度差與電池包內的溫度分布。
所以,電池包的評價並不限制在某幾個特定的測量點,而是在捕捉多點的溫度,並將溫度分布與其變化可視化這點非常重要。
電池包的溫度評估方法
熱敏電阻與熱電偶的功效
在評價電池包的溫度時,根據用途會使用熱敏電阻與熱電偶來進行測量。
- 熱敏電阻
電池包預先組入的溫度感測器。由於BMS開發需要時間,在BMS未完成的階段,可以透過已經安裝的熱敏電阻評估熱的動態,一邊進行BMS開發。
- 熱電偶
安裝的自由度高,常用於把握電池包整體溫度分布與發熱點的情況掌握等用途。
如此一來,熱敏電阻用於「BMS視角的溫度確認」,熱電偶用於「電池包整體的溫度分布」,可以更加全面的掌握電池包的溫度狀態。
為何多點溫度測量會需要許多步驟呢?
設定與解析時「看不見的成本」
電池包的溫度測量看起來似乎是簡單的作業。但在評估現場中,花工程師最多時間的並不是測量工作本身,而是測量前的安裝與準備工作,與測量結束後的數據與設備整理。
配線的長短、雜訊對策掃描器與收集器的設定、連接確認、斷線確認最後是熱敏電阻與熱電偶的數據統整的後續處裡。這些作業隨著電池包的緊密化與測量高精度化,這些作業的程序日漸繁雜,步驟也漸漸增加,導致工作加重。
特別是在多點測量時,測量點的增加與配線的設定都會使測量步驟增加,光是「測量前的準備」就會花上許多時間進行。並且測量結束後,「測量後的作業」數據的整理與可視化也會花費許多時間。這些作業不斷堆積,會對電池包的評價的行程造成相當大的負擔。
減少設置時間,無線溫度測量的解決方案
小型手持型的 DATA LOGGER(資料收集器) LR8450-01
與無線熱敏電阻模組 LR8537 、無線電壓・溫度模組 LR8532組合使用,由於無線連接,可以分散各處進行溫度測量,以往多點溫度測量現場中惱人的配線設定問題,也能透過無線模組來解決。
大幅減少配線作業
測量模組可以直接放在電池包的附近,不需要將所有感測器的配線延伸到主機附近。如此一來,就可以實現大幅縮短配線長度,減少配線成本與環境雜訊影響。
配線作業中,也可以透過LR8450的主畫面即時確認各通道的溫度值。如此一來可以快速確認配線錯誤或是斷線,防止「開始測量後才發現錯誤」的情況,減少重工的機會。當測量點位越增加,就越容易出現錯誤,可以透過快速確認減少設定作業的負擔。
熱敏電阻與熱電偶時間軸同步記錄
LR8537 擁有15通道的熱敏電阻、LR8532則有30通道的熱電偶,將兩個模組連接在同一台LR8450上,就能以相同時間軸進行同步記錄。如此一來,就不用在測量後一一整理與對齊熱敏電阻與熱電偶的數據,省去許多麻煩的步驟。
LR8537可對應最高200 kΩ的熱敏電阻,各製造商或是形狀不同的熱敏電阻也可以使用。無須配合測量儀器重新購買新的熱敏電阻,可直接使用現有的感測器進行測量,減少設備替換的成本。
熱成像與波形同步觀看的工具
新登場 GENNECT Space 的溫度查看功能
GENNECT Space可將HIOKI測量儀器取得的測量數據,可視化、解析的數據總合軟體。不僅僅可以取得LOGGER取得的溫度波形,也能將USB相機、熱成像儀圖像與其他測量數據統合在一個電腦畫面中顯示。
GENNECT Space可實現
熱成像 × 波形同步
雖然是簡單的組合,但能夠改變溫度數據的觀測方式。
只需縮放時間軸,就可以同時掌握以下的要點。
- 「這個瞬間,電池包哪一個部分正在發熱?」
- 「這個時候,哪個測量點的溫度出現變化?」
「場所」與「時間」的,可以直觀的理解,使測量解果的解析,從思考作業轉變成可以「直覺觀看」的形式。
系統構成
本文將使用以下配置來進行電池包的溫度解析。
DATA LOGGER LR8450-01
LR8450是手持型的DATA LOGGER。對應複數模組,多點測量數據能夠完全同步並記錄。而LR8450-01可使用無線LAN,可無線連接模組。
無線熱敏電阻模組LR8537
LR8537,最多同時15通道的熱敏電阻輸入。可對應最高200 kΩ的熱敏電阻,可連接任意廠牌、形狀的熱敏電阻。能夠使用與BMS系統所使用的熱敏電阻,以相同條件進行溫度評估。
無線電壓・模組 LR8532
LR8532是使用熱電偶進行溫度測量的模組,最多可輸入30通道。可用於電池電芯的電壓測量。
GENNECT Space
GENNECT Space可進行測量儀器的設定、測量數據的收集、數據的解析等HIOKI儀器的數據整合軟體。
體驗GENNECT Space,進行數據解析吧
電池包的溫度評價中,若能活用多點的溫度測量與其結果的解析環境,會大幅影響開發速度。
減少測量前的配置作業,而測量後也能直觀且「一目瞭然」的確認,將是未來溫度測量的標配。
GENNECT Space是實現同步觀測解析的軟體,並以免費軟體的形式公開於HIOKI官網中。