Nuova industria energetica

Test della batteria EV
Soluzioni per celle, moduli e pacchi batteria EV

Mentre l'industria automobilistica globale si muove verso l'elettrificazione, i produttori di batterie sono sottoposti a una pressione senza precedenti per innovare ed evolversi. Gli ingegneri di ITM-LAB stanno lavorando a stretto contatto con i leader del settore per soddisfare la crescente domanda di batterie più piccole, leggere e potenti. Le sfide attuali includono lo sviluppo di metodi di test e dispositivi personalizzati per le applicazioni di test delle batterie, nonché il miglioramento della produttività e dell'efficienza nei laboratori di controllo qualità. In qualità di leader globale nel settore delle prove sui materiali, ITM-LAB si trova in una posizione unica per soddisfare le esigenze dei laboratori di prova delle batterie di tutto il mondo, fornendo un supporto locale reattivo e nella lingua locale, offrendo una gamma completa di servizi tra cui installazione, calibrazione, formazione, aggiornamenti delle macchine in loco e qualsiasi esigenza di assistenza nel processo per ridurre al minimo i tempi di fermo.

Test su materiali e componenti
Le batterie sono costituite da una varietà di materiali, adesivi, saldature e strutture dei componenti che richiedono test completi. Oltre alla nostra vasta gamma di impugnature e fissaggi standard per il collaudo delle batterie, ITM-LAB sviluppa fissaggi personalizzati appositamente progettati per migliorare l'efficienza e la ripetibilità nel collaudo di materiali e componenti delle batterie. Il nostro gruppo Engineering Solutions è in grado di completare rapidamente la progettazione di dispositivi di fissaggio della batteria per soddisfare esigenze specifiche.

Test del separatore
I separatori sono un componente essenziale delle batterie agli ioni di litio e di altre batterie a elettroliti liquidi. I polimeri utilizzati in questi separatori devono essere sufficientemente resistenti da resistere all'operazione di avvolgimento durante l'assemblaggio e alla placcatura irregolare del litio sull'anodo a causa dell'uso intenso. I materiali separatori più sicuri e resistenti possono prevenire più efficacemente il contatto tra l'anodo e il catodo, mentre i materiali più sottili aiutano a ridurre il peso di ciascuna cella e ad aumentare la densità energetica.

Test di punzonatura
Il test di puntura del separatore è fondamentale per garantire la sicurezza e la longevità di ciascuna cella durante l'intero ciclo di vita della batteria. Il separatore deve essere sufficientemente robusto da resistere alle forature dei dendriti che si formano a causa di un uso intenso. Per questa applicazione è fondamentale garantire la corretta tensione del campione e l'allineamento della sonda superiore. I test sono simili a EN 14477 e ASTM F1306.
Sono disponibili morsetti antiforatura sia manuali che pneumatici per soddisfare standard come EN 14477, ASTM F1306, ecc. I morsetti pneumatici garantiscono una forza di serraggio ripetibile e una maggiore produttività. L'integrazione nei sistemi esistenti è semplice come l'installazione di morsetti pneumatici.

Prove di trazione
La prova di trazione viene utilizzata per garantire che il separatore possa resistere a tutte le manipolazioni meccaniche durante la produzione e per tutta la durata della batteria. Garantire il corretto allineamento, inserimento e bloccaggio del campione è fondamentale per ottenere una ripetibilità e una produttività ottimali, oltre a evitare danni al campione prima del test. Si consiglia di utilizzare un caricatore di campioni di precisione per ridurre la variabilità dei risultati dei test, migliorando al contempo l'ergonomia e la sicurezza. I test sono simili a quelli ASTM D882 e ISO 527-3.

Test del coefficiente di attrito
L'avvolgimento stretto crea un carico meccanico tra il separatore e il rivestimento dell'elettrodo, quindi è importante comprendere il coefficiente di attrito tra le due superfici. Una migliore comprensione del coefficiente di attrito garantisce il corretto processo di avvolgimento nella produzione. ISO 8295 e ASTM D1894-14 sono comunemente usati come guida per questi test.

Test di resistenza alla perforazione agli eventi di impatto
La selezione dei materiali del separatore è fondamentale per l'integrità della batteria, poiché qualsiasi problema di prestazioni meccaniche può aumentare la probabilità di cortocircuiti interni, con conseguente fuga termica. I test di resistenza alla perforazione agli eventi di impatto sono fondamentali per selezionare il materiale più performante, riducendo al contempo lo spessore e il peso.

Test automatizzati
I sistemi automatizzati di ITM-LAB portano i test delle batterie a un nuovo livello di produttività. Poiché la produzione di batterie continua ad aumentare, la produttività e l'efficienza sono fondamentali per soddisfare la domanda. L'utilizzo di sistemi automatizzati e delle attrezzature consigliate per ogni applicazione può liberare gli operatori e massimizzare la produzione mantenendo risultati ottimali.

Test degli elettrodi

Una delle modalità di guasto più comuni per le batterie è la rottura o il distacco del rivestimento del materiale dell'elettrodo dal collettore di corrente. Questa screpolatura o desquamazione è spesso causata dalla costante carica e scarica della batteria e dai carichi meccanici di utilizzo. Comprendere la forza di adesione e la longevità dell'elettrodo è fondamentale per garantire che la batteria non si guasti prima della fine della sua vita utile prevista.

Test di peeling a 180 gradi

Il peel test a 180° è un metodo comunemente usato per determinare la forza del legame elettrodo-collettore di corrente. Grazie ai vantaggi meccanici e al facile allineamento del dispositivo di pelatura, questo test può essere eseguito utilizzando pinze e celle di carico a bassa forza. È meglio prendere in considerazione l'utilizzo di morsetti pneumatici e substrati metallici per garantire un'elevata produttività e una corretta pelatura a 180° per ogni test.

Test di peeling a 90 gradi
Il peel test a 90° è un altro metodo comune per testare l'adesione degli elettrodi della batteria. Il test di peeling a 90° ha in genere un carico leggermente superiore rispetto al test di peeling a 180° e può essere impostato più rapidamente perché generalmente non richiede un substrato. Le soluzioni più comuni di ITM-LAB per questo test sono un dispositivo di peeling standard a 90° o un dispositivo di peel pneumatico specificamente progettato per testare l'adesione degli elettrodi. I dispositivi pneumatici di peeling a 90° offrono una migliore ripetibilità e produttività, aiutando al contempo l'operatore a posizionare e allineare i campioni in modo coerente a 90°. Per l'attrezzatura superiore, i morsetti pneumatici ottimizzano la produttività e la ripetibilità e sono consigliati per testare materiali delicati.

Test di adesione
I ricercatori sostengono l'uso del test di adesione come un altro metodo per testare l'adesione dell'elettrodo-collettore di corrente nelle batterie. Piuttosto che staccare lentamente l'elettrodo dal collettore di corrente, il test di adesione si concentra sulla forza di adesione in un'area predeterminata dell'elettrodo. La velocità di acquisizione dati estremamente elevata, combinata con i dispositivi di test di adesione di ITM-LAB, garantisce risultati e produttività ottimali.

Test della lamina
I fogli di alluminio e rame sono utilizzati come collettori di corrente nelle batterie e sono stati tradizionalmente utilizzati in grandi quantità. Poiché l'industria si sforza di utilizzare la minor quantità di materiale per ottenere la migliore densità di energia in ciascuna batteria, la comprensione delle proprietà meccaniche di ciascuna lamina è fondamentale per garantire la sicurezza e la longevità della batteria. Man mano che le lamine diventano più lunghe, più sottili e più larghe, è necessaria una tecnologia migliorata per affrontare le rughe e gli strappi che possono derivarne. La verifica e il mantenimento delle proprietà meccaniche di questo materiale è fondamentale per ottimizzare la produzione di batterie.

Prove di trazione
La prova di trazione standard è il metodo più appropriato per determinare le proprietà meccaniche di campioni di alluminio e fogli di rame. I morsetti laterali pneumatici forniscono una pressione costante e una produttività rapida per questi materiali ad alto volume e il corretto allineamento del campione è fondamentale per la ripetibilità e la protezione del campione prima del test, poiché le lamine sottili possono essere influenzate da lievi disallineamenti all'interno dei morsetti. Si consiglia di utilizzare un caricatore di campioni di precisione per ridurre la varianza nei risultati dei test, migliorando al contempo l'ergonomia e la sicurezza. ASTM E345-16 viene spesso utilizzato come guida per questo test.

Test automatizzati
Con il continuo aumento della produzione di batterie, i materiali stanno diventando sempre più sottili e la produttività e l'efficienza sono fondamentali per soddisfare la domanda. L'utilizzo di sistemi automatizzati e delle apparecchiature consigliate può soddisfare la domanda di campioni di fogli più sottili, più larghi e più lunghi, liberando al contempo gli operatori e massimizzando la produttività mantenendo risultati ottimali.

Ispezione delle saldature
Le batterie agli ioni di litio e altre batterie a elettroliti liquidi richiedono innumerevoli saldature tra elettrodi, linguette, involucri e celle. Comprendere le modalità di guasto e i punti di forza più comuni di ciascuna saldatura è fondamentale per determinare la durata della batteria. Ogni saldatura deve resistere ai carichi meccanici presenti all'interno di un veicolo o di un dispositivo, che possono usurare la saldatura nel tempo. Ad esempio, i veicoli elettrici sono in continuo movimento e vibrano, il che deve essere preso in considerazione in termini di progettazione e qualità delle saldature.

Test di saldatura di batterie cilindriche
Le batterie cilindriche richiedono più saldature durante l'assemblaggio, tra cui la saldatura della linguetta del catodo al coperchio della batteria, la saldatura della linguetta dell'anodo al fondo della lattina e persino le singole saldature da linguetta a linguetta. Tutti questi richiedono soluzioni di allineamento e presa adeguate per un'elevata produttività e risultati ripetibili.

Ispezione prismatica della saldatura della batteria
La maggior parte delle saldature nelle celle prismatiche si trova tra le linguette del catodo/anodo e ciascun collettore di corrente, nonché all'interno della sbarra collettrice o della batteria stessa. Gli errori possono verificarsi in tutte le posizioni e devono essere controllati per verificarne la coerenza e la durata.

Test di saldatura a celle a sacchetto
Le celle a sacchetto hanno le linguette dell'anodo o del catodo saldate insieme e le linguette saldate ai terminali della batteria. Inoltre, le celle a sacchetto hanno saldature di sbarre che devono essere testate. Sono importanti il corretto allineamento del dispositivo e del campione, nonché soluzioni versatili per diverse dimensioni.

Test aggiuntivi
Man mano che vengono introdotti più componenti e materiali nell'industria delle batterie, ci sono innumerevoli altre caratteristiche che devono essere testate per garantire la qualità, la resistenza, la sicurezza e la longevità di ogni progetto.

Test di rigonfiamento
L'espansione della batteria durante la carica e la scarica è una caratteristica importante che deve essere testata. È risaputo che alcune batterie si espandono e si contraggono solo in minima parte durante il ciclo. Tuttavia, le celle prismatiche e a sacchetto possono mostrare un'espansione e una contrazione significative che devono essere caratterizzate per garantire un uso corretto e la sicurezza di ciascuna batteria.

Test di compressione dello stack
I test di compressione dello stack possono essere utilizzati per replicare al meglio le forze reali e l'abuso meccanico durante la vita di una batteria

Test di compressione della schiuma
L'ampia gamma di piastre di compressione ITM-LAB, abbinata a sensori di spostamento standard o ad alta precisione, può essere utilizzata per caratterizzare completamente il comportamento dei materiali espansi sotto carico. Gli utenti possono utilizzare una serie di piastre di compressione (disponibili in una varietà di dimensioni e forme) per eseguire test di compressione statici o ciclici e acquisire contemporaneamente dati di carico e spostamento locale per testare schiume e gel utilizzati negli assemblaggi di celle e pacchi batteria per veicoli elettrici. Inoltre, è possibile aggiungere una piastra riscaldata all'incudine inferiore per controllare la temperatura della superficie della pressa e un controller a circuito chiuso può essere utilizzato per controllare la temperatura della piastra riscaldata e inviare la lettura della temperatura effettiva al software di test.

Prove di taglio a sovrapposizione
Gli utenti di ITM-LAB possono scegliere tra morsetti manuali o pneumatici per eseguire l'importante test di taglio a sovrapposizione per caratterizzare la forza di adesione di adesivi e saldature utilizzati negli assemblaggi di pacchi batteria e moduli. Sono inoltre disponibili soluzioni automatizzate specializzate per allineare lateralmente i morsetti in base alle informazioni del campione di taglio a sovrapposizione da codici a barre o dimensioni misurate.

Test ambientali
Materiali, celle, moduli e pacchi si comportano in modo diverso in base alle mutevoli condizioni ambientali. La camera di prova integrata nel framework di test ITM-LAB consente agli utenti di testare i propri campioni sotto carico, monitorando e controllando l'ambiente dello spazio di test.