Vielseitige Batterieanalysatoren von AMETEK Scientific Instruments werden in der angewandten Forschung und Entwicklung sowie in der Produktion eingesetzt, wo sie wiederholbare Testsequenzen über längere Zeiträume ermöglichen
Modernste Technologien, die alle Aspekte von Kosten, Leistung und Innovation abdecken. Das ist das Mantra des Produktentwicklungsteams von Wissenschaftliche Instrumente von AMETEK (AMETEK SI), der US-amerikanische Hersteller von Spezialtestsystemen für elektrochemische Studien und Batteriecharakterisierung. Wenn Sie etwas hineinzoomen, sind auch die betrieblichen Bezugspunkte deutlich zu erkennen. Im Mittelpunkt steht ein kosmopolitischer Kundenmix – der akademische Forschung, Industrie-F&E und Serienfertigung umfasst – sowie ein umfassendes elektrochemisches Portfolio – Batteriecycler, Potentiostaten, Galvanostaten, Frequenzganganalysatoren und vieles mehr an zusätzlicher Hardware und Software.
Ausrichtung ist alles, denn AMETEK SI-Endbenutzer und -Produkte werden synchron in einer Vielzahl von Test- und Messanwendungen abgebildet – Energiespeichersysteme, physikalische Elektrochemie, Korrosionswissenschaft, biomedizinische Geräte und Festkörpermaterialien – und bauen auf insgesamt über 100 auf Jahre Technologieführerschaft bei den drei Kernmarken des Herstellers: Princeton Applied Research, Solartron Analytical und Signal Recovery.
Leistung im Laufe der Zeit
Wenn das die Hintergrundgeschichte ist, was ist dann mit dem Jetzt und dem Nächsten auf der Entwicklungs-Roadmap? Kurzfristig unterstreicht die Ausrichtung der Technologieinnovation an den sich entwickelnden Anforderungen der Endbenutzer die neuesten Produktangebote von AMETEK SI: die SI-6200 und SI-9300R Batteriecycler für Forschungs- und Produktionstests von fortschrittlichen Batterien für Anwendungen in Mobiltelefonen, PCs, Elektrofahrzeugen (EVs) und dergleichen. Kurz gesagt, diese leistungsstarken Batterie-Cycler ermöglichen es Forschern und Herstellern, die Vorzüge neuartiger Batteriechemien und -materialien zu vergleichen, indem wiederholbare Zyklentests über längere Zeiträume (mehrere Wochen bis mehrere Monate) durchgeführt werden, um die Lebensdauerleistung entlang mehrerer Koordinaten zu validieren.
Daher ermöglichen AMETEK SI-Batteriezykler alle Arten von Testfunktionen: Konstantstrom, Konstantspannung (CC-CV); konstante Leistung (CP); konstanter Widerstand (CR); Cyclovoltammetrie (CV); sowie eine Reihe von Schemata für schnelle Impulse und Spannungs-/Stromrampen. Auch fortschrittliche Diagnosemodalitäten sind im Einsatz, darunter elektrische Impedanzspektroskopie (EIS), eine zerstörungsfreie Technik zur sogenannten „State-of-Charge“-Analyse (SOC) und Früherkennung von Fehlern innerhalb der Batterie; Zyklustests mit städtischen Fahrprofilen (willkürliche Wellenformen) zur Simulation der realen Umgebung, denen Batteriezellen in Elektrofahrzeuganwendungen ausgesetzt sind; und Differenzkapazitätsanalyse, um den Gesundheitszustand (State of Health, SOH) und strukturelle Veränderungen in Batteriematerialien über wiederholte Lade-/Entladezyklen zu verfolgen.
Das SI-6200ist seinerseits für den Test von Batteriematerialien der nächsten Generation, Superkondensatoren und Mikrobrennstoffzellen mit bis zu 200 mA/10 V pro Kanal ausgelegt. Zu den Hauptmerkmalen des Analysators gehören: eigenständiger Betrieb mit stapelbaren 10-Kanal-Modulen (oder schrankbasiert); schnelle Datenerfassungsgeschwindigkeiten (Tausende Messungen pro Sekunde über alle Kanäle); und die Einbindung hochauflösender 24-Bit-Konverter (um eine frühzeitige Erkennung kleiner Unterschiede im Zellverhalten zu ermöglichen).
„Aufgrund des relativ geringen Stroms pro Kanal ist der SI-6200 konzentriert sich in erster Linie auf das Testen von Prototypen von Knopfzellen und kleinen Energiespeichergeräten“, erklärt Massimo DeSantis, Division Vice President von AMETEK Advanced Measurement Technology (AMT), einer breiteren Geschäftseinheit, zu der auch AMETEK SI gehört. „Diese Geräteentwicklung und -prüfung in der Anfangsphase stellt den ‚Sweet Spot‘ der Anwendung dar, obwohl der Cycler auch in einer Produktionsumgebung verwendet werden kann.“
Bemerkenswert ist, dass die EIS-Fähigkeit, die zuvor auf akademische Forschungsumgebungen beschränkt war, nun auf industrielle Forschung und Entwicklung sowie Produktionstests übergeht. Es ist nicht schwer zu verstehen, warum. Zunächst einmal ermöglicht EIS eine detaillierte Analyse von Widerstand, Kapazität und Impedanz bei verschiedenen Frequenzen, um die elektrische Reaktion einer Batterie zu verfolgen. Diese frequenzabhängigen Erkenntnisse werfen Licht auf verschiedene Leistungsprobleme – darunter Nebenreaktionen, Elektrodenabbau, Elektrolytalterung und SOH-Abbau.
Darüber hinaus ist EIS eine nicht-invasive Technik, die eingesetzt werden kann in-situ oder Echtzeitüberwachung ohne Unterbrechung des normalen Betriebsmodus der Batterie. Das ist ein großer Gewinn und bedeutet, dass Hersteller EIS-Messungen an Batterien in verschiedenen Phasen der Produktion durchführen können, um eine gleichbleibende Leistung sicherzustellen und etwaige Mängel oder Anomalien frühzeitig im Herstellungsprozess zu erkennen (wenn Arbeitsablaufeffizienz und Gerätezuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung sind).
Fortschritte der Macht
Durch Erweiterung, die SI-9300R Batteriecycler – der „große Bruder“ des SI-6200 – ist zum Testen von Hochleistungsbatterien, Brennstoffzellen und Elektrolyseuren mit bis zu 10 V/200 A konzipiert. Dabei ist jeder Kanal des SI-9300R Führt die gleichen Grundfunktionen aus wie das SI-6200 – mit integrierter EIS-Fähigkeit – jedoch mit zusätzlichen Funktionen, die sich an Entwickler von Elektrofahrzeugbatterien und sogenannten „Second Life“-Batterien für Elektrofahrzeuge richten (die das Ende ihrer „Automobillebensdauer“ erreicht haben und eine Restkapazität von etwa 70–80 haben). %).
Wie sein Schwesterprodukt, das SI-9300R ist modular und skalierbar – mit verschiedenen Schrankoptionen (42U und 24U), die über mehrere PCs gesteuert und überwacht werden können – während bis zu fünf Kanäle parallel geschaltet werden können, um Tests bis zu 1000 A zu ermöglichen. „Wir prüfen Anwendungen in der industriellen Forschung und Entwicklung sowie in allen Forschungsumgebungen, die sich mit fortgeschrittenen Prototypentests von Hochleistungsbatterien und Brennstoffzellen befassen“, bemerkt DeSantis.
Ein wesentlicher Aspekt der SI-9300R ist die Implementierung eines regenerativen Energiemanagements, das nach Angaben des Produktteams zu einer bis zu fünffachen Platzersparnis und einer Einsparung von 5 % der jährlichen Betriebskosten im Vergleich zu herkömmlichen Batteriecyclern führen kann. Ohne einen solchen aktiven Eingriff muss viel Wärme abgeführt werden, wenn die Zellen auf mehreren Kanälen entladen werden – und das bedeutet zusätzlichen Platz für die Kühlsysteme im Inneren des Analysators. Im SI-9300RDer Strom wird jedoch intern zwischen Kanälen umgewälzt, die gleichzeitig entladen und laden.
Mittlerweile ist die Systemzuverlässigkeit ein Hauptanliegen für Endbenutzer von Batterie-Cycling-Geräten – das Ziel ist ein wirklich autonomer Zyklus dieser Batterietestsequenzen. In diesem Sinne sind sowohl die SI-6200 und SI-9300R Verlassen Sie sich auf die patentierte Direct-to-Disk-Technologie von AMETEK SI, um einen sichereren und robusteren Ansatz für die Datenerfassung und -speicherung zu gewährleisten. Vereinfacht ausgedrückt: Die Daten des Batteriecyclers werden direkt auf einem Festplattenlaufwerk gespeichert – kein Zwischen-PC –, um das Risiko eines Datenverlusts zu minimieren.
All dies wird verstärkt durch Aspire Energy-Software – die „Seele der Batterieanalysatoren“ von AMETEK – die eine vollständig integrierte Testumgebung für die Verwaltung von Cyclern, Klimakammern, Datenloggern und Zusatzgeräten bietet. Da Produktentwicklungsteams häufig über die ganze Welt verteilt sind, ermöglichen die gemeinsam nutzbaren Bibliotheken von Aspire die Vorkonfiguration und gemeinsame Nutzung von Tests, Diagrammen und Datenanalysen durch alle Benutzer, um die Konsistenz der Ergebnisse sicherzustellen.
Aus betrieblicher Sicht ist es von Bedeutung, dass AMETEK SI darauf besteht, vom Unternehmen geschulte Außendiensttechniker einzusetzen, um die Installation, Inbetriebnahme und Abnahme seiner Batteriecycler im Labor oder in der Testanlage des Kunden zu unterstützen. „Unsere Beweggründe sind klar“, schließt DeSantis. „Es geht darum, einen reibungsloseren Onboarding-Prozess, eine schnellere Lösung technischer Fragen und ein Schulungsprogramm zu priorisieren, das darauf ausgerichtet ist, stets zufriedene Endbenutzer zu liefern.“
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- Quelle: https://physicsworld.com/a/battery-cyclers-shedding-light-on-the-detail-of-electrochemical-materials-and-devices/
