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使用石墨烯基传感器的高分辨率电池映射图片

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-04-01
 
使用石墨烯基磁传感器的一种新型改变规则的分析方法使电池映射过程更加高效和准确。

锂离子电池的设计在不断发展,人们正在努力加快充电时间,并将更多的能量存储容量装入更紧凑的空间。但对于电池制造商、回收商和经销商来说,要利用这项技术提供的商业机会,他们需要访问他们为客户群开发的电池的详细数据。这将帮助他们实现产品差异化,确保提高质量和可靠性水平,提高产量,提高销售收入。

目前,可用于开展电池分析的技术还达不到理想标准,这给供应商带来的很大阻碍。需要一个新的、更先进的方法展开详细研究,希望此方法可以做到快速简单且效益高。

电池制造商和回收商基本上想要的是:

· 生产制造具有竞争优势的优质产品。

· 在最少的停机时间内,持续保持高产,以满足客户需求。

· 通过控制成本以及提高收益,提高运营效率。

· 获得电池性能和质量最佳的声誉。

更好的电池映射将产生多大的影响 

详细的电池映射将可提供多种用途。根据制造商集成到电池中的电池数据,他们将可以更好的了解这些电池的内部情况,而不必依赖理论建模。

在最初的发展阶段,电池制造商通常会评估来自不同供应商的电池。他们将观察电流密度数据,以便于了解集成到电池中的性能。这将使他们能够在确保安全运行(避免热失控等)的同时,观察这些电池可以运行多久。如果试验一项新的设计,他们希望可以看到正在使用的电池会受到什么影响。最终,一旦投入全面生产,则需要接受生产线终端测试,以检查是否能够达到期待的质量。

除此之外,回收业务一直在增长,公司需要更好的电池分析。当那些在电动汽车中的电池的容量降至原始容量的75%至80%时,那么这些电池将被改变用途。这些电池可以用在家用太阳能电池板系统或商业场所、学校或医院等调峰装置中。但是,在电池回收商转售这些电池之前,必须仔细检查收到的电池,评估它们是否适合二次使用。这将使他们能够找出任何影响能量存储的障碍,并确定需要处理的安全问题。 

目前,锂离子电池的分析要么是通过分布在电池周围的温度传感器间接测量电流密度得出的,要么是通过连接在总线上的分流电阻测量进出电池的电流得出的。然而,从这些方法得到的数据提供的是一个不完整的画面。

从温度传感器得到的有意义的数据需要更久,因为检测温度变化需要更大的电流密度变化。通过分流电阻的电流测量也存在缺点,因为这些装置只能放置在电池的某些点上。这意味着电池性能的整体可视性非常有限,运行速度也较慢,当测试设备出现故障时增加停机时间。

高分辨率实时数据    

石墨烯基磁传感器采用了一种不同的电池映射方法。这种方法克服了传统技术的缺点,可以更加精确地看到电池内部动态。通过整个供应链,可以看到电池供应商、电池制造商以及电池回收商都可以从中获益。Paragraf是一家致力于开发石墨烯基磁传感器的公司。

Paragraf的石墨烯霍尔传感器(GHS)源自专有的直接沉积工艺,可以避免污染和结构完整性问题,GHS中传感元件由厚度仅0.34纳米的石墨烯单层构成。这些传感元件的二维特性是消除传统三维硅基霍尔传感器中存在的‘平面霍尔反应’(‘Planar Hall Effect’)。因此,GHS的性能不受杂散面内电磁场的影响。由于可以实现高磁场分辨率,即使电流密度变化相对较小的话,也可以很快查出。这意味着在颗粒级水平产生的磁场是可以测量的,以实时确定任何电流密度波动。

由于分流电阻器和磁通门器件的尺寸或功能,可能会受到安装限制,GHS传感器的紧凑性可以明显提高空间准确度(传感元件仅占1.3平方毫米)。这使得这些传感器更容易放置在整个电池的多个不同点上,从而能够对电池进行更全面的评估。GHS方法还提供更大的内置冗余。如果传感器出现故障,那么系统内的其他部分还是可以继续工作的。只需要更换这个有故障的传感器节点,而非所有节点,就像分流电阻器一样。

 

使用Pararaf GHS阵列启动器套件,可以将电池测试与分析整合到现有的测试设备中。

加快测试程序

通过GHS传感器可以更快完成数据采集,所以测试可以在更短的时间内完成,这意味着可以有更快周转周期和更大的生产量。GHS还可以更快地响应如电流短路等严重安全问题,并快速关闭电池电路。

GHS传感器可以覆盖电池分析所需的所有测量工作,而其他传感器仅处理特定方面。因此,不再需要为不同功能使用不同类型的传感器。这大大简化了测试设置,使一切都更加标准化。首先,测试设备的资本投资减少。其次,技术人员在测试(改变设置)之间所需要的准备时间可以缩短,因此每天可以进行更多的测试,提高生产率。这还意味着可以消除因在不同传感器之间交换而产生的错误。   

由于GHS传感器可以不断更新的高度详细的信息,电池设计者将可以更好的调整设计概念。原始设备制造商能够将储存更多能量、运行更长时间、充电更快、体积更小、重量更轻的电池推向市场,所有这些都将使由电池供电的产品更方便终端消费者使用。

所有的改进都将使这些电池与那些竞争电池不同,制造商增加这些电池的市场渗透率。由于优化设计可以在更短的时间内完成,制造商将能够更快地利用时机。 

前景

GHS是一种适用于电池供应链上所有关键参与者的解决方案。电池经销商可以在研究阶段通过GHS映射,所以他们可以确保整个电池的电流分布均匀,并且没有热点或其他异常。一旦这些单元电池整合到一起,电池制造商可以做一次调查。整合数据后,制造商可以与合作的电池经销商提供有价值的信息。这种反馈回路可以使制造商与供应商共同协作,根据市场需求创新和开发产品。

通过更快地完成测试过程,回收商也收获颇多。他们可以用更少的时间来鉴定希望重新利用的电池。电池可以更快的分配到客户手中,从而更快地产生收入。此外,更好的了解这些电池的参数、公差等,很大一部分电池都将可以重复使用。回收商对他们销售产品的质量更有自信,并为他们打开潜在的新市场。

 

中国化学与物理电源行业协会 杨柳翻译

2022.3.29

 
关于我们:中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写:CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的全国性、行业性、非营利性的社会组织。协会成立于1989年12月,现有530多家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会、储能应用分会、动力电池应用分会和电池隔膜分会等十个分支机构。
本会专业范围包括:铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池、锌锰碱锰电池、锂一次电池、锂离子电池、太阳电池、燃料电池、锌银电池、热电池、超级电容器、温差发电器及其他各种新型电池、电池系统解决方案,以及各类电池用原材料、零配件、生产设备、测试仪器和电池管理系统等。

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