Virtual Vehicle Research GmbH ZwickRoell ile akü güvenliğini optimize ediyor
Case Study
- Müşteri: Virtual Vehicle Research GmbH
- Yer: Graz, Avusturya
- Sektör: Otomotiv
- Konu: Batarya güvenliğini kontrol edin: Sonlu eleman hücre simülasyon modellerinin parametrelendirilmesi için pil hücresi bileşenlerinin mekanik karakterizasyonu
Temmuz 2024
Virtual Araç Araştırma GmbH, deformasyon sırasında hücre bileşenlerinin malzeme davranışını tam olarak tanımlayan FE hücre simülasyon modelleri için parametreler oluşturmak amacıyla ZwickRoell ölçüm teknolojisini kullanıyor. Pratik kullanım: Bu modeller dahili kısa devreleri tahmin etmek ve böylece akü güvenliğini artırmak için kullanılır. Ve mekanik testlerin sonuçları, akü hücrelerinin çarpma yükleri altında simüle edilmesinin temelini oluşturur.
Virtual Vehicle Research GmbH geleceğin mobilitesini araştırıyor
Virtual Vehicle Research GmbH araç teknolojisi ve geleceğin mobilitesi konusunda uzmanlaşmış uluslararası bir araştırma ve geliştirme merkezidir. Graz'da (Avusturya) kurulan şirket, yenilikçi teknolojiler ve yöntemler geliştirmek için endüstriyel ortaklar, üniversiteler ve araştırma kurumlarıyla birlikte çalışıyor. Odak noktası, geliştirme süreçlerinin dijitalleştirilmesi ve sanallaştırılması, araçların güvenliği ve verimliliği ile sürdürülebilir hareketliliktir.
Virtual Vehicle Research GmbH'nin temel yetkinlikleri arasında araç bileşenlerinin simülasyonu ve doğrulanması, destek sistemlerinin geliştirilmesi ve aktarma organlarının optimizasyonu yer almaktadır. Disiplinlerarası araştırmalara ve pratik çözümlere odaklanan şirket, otomotiv sektörünün daha da gelişmesine önemli katkı sağlıyor ve akıllı ve çevre dostu mobilite konseptlerine doğru dönüşümü destekliyor.
ZwickRoell'in batarya güvenliğini test etme konusunda en üst düzey yetkinlikleri
- Batarya güvenliği testleri için tekrarlanabilir test sonuçları üretmek
- Test cihazlarının hassasiyeti ve ölçüm doğruluğu
- Zaman verimliliğini artırma
- İyi proje ve ortak iletişimi
- Batarya bileşenlerini kullanırken dikkatli olun
- Yenilikçi ürünler ve çözümler.
Görev
Batarya hücreleri: Gerçekçi koşullar altında mekanik bileşen karakterizasyonu
Lityum-iyon pil hücreleri (LIB'ler), toksik ve yanıcı bir sıvı organik elektrolit içerir. Bu elektrolit, iyonların elektrotlar arasında akışını sağlar ve bu nedenle LIB'lerin işlevselliğini sağlamak için önemli bir bileşendir. Esasen elektrolitler, örneğin etilen karbonat (EC) veya dimetil karbonat (DMC) gibi çeşitli organik karbonatlarda çözünen iletken tuza (genellikle lityum heksaflorofosfat) dayanır.
Test edilecek malzemeler için gerçekçi bir ortam yaratmak amacıyla Virtual Araç Araştırma GmbH'nin bileşenleri elektrolitle ıslatılmış durumda test etmesi önemliydi. Test laboratuvarındaki güvenlik düzenlemelerine uymak amacıyla, bu amaçla lityum heksaflorofosfat (LiPF6) içermeyen bir yedek elektrolit kullanıldı.
ZwickRoell'in temel görevi, batarya hücresinin tüm bileşenlerini gerçekçi koşullar altında mekanik olarak karakterize etmekti. Genellikle çok ince (yaklaşık 20 µm) ve esnek olan ayırıcı gibi elektrolitle ıslatılmış numunelerin sıkıştırılması büyük bir zorluktu. Bu her şeyden önce hassasiyet ve sabır gerektiriyordu.
Batarya güvenlik testleri için ZwickRoell çözümü
Mekanik karakterizasyon için çekme ve basma testleri
İlk görev uygun hücre bileşeni örneklerini hazırlamaktı. Bunu yapmak için ZwickRoell, bir delme aleti kullanarak dikdörtgen ayırıcı numuneleri kesiyor Odak noktası seramik kaplı ayırıcıydı. Bunun nedeni kısa devre önlemedeki anahtar rolüdür. Ayırıcının görevi elektrotları hem elektriksel hem de uzaysal olarak birbirinden ayırmaktır. Ayırıcı numuneleri bir yandan kuru durumda, diğer yandan elektrolite batırılmış ("ıslak") durumda test edildi. Bu testler sayesinde ayırıcıların farklı arıza davranışları ortaya konulabilmiştir.
Basma testlerine yönelik numuneler, üst üste yığılmış toplam 100 ayrı katmandan oluşuyordu. Bu yaklaşımın nedeni: Bu, testteki uzunluktaki değişime ilişkin ölçüm doğruluğunu arttırır. Katmanlar arasındaki boşlukları kapatmak için ön gerilme kuvveti uygulandı. Sonuçların tekrarlanabilirliğini sağlamak için test konfigürasyonu başına toplam beş test gerçekleştirildi.
Test cihazı olarak Xforce 100 kN kuvvet transdüserine sahip ZwickRoell Z100 AllroundLine kullanıldı. Basma testinde yer değiştirme, makinenin sertliği dikkate alınarak çapraz yer değiştirme ölçüm sistemi kullanılarak ölçülmüştür. Çekme testlerinde uzama ölçmek için bir video ekstensometre kullanıldı.
“Test verileriyle birlikte derhal teslim edilen kapsamlı ve profesyonelce hazırlanmış test raporu özel bir övgüyü hak ediyor. Bu rapor, hem münferit batarya bileşenlerinin dikkatli kullanımını hem de test cihazlarının yüksek hassasiyetini yansıtmaktadır. ZwickRoell'in test mühendisleri, gerçek çevre koşullarını taklit eden elektrolitle ıslatılmış durumdaki çok ince hücre bileşenleri ile ilgili büyük zorluklara rağmen, tekrarlanabilir ve güvenilir test sonuçları üretmeyi başardılar.”
Dr. Patrick Kolm, Kıdemli Araştırmacı │ Batarya Çarpışma Güvenliği
Sonuç
Ayırıcıların mekanik deformasyon davranışına ilişkin bulgular
Çekme testleri:
Çekme hızının (10 mm/dak, 100 mm/dak ve 500 mm/dak) etkisine ek olarak Şekil 1, örnek olarak enine yönde test edilen ayırıcı numuneler üzerinde elektrolitin etkisini göstermektedir. Test edilen “ıslak” separatörler, testten hemen önce bir yedek elektrolit banyosundan (dietilen karbonat ve etilen karbonat karışımı) alınmıştır. Test sonuçları “ıslak” separatör numunelerinin “kuru” numunelerden daha yüksek bir sertliğe sahip olduğunu göstermektedir.
Genel olarak, elektrolit emdirilmiş seramik kaplı separatörlerin çekme gerilimine maruz kaldıklarında daha yüksek bir sertliğe sahip oldukları gözlemlenebilir. Separatörün Al2O3 ile kaplanması yüzeyin pürüzlü ve gözenekli bir yapı oluşturmasına neden olmaktadır. Daha yüksek deformasyon direncinin olası bir nedeni, yapışma kuvvetlerine dayanan kaplama ve elektrolit arasındaki etkileşim olabilir.
Druckversuche:
Şekil 2, elektrolitin ayırıcı yığının mekanik deformasyon davranışı üzerindeki etkisini göstermektedir. Daha önce bir ikame elektrolit (dietilen karbonat ve etilen karbonat karışımı) ile ıslatılmış ayırıcı yığını ile “kuru” bir yığının kuvvet-yer değiştirme eğrilerinin karşılaştırmasını göstermektedir Test sonuçları, “ıslak” ayırıcı yığınının “kuru” yığına göre önemli ölçüde daha düşük bir kuvvet artışı ürettiğini göstermektedir. Genel olarak elektrolite batırılmış ayırıcıların basınç yükü altında daha düşük sertliğe sahip olduğu gözlemlenebilir. Bu bulgular, hücre simülasyon modelinde ayırıcının gerçekçi bir parametrelendirilmesi için yöne bağlı karakterizasyonun gerekli olduğunu doğrulamaktadır.
Görünüm:
Virtual Araç ve ZwickRoell arasındaki işbirliği, yenilikçi ölçüm yöntemlerinin kullanılması yoluyla basınç yükleri altında hücre bileşenlerinin mekanik karakterizasyonu açısından şu anda daha da derinleştirilmektedir. Bilimsel bir çalışmanın parçası olarak, yüksek hassasiyetli ZwickRoell ölçüm teknolojisi, simülasyon için malzeme veri kalitesini sürekli olarak iyileştirmek amacıyla çok ince (μm aralığı) tek katmanlı bileşen numunelerinin basınç yükü altında karakterizasyonuna olanak sağlamayı amaçlamaktadır.
