Industrie des nouvelles énergies

Test de batterie de véhicule électrique
Solutions de cellules, de modules et de packs de batteries pour véhicules électriques

Alors que l’industrie automobile mondiale s’oriente vers l’électrification, les fabricants de batteries sont soumis à une pression sans précédent pour innover et évoluer. Les ingénieurs de l’ITM-LAB travaillent en étroite collaboration avec les leaders de l’industrie pour répondre à la demande croissante de batteries plus petites, plus légères et plus puissantes. Les défis actuels comprennent le développement de méthodes d’essai et de montages personnalisés pour les applications d’essai de batteries, ainsi que l’amélioration du débit et de l’efficacité dans les laboratoires de contrôle de la qualité. En tant que leader mondial de l’industrie des essais de matériaux, ITM-LAB est particulièrement bien placé pour répondre aux besoins des laboratoires d’essais de batteries du monde entier, en fournissant une assistance locale réactive et dans la langue locale, offrant une gamme complète de services, y compris l’installation, l’étalonnage, la formation, les mises à niveau des machines sur site et tout besoin de service dans le processus pour minimiser les temps d’arrêt.

Essais de matériaux et de composants
Les batteries sont constituées d’une variété de matériaux, d’adhésifs, de soudures et de structures de composants qui nécessitent des tests complets. En plus de notre large gamme de poignées et de fixations standard pour les tests de batteries, ITM-LAB développe des fixations personnalisées spécialement conçues pour améliorer l’efficacité et la répétabilité des tests de matériaux et de composants de batteries. Notre groupe de solutions d’ingénierie peut rapidement réaliser la conception des fixations de batterie pour répondre à des besoins spécifiques.

Test de séparateur
Les séparateurs sont un composant essentiel des batteries lithium-ion ainsi que d’autres batteries à électrolyte liquide. Les polymères utilisés dans ces séparateurs doivent être suffisamment solides pour résister à l’opération d’enroulement pendant l’assemblage et au placage inégal du lithium sur l’anode en raison d’une utilisation intensive. Des matériaux de séparation plus sûrs et plus résistants peuvent empêcher plus efficacement le contact entre l’anode et la cathode, tandis que des matériaux plus minces aident à réduire le poids de chaque cellule et à augmenter la densité d’énergie.

Essais de perforation
Les tests de perforation du séparateur sont essentiels pour garantir la sécurité et la longévité de chaque cellule tout au long du cycle de vie de la batterie. Le séparateur doit être suffisamment solide pour résister aux perforations des dendrites formées en raison d’une utilisation intensive. Pour cette application, il est essentiel d’assurer une tension et un alignement appropriés de l’échantillon et de l’alignement de la sonde supérieure. Les tests sont similaires à ceux de la norme EN 14477 et de la norme ASTM F1306.
Des pinces anti-crevaison manuelles et pneumatiques sont disponibles pour répondre aux normes telles que EN 14477, ASTM F1306, etc. Les mâchoires pneumatiques assurent une force de serrage reproductible et un débit plus élevé. L’intégration dans les systèmes existants est aussi simple que l’installation de mâchoires pneumatiques.

Essais de traction
L’essai de traction est utilisé pour s’assurer que le séparateur peut résister à toutes les manipulations mécaniques pendant la fabrication et pendant toute la durée de vie de la batterie. Il est essentiel d’assurer l’alignement, l’insertion et le serrage corrects de l’échantillon pour obtenir une répétabilité et un débit optimaux, ainsi que pour éviter d’endommager l’échantillon avant le test. Nous vous recommandons d’utiliser un chargeur d’échantillons de précision pour réduire la variabilité des résultats d’analyse tout en améliorant l’ergonomie et la sécurité. Les essais sont similaires à ceux de la norme ASTM D882 et de la norme ISO 527-3.

Essai de coefficient de frottement
Un enroulement serré crée une charge mécanique entre le séparateur et le revêtement de l’électrode, il est donc important de comprendre le coefficient de frottement entre les deux surfaces. Une meilleure compréhension du coefficient de frottement garantit un processus d’enroulement correct dans la production. Les normes ISO 8295 et ASTM D1894-14 sont couramment utilisées comme lignes directrices pour ces essais.

Résistance à la perforation aux chocs
Le choix des matériaux de séparation est essentiel à l’intégrité de la batterie, car tout problème de performance mécanique peut augmenter la probabilité de courts-circuits internes, entraînant un emballement thermique. Les tests de résistance à la perforation aux chocs sont essentiels pour sélectionner le matériau le plus performant, tout en réduisant l’épaisseur et le poids.

Tests automatisés
Les systèmes automatisés d’ITM-LAB portent les tests de batteries à un nouveau niveau de productivité. Alors que la production de batteries continue d’augmenter, le débit et l’efficacité sont essentiels pour répondre à la demande. L’utilisation de systèmes automatisés et d’équipements recommandés pour chaque application peut libérer les opérateurs et maximiser la production tout en maintenant des résultats optimaux.

Test d’électrodes

L’un des modes de défaillance les plus courants pour les batteries est la fissuration ou le décollement du revêtement du matériau de l’électrode du collecteur de courant. Cette fissuration ou décollement est souvent causée par la charge et la décharge constantes de la batterie et les charges mécaniques d’utilisation. Il est essentiel de comprendre la force d’adhérence et la longévité de l’électrode pour s’assurer que la batterie ne tombe pas en panne avant la fin de sa durée de vie prévue.

Test de pelage à 180 degrés

Le test de pelage à 180° est une méthode couramment utilisée pour déterminer la résistance de la liaison électrode-collecteur de courant. En raison des avantages mécaniques et de l’alignement facile du dispositif de pelage, cet essai peut être effectué à l’aide de mâchoires et de cellules de charge à faible force. Il est préférable d’envisager l’utilisation de mâchoires pneumatiques et de substrats métalliques pour garantir un débit élevé et un pelage à 180° approprié pour chaque test.

Test de pelage à 90 degrés
Le test de pelage à 90° est une autre méthode courante pour tester l’adhérence de l’électrode de la batterie. L’essai de pelage à 90° a généralement une charge légèrement plus élevée que l’essai de pelage à 180° et peut être mis en place plus rapidement car il ne nécessite généralement pas de substrat. Les solutions les plus courantes d’ITM-LAB pour ce test sont soit un dispositif de pelage standard à 90°, soit un dispositif de pelage pneumatique spécialement conçu pour tester l’adhérence des électrodes. Les dispositifs pneumatiques de pelage à 90° offrent une meilleure répétabilité et un meilleur débit tout en aidant l’opérateur à positionner et à aligner de manière cohérente les échantillons à 90°. Pour le montage supérieur, les mâchoires pneumatiques optimisent le débit et la répétabilité et sont recommandées pour tester des matériaux délicats.

Essais d’adhérence
Les chercheurs soutiennent l’utilisation des tests d’adhérence comme une autre méthode pour tester l’adhésion de l’électrode au collecteur de courant dans les batteries. Plutôt que de décoller lentement l’électrode du collecteur de courant, les tests d’adhérence se concentrent sur la force d’adhérence sur une zone d’électrode prédéterminée. Le taux d’acquisition de données extrêmement rapide combiné aux dispositifs de test d’adhérence d’ITM-LAB garantit des résultats et un débit optimaux.

Test de feuille
Les feuilles d’aluminium et de cuivre sont utilisées comme collecteurs de courant dans les batteries et ont traditionnellement été utilisées en grandes quantités. Alors que l’industrie s’efforce d’utiliser le moins de matériaux possible pour obtenir la meilleure densité d’énergie dans chaque batterie, il est essentiel de comprendre les propriétés mécaniques de chaque feuille pour garantir la sécurité et la longévité des batteries. À mesure que les feuilles deviennent plus longues, plus fines et plus larges, une technologie améliorée est nécessaire pour lutter contre les plis et les déchirures qui peuvent en résulter. La vérification et le maintien des propriétés mécaniques de ce matériau sont essentiels pour optimiser la production de batteries.

Essais de traction
L’essai de traction standard est la méthode la plus appropriée pour déterminer les propriétés mécaniques d’échantillons de feuilles d’aluminium et de cuivre. Les mâchoires latérales pneumatiques fournissent une pression constante et un débit rapide pour ces matériaux à grand volume, et un bon alignement des échantillons est essentiel pour la répétabilité et la protection des échantillons avant les essais, car les feuilles minces peuvent être affectées par de légers désalignements à l’intérieur des mâchoires. Nous vous recommandons d’utiliser un chargeur d’échantillons de précision pour réduire la variance des résultats de test tout en améliorant l’ergonomie et la sécurité. La norme ASTM E345-16 est souvent utilisée comme guide pour cet essai.

Tests automatisés
À mesure que la production de batteries augmente, les matériaux deviennent plus minces, et le débit et l’efficacité sont essentiels pour répondre à la demande. L’utilisation de systèmes automatisés et d’équipements recommandés peut répondre à la demande d’échantillons de feuilles plus minces, plus larges et plus longs tout en libérant les opérateurs et en maximisant le débit tout en maintenant des résultats optimaux.

Inspection des soudures
Les batteries lithium-ion et autres batteries à électrolyte liquide nécessitent d’innombrables soudures entre les électrodes, les languettes, les boîtiers et les cellules. Comprendre les modes de défaillance et les forces les plus courants de chaque soudure est essentiel pour déterminer la durée de vie de la batterie. Chaque soudure doit résister aux charges mécaniques que l’on retrouve à l’intérieur d’un véhicule ou d’un appareil, ce qui peut user la soudure au fil du temps. Par exemple, les véhicules électriques sont constamment en mouvement et vibrants, ce qui doit être pris en compte en termes de conception et de qualité des soudures.

Essai de soudure de batterie cylindrique
Les batteries cylindriques nécessitent plusieurs soudures lors de l’assemblage, notamment la soudure de la languette de cathode au couvercle de la batterie, la soudure de la languette d’anode au fond de la boîte et même des soudures individuelles de languette à languette. Tous ces éléments nécessitent des solutions d’alignement et de préhension appropriées pour un débit élevé et des résultats reproductibles.

Inspection de la soudure de la batterie prismatique
La majorité des soudures dans les cellules prismatiques se trouvent entre les languettes de cathode/anode et chaque collecteur de courant, ainsi qu’à l’intérieur du jeu de barres ou de la batterie elle-même. Des défaillances peuvent se produire dans tous les endroits, et leur cohérence et leur durabilité doivent être vérifiées.

Essai de soudure de cellule de poche
Les cellules de poche ont les languettes d’anode ou de cathode soudées ensemble et les languettes soudées aux bornes de la batterie. De plus, les cellules de poche ont des soudures de jeu de barres qui doivent être testées. Il est important d’avoir un bon alignement des fixations et des échantillons, ainsi que des solutions polyvalentes pour différentes tailles.

Tests supplémentaires
À mesure que de plus en plus de composants et de matériaux sont introduits dans l’industrie des batteries, d’innombrables autres caractéristiques doivent être testées pour garantir la qualité, la résistance, la sécurité et la longévité de chaque conception.

Test de gonflement
L’expansion de la batterie pendant la charge et la décharge est une caractéristique importante qui doit être testée. Il est bien connu que certaines batteries se dilatent et ne se contractent que très peu pendant le cyclisme. Cependant, les cellules prismatiques et les cellules de poche peuvent présenter une expansion et une contraction importantes qui doivent être caractérisées pour assurer une utilisation correcte et la sécurité de chaque batterie.

Essais de compression de cheminée
Les tests de compression de pile peuvent être utilisés pour reproduire au mieux les forces réelles et les abus mécaniques pendant la durée de vie d’une batterie

Essais de compression de mousse
La large gamme de plateaux de compression d’ITM-LAB, associée à des capteurs de déplacement standard ou de haute précision, permet de caractériser pleinement le comportement des matériaux en mousse sous charge. Les utilisateurs peuvent utiliser un ensemble de plateaux de compression (disponibles dans une variété de tailles et de formes) pour effectuer des essais de compression statiques ou cycliques et acquérir simultanément des données de charge et de déplacement local pour tester les mousses et les gels utilisés dans les assemblages de cellules et de packs de batteries de VE. De plus, une plaque chauffante peut être ajoutée à l’enclume inférieure pour contrôler la température de la face de la presse, et un contrôleur en boucle fermée peut être utilisé pour contrôler la température de la plaque chauffée et transmettre la lecture de la température réelle au logiciel de test.

Essai de cisaillement par recouvrement
Les utilisateurs de l’ITM-LAB peuvent choisir entre des mâchoires manuelles ou pneumatiques pour effectuer l’important test de cisaillement par recouvrement afin de caractériser la force d’adhérence des adhésifs et des soudures utilisés dans les assemblages de batteries et de modules. Des solutions automatisées spécialisées sont également disponibles pour aligner les mâchoires latéralement en fonction des informations de l’échantillon de cisaillement par recouvrement à partir de codes-barres ou de dimensions mesurées.

Essais environnementaux
Les matériaux, les cellules, les modules et les emballages se comportent différemment dans des conditions environnementales changeantes. La chambre d’essai intégrée dans le cadre d’essai ITM-LAB permet aux utilisateurs de tester leurs échantillons sous charge tout en surveillant et en contrôlant l’environnement de l’espace d’essai.