Was sindPlatin-Widerstands-Temperaturdetektoren?
Wenn Sie dies lesen, wissen Sie wahrscheinlich bereits, dass es bei Batterien auf die Temperatur ankommt. Aber eines sagen Ihnen die meisten Menschen nicht: Die RICHTIGE Temperatur zu bestimmen ist viel schwieriger, als es sich anhört, und eine falsche Temperatur wird Sie teuer zu stehen kommen. Eine Menge.
Das haben wir 2019 auf die harte Tour gelernt. Einer unserer Gabelstaplerflottenkunden in Nordchina hatte 40+ Einheiten, die unsere Batteriepakete betrieben. Der Winter hat Einzug gehalten, die Temperaturen sind auf -25 Grad gefallen und plötzlich erhalten wir um 2 Uhr morgens Anrufe. LKWs laden nicht. BMS gibt ständig Warnungen zu über-temperierten Temperaturen aus. Bei minus fünfundzwanzig. Ja.
Es stellte sich heraus, dass die von uns verwendeten NTC-Thermistoren bei kaltem Wetter um fast 8 Grad schwankten. Das BMS dachte, die Zellen würden überhitzen, während sie tatsächlich einfroren. Ladegeräte abgeschaltet. Die gesamte Flotte liegt tot im Lager. Die Strafen, die Ersatzkosten, die Flüge, um sich persönlich zu entschuldigen ... Sagen wir einfach, jemand in unserem Unternehmen hat diesen Vertrag zur Erinnerung noch an der Wand hängen. Hat uns über 2 Millionen RMB gekostet.
Da schlug unser Chef im wahrsten Sinne des Wortes mit der Hand auf den Tisch und sagte: „Von nun an gibt es auf allem Platin-RTD, und wenn jemand noch einmal NTC vorschlägt, um Geld zu sparen, kommt das aus seinem Bonus.“
Also ja. Deshalb schreiben wir das. Nicht weil Platin-RTDs schick sind. Weil wir Verbrennungen erlitten haben (ironischerweise durch schlechte Temperaturwerte) und wir das nicht noch einmal tun.
Die Grundlagen (aber tatsächlich nützlich)
Platinum RTD steht für Platinum Resistance Temperature Detector. Das Prinzip ist denkbar einfach: Platindraht wird mit zunehmender Erwärmung widerstandsfähiger gegen Elektrizität. Messen Sie den Widerstand, Sie kennen die Temperatur. Das ist es.
Der Industriestandard heißt Pt100, was einfach 100 Ohm bei 0 Grad bedeutet. Es gibt auch Pt1000 (1000 Ohm bei 0 Grad), das Ihnen ein größeres Signal zum Arbeiten liefert, was praktisch ist, wenn Sie lange Kabelwege oder laute Umgebungen haben. Wir verwenden Pt1000 jetzt für alles mit Kabeln, die länger als 2 Meter sind, weil wir es satt haben, 0,5-Grad-Fehlern nachzujagen, die sich als Leitungswiderstand herausstellten, den wir zu kompensieren vergessen hatten.
Warum speziell Platin? Wir haben es tatsächlich schon früh mit Nickel und Kupfer versucht. Günstiger, klar. Aber Nickel wird oberhalb von 300 Grad verrückt und Kupfer oxidiert, wenn man es falsch betrachtet. Platin funktioniert einfach... von . -200 Grad bis +850 Grad, korrodiert nicht und driftet nicht. Langweilig und zuverlässig, was genau das ist, was Sie wollen, wenn Ihr Akku in einem 3-Tonnen-Gabelstapler sitzt und Paletten durch ein Lager transportiert.
Einer unserer Ingenieure sagt gerne: „Platin ist teuer, weil es faul ist.“ - Es reagiert mit nichts, ändert seine Meinung nicht, sitzt einfach da und ist genau. Wir nehmen faul.
Drei Möglichkeiten, sie aufzubauen (und welche tatsächlich funktionieren)
Es gibt drahtgewickelte, gewickelte Elemente und dünne Filme. Hier ist, was wir tatsächlich über jeden denken:
Draht-gewickelt
Der Old-School-Weg. Platindraht um einen Keramikkern gewickelt. Super genau, super stabil. Außerdem super teuer und irgendwie zerbrechlich. Wir verwenden diese als Kalibrierungsreferenz und das war’s auch schon. Es gab einen Kunden, der für seine gesamte Flotte auf Drahtspulen bestand, weil er „nur das Beste“ wollte. Sechs Monate später war die Hälfte von ihnen abgedriftet, weil die Vibrationen seines rauen Lagerhausbodens die Wicklungen lockerten. Jetzt verwendet er wie alle anderen Spiralelemente.
Dünner Film
Günstig, klein, schnelle Reaktion. Ideal für Konsumgüter oder die Überwachung von Low-{1}Einsätzen. Wir verwenden sie für unsere 12-V-/24-V-Kleinpakete, sodass niemand verletzt wird und nichts in Brand gerät, wenn etwas schief geht. Würden wir sie in ein 600-V-Gabelstaplerpaket packen? Absolut nicht. Das Keramiksubstrat und der Platinfilm dehnen sich unterschiedlich schnell aus, und nach einigen tausend thermischen Zyklen ist eine Drift zu erkennen. Eine importierte Marke, die wir ausprobiert haben - war auch teuer - sank in weniger als einem Jahr um 1,5 Grad. Der Lieferant gab unserer Installation die Schuld. Wir gaben ihrer Qualitätskontrolle die Schuld. Wie auch immer, wir haben aufgehört, sie für kritische Zwecke zu verwenden.
Spiralelement
Dies ist, was wir für Hochspannungs--Packs spezifizieren. Die Platinspulen sitzen lose in mit Pulver gefüllten Keramikröhrchen, sodass sie sich ausdehnen und zusammenziehen können, ohne den Draht zu belasten. Sie kommen mit Vibrationen zurecht, sie kommen mit Temperaturschwankungen zurecht, sie beschweren sich nicht. Teurer als dünne Folie, aber wir schlafen nachts besser. Jeder Lieferant von Lithium-Batteriepacks, der industrielle Anwendungen anbietet, sollte sich diese ernsthaft ansehen.
2-Draht, 3-Draht, 4-Draht: Die Debatte, die unser Team fast gespalten hätte
Dies führte zu echten Auseinandersetzungen in unserem Büro. Unser Hardware-Leiter wollte für alles 4-Draht. Unserem Kosteningenieur fiel es fast schwer, die zusätzlichen Steckerstifte und Kabelkosten zu berechnen. Sie sprachen etwa eine Woche lang nicht miteinander.
Hier ist der Deal:
2-Drahtist in Ordnung, wenn Ihr Kabel kurz ist und Ihnen ein halbes Grad hier oder da egal ist. Der Widerstand des Kabels selbst trägt zu Ihrem Messwert bei. Bei einer 10-Meter-Kabelstrecke kann es zu Abweichungen von 1-2 Grad kommen. Nicht gut, wenn Ihr BMS Entscheidungen auf der Grundlage dieser Zahl trifft.
3-Drahtkompensiert den Leitungswiderstand und wird in den meisten industriellen Anlagen verwendet. Gut genug für 90 % der Anwendungen. Dies ist jetzt unsere Standardeinstellung.
4-Drahteliminiert den Leitungswiderstand vollständig. Wir verwenden es für die Überwachung auf Zellebene während der Forschung und Entwicklung und Validierung sowie für alle Kunden, die für höchste Genauigkeit zahlen. Auch obligatorisch für alle Lithiumbatterie-OEM-Lösungen, bei denen der Kunde seine eigene Sicherheitszertifizierung durchführt - Prüfer lieben es, 4-Draht zu sehen.
Der Streit endete, als unser Hardware-Mitarbeiter sagte: „Ich kann zwei zusätzliche Drähte verlegen oder einem Kunden erklären, warum sein thermischer Durchgehschutz um 3 Grad zu spät ausgelöst hat.“ Wir verwenden jetzt 4-Leiter für alle Hochspannungspakete. Der Aufpreis beträgt ca. 0,3 % des Packungspreises. Es lohnt sich nicht, den Schlaf zu verlieren.
Wo man sie anbringt (die Platzierung ist tatsächlich wichtig)
Wir haben einige wilde Sachen von anderen Herstellern von Industriebatterien gesehen. Sensoren sind mit Reißverschlüssen-an zufällige Stellen gebunden. Sensoren werden mit einem Stück Schaumstoff gegen das Gehäuse gedrückt. Eine denkwürdige Prüfung, bei der wir einen Sensor fanden, der vollständig abgefallen war und nur noch im Inneren des Gehäuses baumelte und die Lufttemperatur misst, während die Zellen kochten.
Unsere Regeln jetzt:
Auf Zellen
Direkter Kontakt mit dem Gehäuse, Wärmeleitpaste oder 3M VHB-Band (wir mögen 9888T), dann mit Epoxidharz übergossen. Ja, es ist nervig, nachzuarbeiten. Das ist der Punkt. Wenn jemand durch Epoxidharz meißeln muss, um einen Sensor zu bewegen, wird er zweimal darüber nachdenken, ob er das tatsächlich braucht.
Zwischen Zellen
Fängt Hotspots von Zellen auf, die schneller abbauen als ihre Nachbarn. So haben wir eine Charge von Zellen eines Lieferanten gefunden, die interne Mängel aufwiesen - eine Zelle war 8 Grad heißer als ihre Nachbarn. Ich habe es abgefangen, bevor etwas Schlimmes passiert ist, habe das Modul ausgetauscht, es auf eine Produktionscharge zurückgeführt und die gesamte Charge abgelehnt. Der Sensor hat sich an diesem Tag etwa 10.000 Mal amortisiert.
Sammelschienen und Verbindungen
Lose Schrauben erhitzen sich. Eine Menge. Wir hatten ein Paket, bei dem der Hauptschützanschluss nicht richtig angezogen war und bei hohem Strom einen Winkel von 85 Grad erreichte, während die Zellen in der Nähe einen Winkel von 35 Grad hatten. Der Kunde beschwerte sich über eine „zufällige“ Leistungsreduzierung. War überhaupt nicht zufällig - das BMS tat genau das, was es tun sollte. Verbindung repariert, Problem behoben. Jetzt verfügt jedes Paket über einen Sensor auf dem Hauptstrompfad, der nicht-verhandelbar ist.
Kühlmittel rein/raus
Wenn Sie über eine aktive Kühlung verfügen, müssen Sie wissen, ob diese tatsächlich funktioniert. Ich habe zu viele Systeme gesehen, bei denen die Pumpe ausgefallen ist und niemand es bemerkt hat, bis die Zellen anfingen anzuschwellen.
Das Zeug, das sie nicht in Datenblätter schreiben
Hier sind einige Dinge, die wir gelernt haben, indem wir Fehler gemacht haben:
Selbsterwärmung-ist real
Der Strom, den Sie zur Messung durch den RTD leiten, erwärmt ihn ebenfalls. Standard ist 1mA für Pt100. Wir hatten einmal einen Junior-Ingenieur, der es auf 5 mA hochdrehte, weil „größeres Signal, bessere Genauigkeit, oder?“ Falsch. Der Sensor zeigte eine Höhe von 2 Grad an. Bei einem 48-V-Golfwagenpaket bedeutete dies lediglich, dass sich der Lüfter etwas früher einschaltete-. In einem 400-V-Industriepaket hätte dies zu lästigen Abschaltungen geführt. Verwenden Sie 1 mA. Oder weniger für Pt1000.
Kabelführung ist wichtig
Halten Sie RTD-Drähte von Stromkabeln, Motorantrieben, Wechselrichtern - allem, was große Ströme schaltet, fern. Wir verwenden jetzt abgeschirmte Twisted-Pair-Kabel, nachdem wir drei Tage damit verbracht haben, ein „verrauschtes Temperatursignal“ zu debuggen, das sich als EMI von einem 20 cm entfernt montierten VFD herausstellte. Großhändler für Lithiumbatterien sollten Folgendes beachten: Wenn Sie Akkus weiterverkaufen und der Integrator das BMS direkt neben der Motorsteuerung platziert, sind die Temperaturmesswerte unbrauchbar.
Toleranzklasse ist keine Genauigkeit
Ein Pt100 der Klasse B kann laut Spezifikation bei 100 Grad um ±0,8 Grad abweichen. Das ist der zulässige Fehler. Wenn Ihr BMS davon ausgeht, dass es absolut genau ist und die thermischen Grenzwerte auf 60 Grad festlegt, begrenzen Sie möglicherweise tatsächlich auf 59,2 Grad oder 60,8 Grad. Gestalten Sie Ihre Grenzen unter Berücksichtigung der Toleranz. Wir bauen bei allen unseren Schutzschwellen eine Marge von 2 Grad ein.
Billige Sensoren driften ab. Gute Sensoren tun das nicht
Wir haben Sensoren von drei verschiedenen Lieferanten über einen Zeitraum von zwei Jahren im Feldeinsatz verfolgt. Die preisgünstigen Exemplare (etwa 0,80 $ pro Stück) drifteten im Durchschnitt um 0,6 Grad. Die mittleren japanischen Preise (2,50 $) drifteten um 0,1 Grad. Die Premium-Schweizer Modelle (8 US-Dollar) haben im Grunde nur 8 US-Dollar pro Sensor gekostet. Wir verwenden die japanischen. Bestes Preis-Leistungs-Verhältnis für Industrieartikel.
Warum wir überall auf Pt100 standardisiert haben
Früher hatten wir eine Mischung: NTC-Thermistoren in kostengünstigen Paketen, Pt100 in Premium-Paketen und einige seltsame KTY-Sensoren in älteren Produkten. Es war ein Albtraum. Unterschiedliche Kalibrierungskurven, unterschiedliche BMS-Firmware-Zweige, unterschiedlicher Ersatzteilbestand.
Jetzt ist es überall Pt100. Gleicher Sensor, gleicher Lieferant, gleiche Handhabungsverfahren. Wenn etwas schief geht, müssen wir nicht fragen: „Moment, welcher Sensortyp ist in diesem Paket?“ Die Integration des Batteriesystems wird viel einfacher, wenn Sie nicht mit fünf verschiedenen Sensortypen jonglieren.
Der Kostenunterschied zwischen NTC und Pt100 beträgt etwa 1,50 $ pro Sensor. Bei einem 3000-Dollar-Gabelstapler-Akku ist das Lärm. Auf Zuverlässigkeit und Supportkosten kommt es an.
Für alle, die gerade Sensoren spezifizieren möchten
Wenn Sie als Konstrukteur dies lesen, finden Sie hier die Kurzfassung:
Verwenden Sie Pt100 oder Pt1000. Spiralelement für alles über 100 V oder alles, was vibriert. Dünne Filme eignen sich gut für Prüfstandstests und die Überwachung mit geringem{4}}Einsatz. 3-. Mindestdrahtzahl, 4 Drähte, wenn Sie Zertifizierungen oder Präzisionsarbeiten durchführen.
Kaufen Sie bei etablierten Sensorherstellern mit tatsächlicher Rückverfolgbarkeit. Wir haben gefälschte Pt100 gesehen, bei denen es sich in Wirklichkeit um NTCs mit gefälschten Markierungen handelte. Wenn der Preis zu gut erscheint, um wahr zu sein, dann ist er es auch.
Vergießen Sie Ihre Sensoren. Verwenden Sie thermisches Schnittstellenmaterial. Zug-Entlasten Sie Ihre Kabel. Dokumentieren Sie die Standorte Ihrer Sensoren, damit der arme Techniker in fünf Jahren weiß, wo er suchen muss.
Und für alle, die Pakete beschaffen: Fragen Sie Ihren Lieferanten, welche Sensoren er verwendet und warum. Wenn sie Ihnen keine klare Antwort geben können, sagt Ihnen das etwas. Wenn sie sagen: „Wir verwenden Platin-RTDs, weil wir auf die harte Tour gelernt haben, was passiert, wenn man sie nicht verwendet“, dann ist das ein Lieferant, der schon lange genug dabei ist, um zu wissen, worauf es ankommt.
Wir fertigen seit über einem Jahrzehnt Lithiumbatteriepakete - für Gabelstapler, Golfwagen, AGVs, Bodenscheuersaugmaschinen und vieles mehr. Die Temperaturmessung macht etwa 0,5 % der Stücklistenkosten und 50 % der von uns diagnostizierten Fehlerursachen im Feld aus. Es lohnt sich einfach nicht, darauf zu verzichten.
Wenn Sie auf der Suche nach einem Team sind, das sich bei solchen Dingen tatsächlich um die Details kümmert, wissen Sie, wo Sie uns finden können. Wir sprechen immer gerne mit jedem über das Wärmemanagement, der es ernst meint, es richtig zu machen.
Und wenn jemand in Ihrem Team vorschlägt, durch den Wechsel zu NTCs 1,50 $ pro Packung zu sparen, senden Sie ihm gerne diesen Artikel. Oder die Rechnung von diesem Vorfall im Jahr 2019. Was auch immer funktioniert.
