JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
söndag 28 november 2021 VECKA 47

Magnus Dahlén och Stina Starborg på svenska batteriveteranen Nilar bjuder på en grundkurs i batteritest.

I Gävle finns Nilar, en erfaren tillverkare av batterier för energilager.

Elektroniktidningen blev nyfiken på hur test går till vid tillverkning av batterier. Vi ringde upp Nilar där Magnus Dahlén och Stina Starborg ställde upp för att svara på frågor. Han är produktchef och hon är projektledare för forskning och utveckling inom batterikemi.

Marknaden för energilager accelererar just nu i en dans mellan ökad efterfrågan, fallande priser och klimatpolitik. Effekten som installeras i EU går mot att bli dubbelt så hög i år som i fjol. Aktuella prognoser om USA och Kina säger att de kommer att tiofaldiga sin installerade effekt på fem år.

Packen skalas till rätt spänning och kapacitet genom att seriekopplas till strängar och parallellkopplas

Litiumjonbatterier dominerar, men i Gävle finns en erfaren tillverkare av en mer robust batteriteknik – nickelmetallhydrid. Bolaget hänger med i boomen och skalar just nu upp sina två produktionslinor till åtta. Börsnotering är på gång.

Nilars nuvarande teknik har utvecklats i ett decennium och serietillverkats sedan 2014. Så vid det här laget har processerna kommit på plats. Inklusive test.

Magnus
Dahlén

– Framför allt har vi ett väldigt duktig team av testare, som kan mycket och förstår sitt jobb i detalj, berättar Magnus Dahlén.

– De vet vad vi som beställer provningen vill ha. De kan läsa våra tankar vid det här laget, skrattar han.

Test under utveckling

Nilars batterier används i stationära energilager: som reservkraft, för att skala toppar i efterfrågan, för frekvensreglering, som energitank för snabbladdarstationer, med mera.

Samma tillverkningslina används för alla dessa profiler, efter kvalificeringar. Om kunder kommer med nya profiler kan det krävas nya tester. Då får Nilar nya insikter om sina system och så blir de kvalificerade för ytterligare en tillämpningsområde – eller inte.

– Har vi inte gjort grundtesterna får vi börja den resan och se om det passar oss och om det är något vi vill hålla på med överhuvudtaget, säger Magnus Dahlén.

– Men typiskt ser vi snabbt om den applikation som kunden efterfrågar ligger inom vad vi kan leverera.

Att testa batterier tar tid. Det kan krävas laddning i två till tio timmar och en urladdning på kanske upp till tio, tolv timmar beroende på vilken last du ska spegla.

– Vill du testa i olika temperaturer kan det lätt ta en vecka.

Den som testar elektronikkomponenter kan ladda hem algoritmer på nätet som låter en beskriva ens komponent i system. Så fungerar det inte för batterier.

Stina
Starborg

– Kemi och mekanik är utvecklingsmässigt typiskt ganska långa tester. Och då tar det ju tid, helt enkelt, skrattar Stina Starborg.

Egentligen skulle batteritest behöva göras i åratal. I praktiken kan tillverkaren känna sig hyfsat trygg efter kortare tid, och samtidigt parallellt fortsätta att hålla öga på hur de presterar ute i verkligheten.

Under utveckling finns betydligt större spridning i test än under produktion.

Utvecklarna testar inte bara kapacitet utan även mekanik, EMC, isolering, anslutningar, inverterad laddning, beteendet vid kortslutning och mycket mer, och under olika förhållanden. Standarder ska uppfyllas. Säkerhetstest undersöker bland annat överladdning, överurladdning, kortslutning, temperaturcykling, vibration och skak.

Tillämpningen som Nilar kvalificerar sig för idag är för stationär energilagring. Det betyder att Nilar klarar sig undan säkerhetskrav som gäller för exempelvis fordon eller medicinteknik.

Hur mycket test som behövs vid nyutveckling varierar.

– Ska man ändra ett gränssnitt är det lätt att göra testningsmässigt. Att ändra i aktiva material eller testa ut en ny separator eller innovationer på den nivån – då kan du behöva testa i många år innan du är klar med den totala verifieringen och har sifferbevis på att allt fungerar som förutspått.

Simulering används för att underlätta test. Ett exempel är att använda beräkningsprogram för att simulera hur packet svarar på ett inre tryck.

– På systemsidan kan du tjäna ganska mycket på att simulera batterisignaler – både tid och pengar, säger Stina Starborg.

Att batterisystemet bryter urladdningen vid en minsta tillåten spänning kan testas genom att skicka in en signal,  istället för att ladda och urladda ett verkligt batteri. Testet tar en minut istället för kanske 10–12 timmar.

 

 

Test under produktion

Under produktion sker ett flertal tester från batterimaterial till slutsystem.

I slutänden görs kvalitets- och kapacitetsprov med hjälp av laddning och urladdning. Det ger nyckeltal för tryck, spänning, temperatur, kapacitet, laddad kapacitet och urladdad kapacitet.

Implicit fungerar mätningen också som ett funktionstest – att den går att genomföra demonstrerar att gränssnitten fungerar.

Utrustningen för att ladda och ladda ur är nästan densamma som i utvecklingslabbet.

– Men produktion ska gå snabbt. Här har man inte råd att testa i fyra veckor per battericell, säger Magnus Dahlén.

Mätningarna är integrerade i tillverkningsprocessen. Så det går inte riktigt att bryta ut ett visst tillverkningssteg och kallade det för ”test”. Likaså är det svårt att bryta ut en kostnad för just test.

– Provning är så integrerad i så många olika delar av tillverkning, utveckling, kvalitetssäkring och i hela systemet som levereras, säger Magnus Dahlén.

Ett centralt test sker under det tillverkningssteg som kallas formering.

– Modulerna ”föds” genom att de fylls med elektrolyt och körs igång elektriskt, berättar Stina Starborg.

Mätstatistik sparas för att övervaka trender i produktionen. Mätningen i sig används dessutom för sortering. Det finns en kvarstående variation i modulernas kapacitet kring en procent som används för att avgöra vilka som ska kopplas ihop till strängar.

Därmed får packen jobba så lika som möjligt under sin livslängd vilket minimerar behovet av balansering och annat.

– Våra krav är inte extrema, och vi producerar med väldigt liten variation, men vi kan sortera med ganska enkla medel, så vi gör det.

Testandet handlar inte främst om att identifiera moduler som ska kasseras. Om statistiken antyder att kapaciteten börjar bli lägre är det snarare en varningssignal om att något är fel tidigare i processen.

De parametrar som normalt går att mäta ickeförstörande är yttemperatur, polspänning och in- och utström. Nilar har dessutom en unik teknik för att mäta trycket på insidan. Det mäts i en gemensam gaskanal som löper mellan alla celler inom ett pack.

– Vi testar trycket i produkten. Det signalerar om att allt står rätt till.

Batterierna bygger upp ett relativt högt tryck i slutet av laddningen på grund av kemiska reaktioner. Det sjunker efter vila eller urladdning.

Gaskanalen möjliggör även för en innovation i kommande produkter – att återställa kapaciteten på ett använt batteri genom att fylla på med syre.

 

MER LÄSNING:
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus