Επιθεώρηση μπαταριών με θερμογραφικές λύσεις

Η μπαταρία ή συσσωρευτής ιόντων Λιθίου (Li-ion battery ή LIB) είναι ένας τύπος επαναφορτιζόμενης μπαταρίας στην οποία τα ιόντα Λιθίου κινούνται από το αρνητικό ηλεκτρόδιο προς το θετικό ηλεκτρόδιο κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης και αντίστροφα κατά τη φόρτιση.

Η μπαταρία ή συσσωρευτής ιόντων Λιθίου (Li-ion battery ή LIB) είναι ένας τύπος επαναφορτιζόμενης μπαταρίας στην οποία τα ιόντα Λιθίου κινούνται από το αρνητικό ηλεκτρόδιο προς το θετικό ηλεκτρόδιο κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης και αντίστροφα κατά τη φόρτιση. Σήμερα, οι εν λόγω μπαταρίες είναι παντού, από φορητές συσκευές, αυτοκίνητα, παιχνίδια, μέχρι και στις οδοντόβουρτσες!

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αποτελούν έναν από τους πιο δημοφιλείς τύπους επαναφορτιζομένων μπαταριών για φορητά ηλεκτρονικά, με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, πολύ μικρό φαινόμενο μνήμης και χαμηλή αυτοεκφόρτιση. Οι LIB γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς για στρατιωτικές, ηλεκτρικές μπαταρίες οχημάτων και αεροναυπηγικές εφαρμογές.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν να θέσουν ιδιαίτερους κινδύνους ασφάλειας επειδή περιέχουν έναν εύφλεκτο ηλεκτρολύτη και ενδέχεται να διατηρούνται υπό πίεση. Εάν ένα στοιχείο μπαταρίας φορτίζεται υπερβολικά γρήγορα, μπορεί να προκαλέσει βραχυκύκλωμα, που οδηγεί σε εκρήξεις, ακόμα και πυρκαγιές. Λόγω αυτών των κινδύνων, τα πρότυπα ελέγχου είναι αυστηρά. Η χρήση θερμογραφικών λύσεων για την επιθεώρηση των εν λόγω μπαταριών είναι μία ακόμα εναλλακτική λύση. Εάν υπερθερμανθούν ή υπερφορτιστούν, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, μπορεί να υποστούν θερμική διαφυγή και διάρρηξη του στοιχείου. Σε ακραίες καταστάσεις αυτό μπορεί να οδηγήσει σε διαρροή, έκρηξη ή πυρκαγιά. Για να μειωθούν αυτοί οι κίνδυνοι, πολλά στοιχεία ιόντων λιθίου (και συστοιχίες μπαταριών) περιέχουν κύκλωμα ασφάλειας από σφάλμα που αποσυνδέει την μπαταρία όταν η τάση του είναι εκτός της περιοχής ασφαλείας των 3-4,2V ανά στοιχείο ή όταν υπερφορτιστεί ή εκφορτιστεί. Οι συστοιχίες μπαταριών λιθίου, είτε κατασκευάζονται από πωλητή ή τελικό χρήστη, χωρίς αποτελεσματική διαχείριση κυκλωμάτων μπαταρίας είναι ευπαθείς σε αυτά τα θέματα.

Οι κατασκευαστές μπαταριών ιόντων λιθίου (LIB) προσπαθούν να μεγιστοποιήσουν την απόδοση τους, να ελαχιστοποιήσουν το τελικό τους κόστος και φυσικά να διασφαλίσουν την ποιότητα τους. Τα όρια θερμοκρασίας φόρτισης για τα ιόντα λιθίου είναι πιο αυστηρά από τα όρια λειτουργίας. Η χημεία των ιόντων λιθίου λειτουργεί καλά σε αυξημένες θερμοκρασίες, αλλά παρατεταμένη έκθεση στη θερμότητα μειώνει τη ζωή της μπαταρίας. Οι μπαταρίες των ιόντων λιθίου προσφέρουν καλή απόδοση φόρτισης σε πιο δροσερές θερμοκρασίες και ίσως ακόμα να επιτρέπουν ‘γρήγορη φόρτιση’ στο θερμοκρασιακό εύρος των 5 μέχρι 45°C. Η φόρτιση πρέπει να εκτελείται μέσα σε αυτή τη θερμοκρασιακή περιοχή. Σε θερμοκρασίες από 0 μέχρι 5°C η φόρτιση είναι δυνατή, αλλά θα πρέπει να μειωθεί το ρεύμα φόρτισης. Κατά τη διάρκεια φόρτισης χαμηλής θερμοκρασίας η μικρή αύξηση της θερμοκρασίας πάνω από το περιβάλλον λόγω της εσωτερικής αντίστασης του στοιχείου είναι ωφέλιμη. Υψηλές θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια φόρτισης μπορεί να οδηγήσουν σε υποβάθμιση της μπαταρίας και φόρτιση σε θερμοκρασίες πάνω από 45°C θα υποβαθμίσουν την απόδοση της μπαταρίας, ενώ σε χαμηλότερες θερμοκρασίες η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας μπορεί να αυξηθεί, με αποτέλεσμα πιο αργή φόρτιση και συνεπώς μεγαλύτερους χρόνους φόρτισης.

Θερμογραφικές λύσεις

Διάφορες προηγμένες θερμογραφικές λύσεις, έχουν αποδειχθεί ιδανικές επιλογές για τον ποιοτικό έλεγχο των μπαταριών σε πολλές βιομηχανίες. Ας πάρουμε για παράδειγμα τις θερμικές κάμερες. Οι θερμικές κάμερες καταγράφουν την υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπουν τα σώματα και τα αντικείμενα, μετατρέποντας την σε ορατή εικόνα. Αυτή η καταγραφή της διαφοράς θερμοκρασίας των σωμάτων σε ένα περιβάλλον, καθιστά αυτού του είδους τις κάμερες, ιδανικές για χρήση στο απόλυτο σκοτάδι, αλλά και για τον εντοπισμό υψηλών θερμοκρασιών σε διάφορες συσκευές.

Ένας ειδικός φακός εστιάζει στο υπέρυθρο φως που εκπέμπει ένα αντικείμενο. Το φως δέχεται σάρωση από τον υπέρυθρο ανιχνευτή και μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα. Τα σήματα αυτά στέλνονται σε μια μονάδα επεξεργασίας σήματος, η οποία μεταφράζει τις πληροφορίες σε δεδομένα και τα στέλνει στην οθόνη. Τα δεδομένα αυτά έχουν διάφορα χρώματα (κίτρινο, πορτοκαλί, κόκκινο κ.λπ.) ανάλογα με την ένταση της υπέρυθρης εκπομπής. Οι εικόνες από τις υπέρυθρες κάμερες τείνουν να είναι μονόχρωμες,  επειδή οι κάμερες χρησιμοποιούν γενικά έναν αισθητήρα εικόνας που δεν διακρίνει διαφορετικά μήκη κύματος υπέρυθρης ακτινοβολίας. Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, τα πιο φωτεινά (θερμαντικά) μέρη της εικόνας είναι συνήθως λευκά χρώματα, οι ενδιάμεσες θερμοκρασίες απεικονίζονται με κόκκινο και κίτρινο χρώμα, ενώ τα πιο αχνά μέρη με μαύρο.

Ως εκ τούτου, διάφορες θερμικές συσκευές είναι ιδανικές για την επιθεώρηση των συγκεκριμένων μπαταριών, καθώς μπορούν να ανιχνεύσουν ελαττώματα και ρύπους στα ηλεκτρόδια της μπαταρίας. Γενικά, η αύξηση θερμοκρασίας μπορεί να υποδηλώνει την παρουσία ρύπων στο εσωτερικό των μπαταριών, ενώ αντίστοιχα μία μείωση, μπορεί να συνεπάγεται με τρύπες (διαρροή) και φουσκάλες.

Μια άλλη εφαρμογή των συσκευών θερμικής απεικόνισης είναι κατά τη διάρκεια κατασκευής των μπαταριών, όπου τα ηλεκτρόδια ανόδου και καθόδου συγκολλούνται μεταξύ τους και συνδέονται ηλεκτρικά μεταξύ τους μέσω κατάλληλου αγωγού. Οι συγκολλήσεις είναι κρίσιμες καθώς καθορίζουν την εσωτερική αντίσταση επαφής που επηρεάζει τους χρόνους φόρτισης, την απόδοση ισχύος και την παραγωγή θερμότητας. Επιπλέον, η αντοχή της συγκόλλησης έναντι της φθοράς και της κόπωσης, θα καθορίσει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Αναλύοντας τη διάδοση της θερμότητας μέσω της συγκόλλησης με προηγμένες μεθόδους θερμογραφίας, μπορούν να γίνουν προσδιορισμοί σχετικά με τη δομή της συγκόλλησης και την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η όλη διαδικασία θα βοηθήσει στον έγκαιρο εντοπισμό σφαλμάτων και ελαττωμάτων, βελτιώνοντας την ταχύτητα και το κόστος παραγωγής.

{gallery}11422{/gallery}