Hvad erPlatin-modstandstemperaturdetektorer?
Se, hvis du læser dette, ved du sikkert allerede, at temperaturen har betydning for batterier. Men her er det, de fleste mennesker ikke fortæller dig: at få den rigtige temperatur er langt sværere, end det lyder, og det vil koste dig at gøre det forkert. En masse.
Vi lærte dette på den hårde måde tilbage i 2019. En af vores kunder med gaffeltruckflåde i det nordlige Kina havde 40+ enheder, der kørte vores batteripakker. Vinteren ramte, temperaturen faldt til -25 grader, og pludselig får vi opkald klokken 02.00. Lastbiler vil ikke lade op. BMS bliver ved med at kaste over-tempevarsler. I minus femogtyve. Ja.
Det viste sig, at de NTC-termistorer, vi brugte, drev næsten 8 grader i koldt vejr. BMS troede, at cellerne overophedede, da de rent faktisk frøs. Opladere lukket ned. Hele flåden døde på lageret. Straffen, erstatningsomkostningerne, flyafgange, undskyld personligt... lad os bare sige, at nogen i vores firma stadig har den kontrakt indrammet på deres væg som en påmindelse. Kostede os over 2 millioner RMB.
Det var da vores chef bogstaveligt talt slog hånden i bordet og sagde "fra nu af platin RTD på alt, og hvis nogen foreslår NTC igen for at spare penge, kommer det ud af deres bonus."
Så ja. Det er derfor, vi skriver dette. Ikke fordi platin RTD'er er fancy. Fordi vi er blevet forbrændt (ironisk nok af dårlige temperaturmålinger), og det gør vi ikke igen.
Det grundlæggende (men faktisk nyttigt)
Platinum RTD står for Platinum Resistance Temperature Detector. Princippet er dødt enkelt: platintråd bliver mere modstandsdygtig over for elektricitet, når den opvarmes. Mål modstanden, du kender temperaturen. Det er det.
Industristandarden hedder Pt100, hvilket blot betyder 100 ohm ved 0 grader. Der er også Pt1000 (1000 ohm ved 0 grader), som giver dig et større signal at arbejde med, praktisk når du har lange ledninger eller støjende omgivelser. Vi bruger Pt1000 på alt med kabler længere end 2 meter nu, fordi vi blev trætte af at jagte 0,5 graders fejl, som viste sig at være blytrådsmodstand, vi glemte at kompensere for.
Hvorfor platin specifikt? Vi prøvede faktisk nikkel og kobber tidligt. Billigere, selvfølgelig. Men nikkel går amok over 300 grader og kobber oxiderer, hvis man ser forkert på det. Platin bare... virker . -200 grad til +850 grad, korroderer ikke, driver ikke. Kedeligt og pålideligt, hvilket er præcis, hvad du ønsker, når din batteripakke sidder inde i en 3-tons gaffeltruck og flytter paller rundt på et lager.
En af vores ingeniører kan lide at sige "platin er dyrt, fordi det er doven" - det reagerer ikke med noget, ændrer ikke mening, sidder bare der og er præcis. Vi tager doven.
Tre måder at bygge dem på (og hvilke der faktisk virker)
Der er tråd-viklet, oprullet element og tynd film. Her er, hvad vi faktisk synes om hver enkelt:
Tråd-viklet
Den gamle skolemåde. Platintråd viklet omkring en keramisk kerne. Super præcis, super stabil. Også super dyrt og lidt skrøbeligt. Vi bruger disse til kalibreringsreference, og det er det hele. Havde en kunde, der insisterede på wire-sår for hele sin flåde, fordi "kun den bedste." Seks måneder senere var halvdelen af dem drevet, fordi vibrationen fra hans ru lagergulv løsnede viklingerne. Nu bruger han oprullede elementer som alle andre.
Tynd film
Billig, lille, hurtig respons. Fantastisk til forbrugerting eller overvågning med lav-indsats. Vi bruger dem på vores 12V/24V små pakker, hvor hvis noget går galt, kommer ingen til skade, og intet brænder. Ville vi lægge dem i en 600V gaffeltruck? Absolut ikke. Det keramiske substrat og platinfilmen udvider sig med forskellige hastigheder, og efter et par tusinde termiske cyklusser begynder du at se drift. Et importeret mærke, som vi prøvede - dyrt et også -, faldt 1,5 grader på under et år. Leverandøren gav vores installation skylden. Vi gav deres QC skylden. Uanset hvad, holdt vi op med at bruge dem til noget kritisk.
Oprullet element
Dette er, hvad vi specificerer for højspændingspakker.- Platinspolerne sidder løst i keramiske rør pakket med pulver, så de kan udvide sig og trække sig sammen uden at belaste ledningen. De håndterer vibrationer, de håndterer termisk cykling, de klager ikke. Dyrere end tynd film, men vi sover bedre om natten. Enhver leverandør af lithiumbatterier, der udfører industrielle applikationer, bør seriøst se på disse.
2-wire, 3-wire, 4-wire: Debatten, der næsten splittede vores team
Denne forårsagede egentlige skænderier på vores kontor. Vores hardwareledning ønskede 4-leder på alt. Vores omkostningsingeniør havde næsten et slag med at beregne de ekstra stikben og kabelomkostninger. De talte ikke sammen i en uge.
Her er aftalen:
2-lederer fint, hvis dit kabel er kort, og du er ligeglad med en halv grad her eller der. Selve ledningens modstand bidrager til din læsning. For en 10 meter lang kabelføring kan du være væk med 1-2 grader. Ikke fantastisk, når dit BMS træffer beslutninger baseret på det tal.
3-lederkompenserer for blymodstand og er, hvad de fleste industrielle opsætninger bruger. Godt nok til 90 % af applikationerne. Dette er vores standard nu.
4-ledereliminerer blymodstand fuldstændigt. Vi bruger det til overvågning på celle-niveau under R&D og validering og til enhver kunde, der betaler for høj nøjagtighed. Også obligatorisk for alle OEM-løsninger med lithiumbatterier, hvor kunden udfører deres egen sikkerhedscertificering - auditører elsker at se 4-leder.
Argumentet sluttede, da vores hardwaremand sagde "jeg kan køre to ekstra ledninger, eller jeg kan forklare en kunde, hvorfor deres termiske løbsbeskyttelse udløste 3 grader for sent." Vi kører 4-ledere på alle højspændingspakker nu. Merprisen er 0,3 % af pakkeprisen. Ikke værd at miste søvn over.
Hvor skal man sætte dem fast (placering betyder faktisk noget)
Vi har set nogle vilde ting fra andre industrielle batteriproducenter. Sensorer lynlås-til tilfældige steder. Sensorer presset mod kabinettet med et stykke skum. En mindeværdig revision, hvor vi fandt en sensor, der var faldet helt af og bare dinglede inde i kabinettet og aflæste lufttemperaturen, mens cellerne lavede mad.
Vores regler nu:
På celler
Direkte kontakt med etuiet, termisk pasta eller 3M VHB tape (vi kan godt lide 9888T), og derefter overfyldt med epoxy. Ja det er irriterende at omarbejde. Det er pointen. Hvis nogen skal mejsle gennem epoxy for at flytte en sensor, vil de tænke sig om to gange, om de faktisk har brug for det.
Mellem celler
Fanger hot spots fra celler, der nedbrydes hurtigere end deres naboer. Sådan fandt vi et parti celler fra en leverandør, der havde interne defekter - en celle kørte 8 grader varmere end sine naboer. Fangede det før noget dårligt skete, byttede modulet, sporede det tilbage til et produktionsparti, afviste hele batchen. Sensoren betalte for sig selv omkring 10.000 gange i løbet af den dag.
Samleskinner og forbindelser
Løse bolte opvarmes. En masse. Vi havde en pakke, hvor hovedkontaktorterminalen ikke var tilspændt korrekt, og under høj strøm ramte den 85 grader, mens cellerne i nærheden var på 35 grader. Kunden klagede over "tilfældig" effektnedsættelse. Var slet ikke tilfældigt - BMS'en gjorde præcis, hvad den skulle gøre. Rettede forbindelsen, problemet er væk. Nu har hver pakke en sensor på hovedstrømstien, som ikke kan-forhandles.
Kølevæske ind/ud
Hvis du har aktiv køling, skal du vide, om den rent faktisk virker. Har set for mange systemer, hvor pumpen døde, og ingen lagde mærke til det, før cellerne begyndte at hæve.
De ting, de ikke lægger i dataark
Her er nogle ting, vi lærte ved at skrue op:
Selv-opvarmning er ægte
Den strøm, du skubber gennem RTD'en for at måle den, varmer den også op. Standard er 1mA for Pt100. Vi havde engang en yngre ingeniør, der skruede den til 5mA, fordi "større signal, bedre nøjagtighed, ikke?" Forkert. Sensoren læste 2 grader højt. I en 48V golfvognspakke betød det bare lidt tidligt tænding af blæser-. I en 400V industripakke ville det have betydet generende nedlukninger. Brug 1mA. Eller mindre for Pt1000.
Ledningsføring har betydning
Hold RTD-ledninger væk fra strømkabler, motordrev, invertere - alt, hvad der skifter store strømme. Vi bruger skærmet snoet par nu efter at have brugt tre dage på at fejlsøge et "støjende temperatursignal", der viste sig at være EMI fra en VFD monteret 20 cm væk. Engrosdistributører af lithiumbatterier noterer sig: Hvis du videresælger pakker, og integratoren placerer BMS'en lige ved siden af motorcontrolleren, vil temperaturaflæsninger være skrald.
Toleranceklasse er ikke nøjagtighed
En klasse B Pt100 kan være slukket med ±0,8 grader ved 100 grader i henhold til specifikationerne. Det er den TILLADTE fejl. Hvis din BMS antager, at den er fuldstændig nøjagtig og indstiller termiske grænser ved 60 grader, kan du faktisk begrænse til 59,2 grader eller 60,8 grader. Design dine grænser med tolerance for øje. Vi bygger i 2 graders margen på alle vores beskyttelsestærskler.
Billige sensorer driver. Det gør gode sensorer ikke
Vi sporede sensorer fra tre forskellige leverandører over 2 års feltdrift. Budgettet (som $0,80 hver) drev i gennemsnit 0,6 grader. De japanske-mellemklasse ($2,50) skred 0,1 grad. De premium schweiziske ($8) drev stort set intet andet end kom nu, $8 pr. sensor? Vi bruger de japanske. Bedste værdi for industrielle ting.
Hvorfor vi standardiserede på Pt100 på tværs af alt
Vi plejede at have en blanding: NTC-termistorer på lav-prispakker, Pt100 på premium-pakker, nogle mærkelige KTY-sensorer på ældre produkter. Det var et mareridt. Forskellige kalibreringskurver, forskellige BMS-firmwaregrene, forskelligt reservedelslager.
Nu er det Pt100 overalt. Samme sensor, samme leverandør, samme håndteringsprocedurer. Når noget går galt, behøver vi ikke spørge "vent, hvilken type sensor er der i denne pakke?" Integration af batterisystem bliver meget enklere, når du ikke jonglerer med fem forskellige sensortyper.
Prisforskellen mellem NTC og Pt100 er som $1,50 pr. sensor. På en $3000 gaffeltruck batteripakke er det støj. Hvad angår pålidelighed og supportomkostninger, er det alt.
For alle, der specifikationer sensorer lige nu
Hvis du er designingeniør, der læser dette, er den korte version her:
Brug Pt100 eller Pt1000. Oprullet element til alt over 100V eller noget der vibrerer. Tynd film er fin til prøvebænk og lav-indsatsovervågning. 3-minimal ledning, 4-leder, hvis du udfører certificering eller præcisionsarbejde.
Køb fra etablerede sensorproducenter med faktisk sporbarhed. Vi har set falske Pt100'er, der faktisk var NTC'er med falske markeringer. Hvis prisen virker for god til at være sand, er den det.
Put dine sensorer. Brug termisk grænseflademateriale. Træk-aflastning af dine kabler. Dokumenter dine sensorplaceringer, så den stakkels tekniker om 5 år ved, hvor han skal lede.
Og for alle, der køber pakker: spørg din leverandør, hvilke sensorer de bruger og hvorfor. Hvis de ikke kan give dig et klart svar, siger det dig noget. Hvis de siger "vi bruger platin RTD'er, fordi vi lærte på den hårde måde, hvad der sker, når du ikke gør det", er det en leverandør, der har eksisteret længe nok til at vide, hvad der betyder noget.
Vi har lavet lithiumbatteripakker i over et årti nu - gaffeltrucks, golfvogne, AGV'er, gulvskrubbere, you name it. Temperaturføling er måske 0,5 % af styklisteomkostningerne og 50 % af de grundlæggende årsager til feltfejl, vi har diagnosticeret. Det kan bare ikke betale sig at være billigt.
Hvis du leder efter et team, der rent faktisk lader detaljerne om sådan noget her, ved du, hvor du kan finde os. Vi er altid glade for at tale termisk styring med alle, der er seriøse om at få det rigtigt.
Og hvis nogen på dit hold foreslår at spare $1,50 per pakke ved at skifte til NTC'er, er du velkommen til at sende dem denne artikel. Eller fakturaen fra den hændelse i 2019. Uanset hvad der virker.
