Einführung

Die Messung der Batterietemperatur ist für die Bewertung von Sicherheit, Langlebigkeit und Leistung in modernen Testumgebungen unerlässlich. Arbin unterstützt drei primäre Sensortechnologien - Thermoelemente (Typ T und K), RTDs (PT100) und Thermistoren (10kΩ) - die jeweils über spezielle Zusatzeingangsmodule verfügbar sind. Diese Sensoren ermöglichen eine präzise Temperaturkontrolle, Überwachung und Sicherheitslogik in der gesamten Batterie-F&E und -Produktion.

Beschreibung

Bei Batterietests müssen die Zellen bis an ihre Grenzen gebracht werden, um Haltbarkeit, Sicherheit und Leistung zu bewerten. Die Überwachung der Temperatur hilft dabei, eine frühzeitige Verschlechterung zu verhindern und gefährliche Folgen wie thermisches Durchgehen oder Feuer zu vermeiden. Dieses Dokument beschreibt die drei primären Sensortechnologien, die für die Temperaturmessung von Batterien verwendet werden - Thermoelement, RTD und Thermistor - und erläutert, wie Arbin jede dieser Technologien durch spezielle Eingangsmodule unterstützt.

Übersicht über die Arbin-Hilfstemperatureingangsmodule

Die Zusatztemperaturmodule von Arbin bieten eine genaue und flexible thermische Überwachung für eine breite Palette von Batterietestanwendungen. Jedes Modul unterstützt vier Sensortypen - PT100 RTD, PT10k-Thermistor, T-Typ-Thermoelement und K-Typ-Thermoelement - und ermöglicht dem Benutzer die Auswahl der besten Lösung für seine Testumgebung auf der Grundlage des gewünschten Temperaturbereichs, der Genauigkeit und der Reaktionszeit.

Alle Module verfügen über 16 Eingangskanäle und lassen sich mit der MITS-Software von Arbin für Echtzeit-Datenprotokollierung, Sicherheitsverriegelung und temperaturbasierte Teststeuerung integrieren. Die Kanäle können eins-zu-eins oder eins-zu-viele mit DC-Kanälen gemappt werden, um eine Überwachung auf Zell- oder Kammerebene zu ermöglichen.

• PT100 RTD-Modul: Bietet höchste Präzision (±0,1°C) und Langzeitstabilität, ideal für Anwendungen, die genaue Oberflächentemperaturmessungen oder Formationskontrolle erfordern. Verwendet einen 4-Leiter-Eingang zur Minimierung des elektrischen Rauschens.
• PT10k Thermistor-Modul: Bietet schnelles Ansprechen und hohe Empfindlichkeit über einen moderaten Temperaturbereich und eignet sich gut für kompakte Aufbauten oder die direkte Überwachung der Zelloberfläche. Verfügt über einen vereinfachten 2-Draht-Eingang.
• T-Typ Thermoelement-Modul: Bestens geeignet für Tieftemperaturen und kryogene Umgebungen, mit stabiler Leistung bis zu -200°C. Eine zuverlässige Wahl für Lithiumbatterietests in kalten Klimazonen oder Kühlkammern.
• K-Typ Thermoelement-Modul: Konzipiert für Hochtemperaturanwendungen bis zu 1.200°C, wie z.B. Tests bei erhöhter Belastung oder Missbrauch, bei gleichzeitiger Beibehaltung einer hohen Haltbarkeit und Reaktionsfähigkeit.

Ob es um die Überwachung von Zellen, Prüfkammern oder sicherheitskritischen Bedingungen geht, die Module von Arbin bieten die Flexibilität und Genauigkeit, die für fortschrittliche F&E- und Produktionsvalidierungsabläufe erforderlich sind.

Spezifikationen

Thermoelement

Ein Thermoelement besteht aus zwei ungleichen Metalldrähten, die an einem Ende miteinander verbunden sind und eine Spannung erzeugen, die der Temperatur an der Verbindungsstelle entspricht. Übliche Typen für Batterietests sind K, J, T, E und N, während die Typen R, S, C, D und B für Anwendungen mit höheren Temperaturen verwendet werden. 

Arbin unterstützt T-, K-, J- und E-Thermoelemente, wobei die Typen T und K standardmäßig und vollständig unterstützt werden.

Bei der Auswahl eines Thermoelementes sind die folgenden Überlegungen wichtig (in Anlehnung an die OMEGA-Richtlinien): 

• Bestimmen Sie die Anwendungsumgebung.
• Bestimmen Sie die Mindest- und Höchsttemperaturen, denen das Thermoelement ausgesetzt ist.
• Berücksichtigen Sie die chemische Beständigkeit des Mantels und der Verbindungsstelle.
• Bewerten Sie die Anforderungen an die Abrieb- und Vibrationsfestigkeit.
• Berücksichtigen Sie spezifische Installations- oder Routing-Einschränkungen.

Arbin liefert Sickendraht-Thermoelemente, die aus zwei durch eine Schweißraupe verbundenen Drähten bestehen. Diese Konfiguration ermöglicht aufgrund ihrer minimalen thermischen Masse schnelle Reaktionszeiten. Perlschnur-Thermoelemente sind kostengünstig, langlebig und werden häufig für Batterietests verwendet. 

Jedes Arbin-Thermoelement-Eingangsmodul umfasst 16 unabhängige Kanäle und lässt sich mit der MITS-Software für Echtzeit-Temperaturüberwachung, Steuerlogik und Datenprotokollierung integrieren. Der unterstützte Bereich des Moduls (z.B. -270°C bis 400°C für T-Typ) übersteigt in der Regel den des Sensors selbst, obwohl der effektive Bereich von den Isolationsmaterialien und der Sensorkonstruktion abhängt.

Typ-T-Thermoelement 

Das Typ-T-Thermoelement besteht aus Kupfer/Konstantan und ist auch bei niedrigen Temperaturen, wie z. B. in der Tieftemperaturtechnik, sehr stabil.

Typ T Sensoren Reichweite und Genauigkeit:  

Das Modell des Thermoelement-Sensors ist: 5SRTC-TT-T  

• Das Thermoelement ist OMEGA und das Kabel ist PFA-isoliert.
• Der Messbereich der Thermoelement-Sonde: -200~350°C 
• Maximale Betriebstemperatur des PFA-isolierten Drahtes des Thermoelementes: 150°C
• Messgenauigkeit des Thermoelementes:  

Standardfehlergrenze1:  

• 0~350°C, 1,0°C oder 0,75%2  
• -200~0°C, 1,0°C oder 1,5%  

Besondere Fehlergrenze1, 2: 0~350°C, 0,5°C oder 0,4% 

Arbin Typ-T-Temperatureingangsmodule:  

• Die Karte kann den Messbereich größer als die Sensorgrenzen unterstützen: -270~400°C  
• Abtastgeschwindigkeit: 0,8s   
• Messgenauigkeit: ±1°C

1. Unsere derzeitige Standardkonfiguration ist ein Thermoelement mit Standardfehlergrenze. Wenn Kunden ein Thermoelement mit spezieller Fehlergrenze benötigen, muss unser Verkaufspersonal bei der Bestellung darauf hinweisen. Wir müssen vom Hersteller kaufen, und der Hersteller wird eine zusätzliche 20% berechnen.
2. 0,75% bedeutet, dass der Fehler 0,75% des aktuellen Temperaturmesswerts beträgt.
   

K-Typ Thermoelement

Der Typ-K Thermoelement besteht aus Nickle-Chrom/Nickle-Alumel und ist die gängigste Art von Thermoelementen. Thermoelemente vom Typ K sind preiswert, zuverlässig und bieten einen großen Temperaturbereich mit guter Genauigkeit.    

Typ K Sensoren Bereich und Genauigkeit:  

Das Modell des Thermoelement-Sensors ist: 5SRTC-TT-K

• Das Thermoelement wird von OMEGA hergestellt, und das Kabel ist PFA-isoliert.
• Der Messbereich der Thermoelement-Sonde: -200~1,250°C.
• Maximale Betriebstemperatur des PFA-isolierten Drahtes des Thermoelementes: 260°C.
• Messgenauigkeit des Thermoelementes:  

Standardfehlergrenze1:

• 0~1,250°C, 2.2℃ oder 0,75%2
• -200~0°C, 2.2℃ oder 0,75%  

Besondere Fehlergrenze1, 2: 0~1.250°C, 1,1°C oder 0,4%   

Arbin-Typ-K-Temperatureingangsmodule:  

• Die Karte kann den Messbereich größer als die Sensorgrenzen unterstützen: -270~1,370°C
• Abtastgeschwindigkeit: 0,8s 
• Messgenauigkeit: ±1°C 

1. Unsere derzeitige Standardkonfiguration ist ein Thermoelement mit Standardfehlergrenze. Wenn Kunden ein Thermoelement mit spezieller Fehlergrenze benötigen, muss unser Verkaufspersonal bei der Bestellung darauf hinweisen. Wir müssen vom Hersteller kaufen, und der Hersteller wird eine zusätzliche 20% berechnen.
2. 0,75% bedeutet, dass der Fehler 0,75% des aktuellen Temperaturmesswerts beträgt.

RTD (PT100-Sensor)

Ein Widerstandstemperaturdetektor (RTD) ist ein Sensor, der die Temperatur misst, indem er den Widerstand eines Metallelements mit der Temperatur korreliert. Sie sind seit vielen Jahren ein Standard bei Laborprüfungen und haben sich einen guten Ruf erworben. Im Vergleich zu Thermoelementen und Thermistoren bieten RTDs eine höhere Stabilität, Genauigkeit und langfristige Zuverlässigkeit. Die meisten RTD-Elemente bestehen aus einem feinen, gewickelten Draht, der um einen Mantel aus Glas oder Keramik gewickelt ist. Die im Temperatursensor verwendeten Materialien weisen vorhersehbare Widerstandsänderungen auf, die mit der Temperatur korrelieren.

Abbildung 1: Die obigen PT100-Sensoren sind unsere Standardsensoren

Das RTD-Modul von Arbin (PN 462558) verwendet eine 4-Leiter-PT100-Konfiguration, um das Messrauschen zu minimieren und die Genauigkeit zu verbessern. Dieses Modul unterstützt einen Temperaturbereich von -50°C bis 200°C mit einer Genauigkeit von ±0,1°C auf Modulebene und umfasst 16 Eingangskanäle.

Arbin bietet flache Dünnfilm-PT100-Sensoren an, die aus einem Keramiksubstrat mit einer Platinschicht bestehen. Dieses kompakte Design ermöglicht eine schnelle und genaue Messung. 

RTD-Sensoren Reichweite und Genauigkeit:  

• Hersteller: Maserac Elektronik  
• Note A  
• Messbereich: -50~200°C 
• Messgenauigkeit: ±(0,15+0,002×|t|)°C   
• (|t| bezieht sich auf den absoluten Wert der aktuellen Temperatur)

Arbin RTD (PT100) Temperatur-Eingangsmodule:  

• Die Karte kann den Messbereich größer als die Sensorgrenzen unterstützen: -80~500°C 
• Abtastgeschwindigkeit: 4,8 ms  
• Messgenauigkeit: ±0,1°C  

ANMERKUNG: PT100-Sensoren sind erforderlich, wenn sie mit der MZTC-Multikammer von Arbin verwendet werden. Die Kabel werden vom Thermistoreingangsmodul von Arbin an eine Schnittstelle an der Vorderseite des MZTC angeschlossen. Kurze (~6 Zoll) Fühler werden dann in jeder Minikammer bereitgestellt, um sie zur direkten Temperaturmessung an der Zelle anzubringen.

Thermistor (10k) Ω

Thermistoren sind Temperatursensoren, die aus keramischen oder polymerbasierten Materialien bestehen. Im Gegensatz zu RTDs, die Metallelemente verwenden, weisen Thermistoren größere Widerstandsänderungen als Reaktion auf die Temperatur auf und bieten eine hohe Empfindlichkeit. Der Sensor des Thermistors besteht aus einem gesinterten Halbleitermaterial, das große Widerstandsänderungen mit kleinen Temperaturänderungen korreliert. Ein einzigartiges Merkmal ist der negative Temperaturkoeffizient, d. h. der Widerstand nimmt mit steigender Temperatur ab. Thermistoren werden durch die Kombination von Metallen und Metalloxidmaterialien hergestellt, die dann durch Brennen in die gewünschte Form gebracht werden. Thermistoren bieten eine hohe Auflösung, eine schnelle Reaktionszeit und eine gute Wiederholbarkeit. Aufgrund ihrer geringen Größe sind sie ideal für direkte Oberflächenmessungen, bei denen thermische Gradienten wichtig sind.  

Abbildung 2: Die oben genannten 10kΩ-Thermistorsensoren sind unsere Standardsensoren. Wenn Kunden spezielle Anforderungen haben, können wir Sensoren auswählen, die den Kundenanforderungen entsprechen.  

10kΩ Thermistor-Sensoren Bereich und Genauigkeit:  

• Hersteller: Omega Precision Thermistor Widerstand
• Messbereich: -80~120°C  
• Genauigkeitsbereich:   

Arbin PT10kΩ Thermistor Eingangsmodule:  

Arbin unterstützt 10kΩ NTC-Thermistoren (z.B. Typ Omega 44006) über sein 16-Kanal-Thermistoreingangsmodul (PN 462560). Der Bereich des Moduls beträgt -80°C bis 150°C mit einer Genauigkeit von ±0,2°C. Thermistoren bieten eine schnelle Reaktion und sind ideal für die Überwachung der Zelloberfläche.

• Die Karte kann den Messbereich größer als die Sensorgrenzen unterstützen: -80~150°C  
• Abtastgeschwindigkeit: 9,6 ms  
• Messgenauigkeit: ±0,2°C 
  

Maximale Betriebstemperatur: 1 Sekunde in gut gerührtem Öl, 10 Sekunden in ruhender Luft. Die Zeitkonstante ist die Zeit, die ein Thermistor benötigt, um 63% einer neu eingeprägten Temperatur anzuzeigen.  

Verlustleistungskonstante, Min8mW/C in gut gerührtem Öl, 1mW/C in ruhender Luft. Die Verlustleistungskonstante ist die Leistung in Milliwatt, mit der ein Thermistor um ein Grad C über die Umgebungstemperatur angehoben wird.  Toleranz-Kurven: Die folgenden Kurven zeigen die Konformität mit den Standard-Widerstandstemperaturwerten als % des Widerstands und als maximalen Austauschbarkeitsfehler, ausgedrückt als Temperatur.   

Hinweis: Das 10kΩ-NTC-Thermistormodul von Arbin ist mit Standard-Thermistoren vom Typ Omega 44006 kompatibel.

Anwendungsbeispiel

Das folgende Beispiel zeigt, wie die Temperatur als Sicherheitseinstellung in der MITS Pro Software implementiert werden kann. Der Benutzer kann den maximalen und minimalen Wert festlegen, der während des Experiments zulässig ist. Temperaturwerte können auch innerhalb einzelner Schritte für Schrittübergänge oder das Anhalten des Experiments verwendet werden.