Cosa sonoRilevatori di temperatura con resistenza al platino?
Senti, se stai leggendo questo, probabilmente già sai che la temperatura è importante nelle batterie. Ma ecco quello che la maggior parte delle persone non ti dice: ottenere la temperatura GIUSTA è molto più difficile di quanto sembri, e sbagliare ti costerà caro. Molto.
Lo abbiamo imparato nel modo più duro nel 2019. Uno dei nostri clienti della flotta di carrelli elevatori nella Cina settentrionale aveva 40+ unità che facevano funzionare i nostri pacchi batteria. Colpo d'inverno, le temperature sono scese a -25 gradi e all'improvviso riceviamo chiamate alle 2 del mattino. I camion non faranno pagare. Il BMS continua a generare avvisi di-temperatura eccessiva. Tra meno venticinque. Sì.
Si è scoperto che i termistori NTC che stavamo utilizzando si spostavano di quasi 8 gradi quando faceva freddo. Il BMS pensava che le celle si stessero surriscaldando quando in realtà si stavano congelando. I caricabatterie si spengono. Tutta la flotta morta nel magazzino. Le penalità, i costi di sostituzione, i voli per andare a chiedere scusa di persona... diciamo solo che qualcuno nella nostra azienda ha ancora quel contratto incorniciato sul muro come promemoria. Ci è costato oltre 2 milioni di RMB.
È stato allora che il nostro capo ha letteralmente sbattuto la mano sul tavolo e ha detto "d'ora in poi, RTD platino su tutto, e se qualcuno suggerisce di nuovo NTC per risparmiare denaro, verrà fuori dal suo bonus".
Quindi sì. Ecco perché lo stiamo scrivendo. Non perché gli RTD in platino siano fantasiosi. Perché siamo stati scottati (ironicamente, da cattive letture della temperatura) e non lo faremo di nuovo.
Le nozioni di base (ma effettivamente utili)
Platinum RTD sta per rilevatore di temperatura con resistenza al platino. Il principio è semplicissimo: il filo di platino diventa più resistente all’elettricità man mano che si riscalda. Misura la resistenza, conosci la temperatura. Questo è tutto.
Lo standard industriale si chiama Pt100, che significa semplicemente 100 ohm a 0 gradi. C'è anche Pt1000 (1000 ohm a 0 gradi) che ti offre un segnale più grande con cui lavorare, utile quando hai cavi lunghi o ambienti rumorosi. Adesso utilizziamo Pt1000 su qualsiasi cosa con cavi più lunghi di 2 metri perché siamo stanchi di inseguire errori di 0,5 gradi che si sono rivelati essere la resistenza del cavo che abbiamo dimenticato di compensare.
Perché proprio il platino? In realtà abbiamo provato fin dall'inizio il nichel e il rame. Più economico, certo. Ma il nichel impazzisce sopra i 300 gradi e il rame si ossida se lo guardi male. Il platino semplicemente... funziona da . -200 gradi a +850 gradi, non si corrode, non va alla deriva. Noioso e affidabile, che è esattamente ciò che desideri quando il tuo pacco batteria si trova all'interno di un carrello elevatore da 3 tonnellate che sposta i pallet in un magazzino.
Uno dei nostri ingegneri ama dire "il platino è costoso perché è pigro" - non reagisce a nulla, non cambia idea, resta semplicemente lì ad essere preciso. Saremo pigri.
Tre modi per costruirli (e quali funzionano davvero)
C'è il filo-avvolto, l'elemento a spirale e la pellicola sottile. Ecco cosa pensiamo effettivamente di ciascuno:
Filo-avvolto
Alla vecchia maniera. Filo di platino avvolto attorno ad un nucleo ceramico. Super preciso, super stabile. Inoltre super costoso e un po' fragile. Li usiamo come riferimento per la calibrazione e questo è tutto. Aveva un cliente che insisteva sull'uso del filo-avvolto per tutta la sua flotta perché "solo il meglio". Sei mesi dopo, metà di essi erano andati alla deriva perché le vibrazioni del pavimento ruvido del magazzino avevano allentato gli avvolgimenti. Ora usa elementi a spirale come tutti gli altri.
Pellicola sottile
Risposta economica, piccola e veloce. Ottimo per prodotti di consumo o per il monitoraggio-a bassa posta in gioco. Li usiamo sui nostri piccoli pacchi da 12 V/24 V dove se qualcosa va storto, nessuno si farà male e niente prenderà fuoco. Li metteremmo in un pacco elevatore da 600 V? Assolutamente no. Il substrato ceramico e la pellicola di platino si espandono a velocità diverse e dopo alcune migliaia di cicli termici si inizia a vedere la deriva. Un marchio importato di cui abbiamo provato uno - costoso - è andato alla deriva di 1,5 gradi in meno di un anno. Il fornitore ha incolpato la nostra installazione. Abbiamo incolpato il loro controllo di qualità. In ogni caso, abbiamo smesso di usarli per qualsiasi cosa critica.
Elemento a spirale
Questo è ciò che specifichiamo per i pacchetti ad alta-tensione. Le bobine di platino si trovano liberamente in tubi di ceramica riempiti di polvere, in modo che possano espandersi e contrarsi senza sollecitare il filo. Gestiscono le vibrazioni, gestiscono il ciclo termico, non si lamentano. Più costoso della pellicola sottile ma dormiamo meglio la notte. Qualsiasi fornitore di pacchi batterie al litio che realizza applicazioni industriali dovrebbe esaminarli seriamente.
2 fili, 3 fili, 4 fili: il dibattito che ha quasi diviso il nostro team
Questo ha causato vere e proprie discussioni nel nostro ufficio. Il nostro responsabile hardware voleva 4 fili su tutto. Il nostro tecnico dei costi ha quasi avuto un colpo nel calcolare i pin di connettore aggiuntivi e i costi dei cavi. Non si parlarono per circa una settimana.
Ecco l'accordo:
2 filiva bene se il cavo è corto e non ti interessa mezzo grado qua o là. La resistenza del filo stesso si aggiunge alla tua lettura. Per un cavo di 10 metri, potresti essere fuori di 1-2 gradi. Non eccezionale quando il tuo BMS prende decisioni in base a quel numero.
3 filicompensa la resistenza del cavo ed è ciò che utilizza la maggior parte delle configurazioni industriali. Abbastanza buono per il 90% delle applicazioni. Questa è la nostra impostazione predefinita ora.
4 filielimina completamente la resistenza del piombo. Lo utilizziamo per il monitoraggio a livello di cella-durante la ricerca e sviluppo e la convalida e per qualsiasi cliente che paga per una precisione premium. Obbligatorio anche per qualsiasi soluzione OEM di batterie al litio in cui il cliente sta eseguendo la propria certificazione di sicurezza - gli auditor adorano vedere i 4 fili.
La discussione si è conclusa quando il nostro tecnico dell'hardware ha detto: "Posso collegare due cavi aggiuntivi oppure posso spiegare a un cliente perché la sua protezione termica si è attivata con 3 gradi di ritardo". Ora utilizziamo 4-cavi su tutti i pacchi ad alta tensione. Il costo aggiuntivo è pari allo 0,3% del prezzo del pacchetto. Non vale la pena perdere il sonno.
Dove incollarli (il posizionamento conta davvero)
Abbiamo visto cose stravaganti da altri produttori di batterie industriali. Sensori-collegati a punti casuali. Sensori premuti contro la custodia con un pezzo di schiuma. Un audit memorabile in cui abbiamo trovato un sensore che era caduto completamente e penzolava all'interno dell'involucro, leggendo la temperatura dell'aria mentre le celle cuocevano.
Le nostre regole ora:
Sulle cellule
Contatto diretto con la custodia, pasta termica o nastro VHB 3M (a noi piace il 9888T), quindi ricoperto con resina epossidica. Sì, è fastidioso rielaborare. Questo è il punto. Se qualcuno deve scalpellare la resina epossidica per spostare un sensore, ci penserà due volte se è effettivamente necessario farlo.
Tra le cellule
Cattura i punti caldi delle cellule che si degradano più velocemente delle cellule vicine. È così che abbiamo trovato un lotto di celle di un fornitore che presentava difetti interni - una cella era 8 gradi più calda rispetto alle celle vicine. L'ho preso prima che accadesse qualcosa di brutto, ho scambiato il modulo, l'ho fatto risalire a un lotto di produzione, ho rifiutato l'intero lotto. Il sensore si è ripagato circa 10.000 volte in quel giorno.
Sbarre e connessioni
I bulloni allentati si riscaldano. Molto. Avevamo un pacco in cui il terminale del contattore principale non era serrato correttamente e, sotto corrente elevata, raggiungeva gli 85 gradi mentre le celle vicine erano a 35 gradi. Il cliente si è lamentato del declassamento di potenza "casuale". Non è stato affatto casuale - il BMS stava facendo esattamente quello che avrebbe dovuto fare. Risolta la connessione, problema risolto. Ora ogni pacco ha un sensore sul percorso principale della corrente, non-negoziabile.
Ingresso/uscita refrigerante
Se disponi di un raffreddamento attivo, devi sapere se funziona effettivamente. Ho visto troppi sistemi in cui la pompa si spegneva e nessuno se ne accorgeva finché le cellule non cominciavano a gonfiarsi.
Le cose che non mettono nelle schede tecniche
Ecco alcune cose che abbiamo imparato facendo errori:
L'auto-riscaldamento è reale
Anche la corrente che si spinge attraverso l'RTD per misurarlo lo riscalda. Lo standard è 1 mA per Pt100. Una volta abbiamo avuto un ingegnere junior che lo ha portato a 5 mA perché "segnale più grande, migliore precisione, giusto?" Sbagliato. Il sensore leggeva una temperatura massima di 2 gradi. In un carrello da golf da 48 V significava semplicemente l'accensione leggermente anticipata della ventola-. In un gruppo industriale da 400 V ciò avrebbe significato spegnimenti fastidiosi. Utilizzare 1 mA. O meno per Pt1000.
Il percorso dei cavi è importante
Tieni i cavi dell'RTD lontani da cavi di alimentazione, azionamenti di motori, inverter e qualsiasi cosa che commuta grandi correnti. Ora utilizziamo un doppino intrecciato schermato dopo aver trascorso tre giorni a eseguire il debug di un "segnale di temperatura rumoroso" che si è rivelato essere un'EMI proveniente da un VFD montato a 20 cm di distanza. I distributori all'ingrosso di batterie al litio prendono nota: se rivendi pacchi e l'integratore mette il BMS proprio accanto al controller del motore, le letture della temperatura saranno spazzatura.
La classe di tolleranza non è la precisione
Un Pt100 di Classe B può essere disattivato di ±0,8 gradi a 100 gradi secondo le specifiche. Questo è l'errore CONSENTITO. Se il tuo BMS presuppone che sia estremamente preciso e imposta i limiti termici a 60 gradi, potresti effettivamente limitare a 59,2 gradi o 60,8 gradi. Progetta i tuoi limiti tenendo presente la tolleranza. Costruiamo un margine di 2 gradi su tutte le nostre soglie di protezione.
I sensori economici vanno alla deriva. I buoni sensori no
Abbiamo monitorato i sensori di tre diversi fornitori in 2 anni di operazioni sul campo. Quelli economici (come $ 0,80 ciascuno) hanno subito una deriva media di 0,6 gradi. Quelli giapponesi di fascia media- ($ 2,50) sono scesi di 0,1 gradi. Quelli svizzeri premium ($ 8) non sono andati alla deriva praticamente nulla ma andiamo, $ 8 per sensore? Usiamo quelli giapponesi. Il miglior rapporto qualità-prezzo per le cose industriali.
Perché abbiamo standardizzato Pt100 in tutto
Avevamo un mix: termistori NTC sui pacchetti a basso-costo, Pt100 su quelli premium, alcuni strani sensori KTY sui prodotti legacy. È stato un incubo. Diverse curve di calibrazione, diversi rami del firmware BMS, diverso inventario dei pezzi di ricambio.
Ora è Pt100 ovunque. Stesso sensore, stesso fornitore, stesse procedure di gestione. Quando qualcosa va storto, non dobbiamo chiederci "aspetta, che tipo di sensore c'è in questo pacchetto?" L'integrazione del sistema batteria diventa molto più semplice quando non devi destreggiarti tra cinque diversi tipi di sensori.
La differenza di costo tra NTC e Pt100 è di circa $ 1,50 per sensore. Su una batteria per carrello elevatore da $ 3000, è rumore. Su affidabilità e costi di supporto, è tutto.
Per chiunque stia cercando sensori in questo momento
Se sei un ingegnere progettista e stai leggendo questo articolo, ecco la versione breve:
Utilizzare Pt100 o Pt1000. Elemento a spirale per qualsiasi cosa superiore a 100 V o qualsiasi cosa che vibri. La pellicola sottile va bene per i test al banco e il-monitoraggio a basso rischio. 3-minimo dei cavi, 4 fili se stai eseguendo lavori di certificazione o di precisione.
Acquista da produttori di sensori affermati con tracciabilità effettiva. Abbiamo visto Pt100 contraffatti che in realtà erano NTC con contrassegni falsi. Se il prezzo sembra troppo bello per essere vero, lo è.
Potenzia i tuoi sensori. Utilizzare materiale di interfaccia termica. Tira-allevia i cavi. Documenta le posizioni dei sensori in modo che il povero tecnico tra 5 anni sappia dove cercare.
E per chiunque acquisti pacchi: chiedi al tuo fornitore quali sensori utilizzano e perché. Se non possono darti una risposta diretta, questo ti dice qualcosa. Se dicono "usiamo RTD in platino perché abbiamo imparato a nostre spese cosa succede quando non lo fai", si tratta di un fornitore che esiste da abbastanza tempo per sapere cosa conta.
Produciamo pacchi batterie al litio ormai da oltre un decennio - carrelli elevatori, golf cart, AGV, lavapavimenti, di tutto. Il rilevamento della temperatura rappresenta forse lo 0,5% del costo della distinta base e il 50% delle cause principali dei guasti sul campo che abbiamo diagnosticato. Semplicemente non vale la pena sminuirlo.
Se stai cercando un team che si occupa davvero dei dettagli su cose come queste, sai dove trovarci. Siamo sempre felici di parlare di gestione termica con chiunque sia seriamente intenzionato a farlo bene.
E se qualcuno nel tuo team suggerisce di risparmiare $ 1,50 per pacchetto passando a NTC, sentiti libero di inviargli questo articolo. O la fattura di quell’incidente del 2019. Qualunque cosa funzioni.
