Od sterowanego źródła energii do miasteczka zasilanego bateriami

W ciągu pięciu lat firma Tiyo stała się liderem w dziedzinie testowania baterii. Zaczynała od prostego sprzętu, a obecnie posiada już sześć kontenerów testowych, a wiosną uruchomi kolejne.

Pierwsze testy ogniw akumulatorowych firma Tiyo przeprowadziła w 2020 roku. Zaczęła od zwykłego zasilacza regulowanego, który może zarówno dostarczać, jak i pobierać energię.

„Najpierw przeprowadziliśmy testy cykliczne i funkcjonalne, do czego wystarczył nam dwukwadrantowy zasilacz sterowany. W pierwszych testach byliśmy w stanie w kontrolowany sposób naładować i rozładować akumulator, obliczyć i ocenić główne parametry, takie jak pojemność czy rezystancja wewnętrzna w różnych trybach” – wspomina początki Jaromír Kejval, współwłaściciel i dyrektor techniczny firmy Tiyo.

Testy stopniowo przeniesiono poza hale produkcyjne. Impulsem do tego była rosnąca popyt klientów na badania niekontrolowanych reakcji akumulatorów w ekstremalnych warunkach. „Nawet jeśli w hali zapewni się maksymalne środki bezpieczeństwa, ryzyko jest zbyt duże” – zwraca uwagę dyrektor techniczny. Na terenie Tiyo zaczęło powstawać „miasteczko akumulatorowe”, które umożliwiło przeprowadzanie bardziej wymagających testów.

Pierwszy kontener firma zakupiła do przechowywania testowanych próbek, a następnie sześciometrowy kontener reakcyjny ze stalowymi ścianami do testów wysokiego ryzyka. „Początkowo była to solidna blaszana skrzynia z systemem gaśniczym i aparaturą pomiarową. Ponieważ musieliśmy przeprowadzać testy również zimą, a latem konieczne było testowanie w temperaturze pokojowej, kontener został ocieplony. Obecnie można go również klimatyzować” – wyjaśnia Jaromír Kejval.

Kombinezony ochronne i aparaty oddechowe

Do tego typu badań służy kontener z komorą ciśnieniową o pojemności prawie 500 litrów. Wytrzymuje on nadciśnienie wewnętrzne do 40 barów, co pozwala na pomiar termodynamiki procesów zachodzących podczas testu. W przypadku zapalenia się ogniw oceniany jest skład, temperatura i ciśnienie uwolnionych gazów.

„Początkowo mieliśmy ten pojemnik w hali. Mimo że zapewniliśmy rygorystyczne środki bezpieczeństwa, pomiary wykazały, że lepiej będzie przenieść ją do bardziej odpowiedniego środowiska. To skłoniło nas do stworzenia kolejnego kontenera zewnętrznego, w jednej części którego znajduje się stanowisko produkcyjne z zamkniętym zbiornikiem ciśnieniowym, a w drugiej oddzielna część obsługowa z aparaturą pomiarową” – mówi współwłaściciel Tiyo.

W ostatnich latach największe inwestycje w testowanie akumulatorów przeznaczono na infrastrukturę oraz sprzęt pomiarowy i badawczy. Obecnie firma Tiyo dysponuje już sześcioma kontenerami. „W sumie trzy z nich służą do przechowywania, z czego dwa są przeznaczone na akumulatory, a jeden na skażone kombinezony i sprzęt” – wyjaśnia kierownik zespołu ds. testowania akumulatorów Václav Zmítko.

Podczas testowania niekontrolowanych reakcji baterie dymią, palą się i wybuchają. Nawet po zakończeniu testów pozostają w nich niebezpieczne substancje. „Technicy pracują w kombinezonach ochronnych i z aparatami oddechowymi. Spaliny i drobny pył zanieczyszczają również narzędzia i cały sprzęt” – wyjaśnia dyrektor techniczny, podkreślając znaczenie „brudnego” kontenera.

Częścią miasteczka baterii jest komora dekontaminacyjna z prysznicem i przebieralnią. Wiosną flota zostanie powiększona o kolejny kontener reakcyjny. „Pierwszy kontener nie wystarcza nam już pod względem pojemności. Zakup nowego pozwoli nam ponadto skrócić czas przygotowania testów” – mówi Jaromír Kejval. Podczas gdy samo testowanie zajmuje tylko kilka minut, przygotowanie może trwać nawet kilka dni.

Przeprowadzają testy obciążeniowe

Wieloletnie doświadczenie w testowaniu komponentów dla przemysłu motoryzacyjnego firma wykorzystała i rozwinęła w obszarze testowania akumulatorów. Zajmuje się tym zespół pięciu ekspertów. W porównaniu z testowaniem komponentów, w przypadku akumulatorów przeprowadza się znacznie więcej testów ryzykownych, które sprawdzają ich zachowanie poza bezpiecznymi warunkami eksploatacji.

„Najczęściej przeprowadzamy różnego rodzaju testy obciążeniowe, przede wszystkim badania odporności na uszkodzenia mechaniczne i testy zwarciowe, testy wibracyjne lub sprawdzamy odporność na wnikanie wody i pyłu” – opisuje Václav Zmítko.

VÁCLAV ZMÍTKO – KIEROWNIK ZESPOŁU DS. AKUMULATORÓW

Tiyo przeprowadza rocznie dziesiątki testów ogniw i modułów akumulatorowych. Niektóre projekty trwają tydzień, natomiast te bardziej wymagające, składające się z dziesiątek częściowych testów, mogą zająć nawet dwa lata. „Długoterminowe testy koncentrują się na cyklu pracy i właściwościach funkcjonalnych. Gdy stwierdzamy stopniowe zmniejszanie się pojemności użytkowej baterii w porównaniu ze stanem pierwotnym, nie da się tego zbytnio przyspieszyć” – zauważa Jaromír Kejval.

Według niego testy bezpieczeństwa akumulatorów pozostaną głównym zadaniem testowania również w kolejnych latach. „Mimo że rozwój elektromobilności przebiega znacznie wolniej niż przewidywano, akumulatory pozostaną w dzisiejszym zaawansowanym technologicznie świecie. Niezależnie od kierunku rozwoju technologii akumulatorów, testy sprawdzające ich bezpieczeństwo w nietypowych sytuacjach, takich jak ekstremalne temperatury, przeładowanie, uszkodzenia mechaniczne i zwarcie, pozostaną kluczowe dla ich bezpiecznego użytkowania” – podsumowuje współwłaściciel firmy Tiyo.