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Www.arbin.com Une vue générale dArbin A Fabriquant de systèmes de test pour Batteries Super- condensateurs Piles a combustible Janvier 2004.

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1 Une vue générale dArbin A Fabriquant de systèmes de test pour Batteries Super- condensateurs Piles a combustible Janvier 2004

2 Établie en 1991, la société Arbin Instruments a commencée comme fabriquant de potentiostats multi-canaux, avec pour principaux clients le monde des batteries et de lélectrochimie L extraordinaire fonctionnalité de nos systèmes, leur fiabilité et la technologie mise en place, ainsi que la rapide expansion du marche des batteries au lithium ont permis a Arbin de devenir lun des acteurs les plus importants dans lunivers de la batterie Lorsque les piles a combustible étaient encore presque inconnues, nos clients achetaient nos systèmes de test de batteries pour tester des piles a combustibles, poussant Arbin a développer un système spécifique Nous avons livres plus de 1000 systèmes de test dans le monde, a des sociétés travaillant avec des batteries, super-condensateurs et piles a combustibles, dans les secteurs de lautomobile, de la téléphonie portable, du support dénergie stationnaire, ainsi qua des universités et des agences gouvernementales. Aujourdhui, Arbin est un fabriquant et fournisseur global de systèmes de test a destination des systèmes de stockage ou de conversion de lénergie. Arbin compte environ 70 employés et génère $8m de revenu Qui sommes-nous? Peach Creek Cut Off Rd. College Station, TX Phone: (979) Fax: (979)

3 Une R&D forte, qui développe des produits basés sur des technologies innovantes et qui domine la concurrence. La proposition dune solution globale: un système de test standard ou a façon, dans un package complet incluant PC, logiciel et garantie, lassistance de nombreux ingénieurs et scientifiques, un support et une représentation locale. Nos produits, déclinés sur une vaste gamme de courant, tension et puissance, utilisables pour les activités de R&D, contrôle qualité et production Notre réseau mondial: Nord Amériques: Canada, USA Europe / Moyen-Orient: Allemagne, Espagne France, Israël Asie: Inde, Japon, Corée, Malaisie, Taiwan Hong-Kong, Chine Nos atouts 3

4 Les atouts des produits Systemes de tests de batteries Systeme de test de supercondensateurs Systemes de cyclage (charge-decharge) ou decharge seule Canaux pouvant etre utilises comme potentiostat- galvanostats Multi-gammes de courant pour une meilleure precision Sortie de courant et tension bipolaires Possibilite de coupler les canaux en parallele Limite de tension par hardware Pulse a haute vitesse avec acquisition de donnees synchronisee Chassis compacts et modulaires Jusqua 2000A, 450V, 100kW Systemes de cyclage charge-decharge Mesure de la resistance serie (ESR) Mesure du courant de fuite Voltammetrie cyclique Temps de montee en courant tres rapide et excellent rapport signal/bruit Acquisition de donnees tres rapide 4

5 Les atouts des produits Systèmes de test de piles a combustible Electronic Load Forte puissance spécifique Tension, courant, puissance et résistance programmables 2 gammes de tension et 3 gammes de courant pour une excellente précision Puissance disponible jusqua 240kW Humidificateurs (breveté) Contrôle le degré d humidité précisément Fiabilité du système (construction Inox 316L) Température contrôlable jusqua 150 o C Pression contrôlable jusqua 6atm Débit disponible jusqua 6000 lpm Lignes de contrôle des gaz Possibilité de mixer plusieurs gaz sur une ligne Contrôle automatique du débit Monitoring et contrôle de la pression Unités de chauffage et refroidissement des piles 5

6 Système de test BT2000; Systèmes dérivés: LABT, EVTS

7 BT2000: système de cyclage et de test de batteries Les principaux tests de batteries sont le cyclage (charge-décharge répètes), éventuellement jusqua la mort de la batteries La mesure de capacité (Ah) par décharge Pour ce faire, le système doit pouvoir générer et contrôler a courant, tension, puissance et résistance constants.

8 Structure du BT2000 Software Génération du signal Contrôle du signal Échantillonnage Acquisition des données Management des données et présentation Sécurité Hardware Canal principal (I, V) Entrées Auxiliaires: Température pH Tensions Adaptateur pour chargeur Étuve Interface pour batteries intelligentes Pulse haute vitesse UPS Accessories Cables Supports de batteries Sensors Recherche fondamentale Cellule de test Test Objects Batteries Batteries Intelligentes Supercondensateurs BT2000:

9 Modularité Le BT2000 et tous les systèmes Arbin sont construits a partir de modules. Cette structure facilite: La maintenance L extension du système Les mise a jour hardware/software La modularité permet aussi de fabriquer un système très compact ayant une forte densité de puissance et une meilleure fiabilité. BT2000:

10 BT2000 : B us MicroprocesseurEntrees Aux (P, T, V)Alim. composants Canaux

11 BT2000: technologie Le circuit du BT2000 est du type linéaire Cela permet dobtenir le courant de sortie le plus précis, sans bruit ou ripple et avec une excellente précision (de 0.05% a 0.1% selon les systèmes)

12 BT2000: gammes de courant multiples Low range: accurate 1uA~1mA Medium range: accurate 100uA~100mA High range: accurate 10mA~10A Log(ABS I ) 10A 100mA 10mA 1A 1mA 1uA 10uA Le BT2000 offre jusqua 3 gammes de courant par canal. Cela confère aux canaux une excellente précision sur une large plage de courants, pour le contrôle et la mesure. 100uA

13 BT2000: a facon Arbin a commencé un processus de standardisation de ses systèmes, basé sur la popularité de certains modèles Cependant, la plupart des systèmes livrés sont fabriques selon les spécifications des clients. Cela apporte a nos clients la certitude que le système quils achètent correspond a leurs tests, sans compromis. Les paramètres à choisir pour ces systèmes sont: le courant maximum, les gammes de courant, la gamme de tension, le nombre de canaux, le nombre de châssis, les auxiliaires…

14 BT2000: Auxiliaires De nombreux auxiliaires sont disponibles, tels que Entrées de température: thermocouple ou thermistance Entrées de pression Mesures additionnelles de tension Entrées de pH …

15 BT2000: Connectique

16 BT2000 est en fait basé sur le principe des alimentations a 4 quadrants, et permet dobtenir grâce à cela une excellente précision autour de 0, pour le contrôle et la mesure. Ceci est un avantage comparé aux autres systèmes disponibles sur le marché qui ne peuvent fonctionner à moins de 2-5% de leur tension et courant maximaux Desired value applied value 0 0 ? Les canaux du BT2000 ont un contrôle du courant et de la tension totalement linéaire, y compris autour du point 0 Les autres systèmes sur le marche ont des switch empêchant de travailler autour de 0 BT2000 : technologie linéaire bipolaire

17 La mise des canaux en parallèle est une pratique courante pour les tests de batteries. Le BT2000 est conçu de façon a rendre cette opération plus simple et de façon à ce que le courant maximum obtenu soit la somme réelle des courants maximaux des canaux Grâce a la mise en parallèle de canaux, lutilisateur peut obtenir jusqua 2000A/10,000W sur un circuit linéaire refroidi par air et 1000A/80,000W sur un circuit PWM refroidi par air. Le logiciel permet de rendre la mise en parallèle totalement transparente pour lutilisateur: les canaux sont visuellement groupés comme un canal de haute puissance et le fichier de résultat montre un résultat similaire à celui obtenu sur un seul canal de haute puissance. BT2000 : Mise des canaux en parallèle

18 Master module Arbin bus Is1Isn CPUPS Slave module Slave module BT2000 : Mise des canaux en parallèle

19 BT2000 : Limite physique de tension Les tensions minimales et maximales sont fixées par le hardware CC CV High voltage clamp Low voltage clamp

20 MITS Pro Software

21 Arbins software for BT2000, MITSPro, is an advanced software package. It is not a simple battery cycling software. It has built in many advanced features for a broad application range. It is appreciated by many scientist and engineers because it enables them to conduct many experiments conveniently, which would be otherwise impossible. To the operator, there are several basic portions: *. System configuration: it stores all permanent parameters and data of the system configuration, including channel configuration, calibration data, addresses, communication set ups... *. Calibration: to conduct calibration, manual or automatic MITS Pro Software Operation

22 *. Batch file: this file stores semi-permanent parameters, data and set ups for each channel. These data describe the physical set ups and properties of the channel, such as test schedule assignment, auxiliary input channel mapping, voltage limit set up, and/or characteristics of test subjects, such as specific capacity, weight or nominal capacity of test electrode or cell. Batch file is stationary to a system at certain time. *. Schedule: it is to define test procedures. A schedule is portable for different channels, even machines. *. Monitor screen: This is the work station for operator after setting up a system and all channels are ready to function. Operator will start, stop, jump, resume tests from this screen. It also provides real time data in tabular or graphical form to operator. MITS Pro Software Operation

23 System Structure

24 CC: constant current CV: constant voltage CC-CV: constant current followed by constant voltage when it reaches the voltage CP: constant power. It is realized by constantly updating current output value according to I=P/V CL:constant power. It is realized by constantly updating current output value according to L=V/I Stair case: it repeatedly increase current or voltage output value by certain value after certain time Pulse: apply pulse with definition specified in pulse screen MITS pro Operation modes:

25 Cyclic voltammetry: it defines and controls complete cyclic voltammetry precisely Ramp: it scan up or down current or voltage at defined speed Formula: with this function, user can define a process with defining a formula. Good example is to define current sine wave. Simulation: It output current according to time and current value specified in a data file operation control: in this mode, user specify some control parameters such as increment and decrement of cycle number, counters; or reset of cycle number, counters and timers. ACIR: AC impedance measurement DCIR: DC resistance measurement Operation modes:

26 In MITSPro, not only real time measured data, almost all history data or derived parameters can be used for control. This makes complicated procedure control easy and flexible, which may not be possible without these variables. The following are simple summary of available meta variables Present Values Last cycle values Last log values Last step values Test Time Step Time Voltage Current Charge Capacity Discharge Capacity Charge Energy Discharge Energy dV/dt dI/dt Step Index Cycle Index Variables:

27 Traditionally, auxiliary inputs are dedicated to a main channel. As a result, many auxiliary inputs will be needed for every possible usage on every channel. Virtual mapping enable user to assign any single or group of auxiliary inputs to any main I/V channel. Any auxiliary input can also be assigned to several main I/V channels. As result, only small number of input channels may serve for large number of main channels and can be more creative and more flexible in the application Virtual Mapping:

28 28 Virtual Mapping:

29 29 Some procedures are difficult to schedule manually. Example is road testing of EV battery. The simulation function can convert a data file from a life test, such as real road test of EV battery, to a schedule automatically. The simulation function makes complicated test procedure not only possible, but also simple. Standard tests: Simulation:

30 Standard tests: MITS pro includes a certain number of standardized tests Should they not be included, other types of tests can be programmed for you by our support engineers. The variety of tests possible includes BCI, USABC, SAE, IEC, EN The tests cover a wide array of procedures such as reverse capacity, cold cranking, cycling, …

31 Step time Voltage limit (maximum or minimum) Current limit (maximum or minimum) Power limit (maximum) Step Capacity limit Temperature limit Auxiliary parameters limits These conditions can be in AND and OR logic with each other Step terminations conditions

32 Delta time: time from last data logging Delta I: current change from last data logging Delta V: voltage change from last data logging Step time AND delta X These conditions can be in OR logic Do not use >, = alone as recording condition because it will take too many data at maximum speed. Use them with delta X condition with AND logic Typical data recording possibilities:

33 Test schedule is to define a test procedure. It is portable between machines and channels There are mainly two main pages: global and step pages. In global page, general items such as comments and data file format are entered. Another important items are safety limits for current, voltage (and power). In step page, actual test process is defined step by step with control modes and value. Step termination and data logging conditions are also defined. Control parameter: current, voltage, time Measurement parameters: current, voltage, power, load, time… Termination and data logging conditions are defined by meta variables and multiple timers, counters…. It can be multiple conditions in AND and OR logic for one step. Data file: date, time, step#, current, voltage, energy, capacity, power, load... Test schedules:

34 34 Scheduling a test with MITS pro:

35 schedule assignment Virtual mapping 35 Voltage clamp setting Automatic C rate setting Assigning the test to the channel:

36 Monitor screen is the main interface between machine and user. 4 monitor screens are provided for convenience of use. The detail view provide real time data and information, one line for each channel. It include date, time, test name, schedule name, step#, current, voltage, energy, capacity, power, load…. This is the main screen for user to quickly scan each channels information. The brief view give a glance of all channels of their status. Each channel is represented with a small square box and color codes represent status such as charge, discharge, stop… Graph view plot test curves of a number of channels for certain period of time up to the moment. It is convenient to check the test trend of several channels through this view. Channel view present all available data of one channel on one screen, including SMB data. User does not need to scroll the screen like in the detail view. Monitoring a test with MITS pro:

37 Detailed view screen:

38 Brief view screen:

39 Graph view screen:

40 + FMC + GM + IBM + GM Delphi + Lawrence Berkeley Lab + Maxwell Lab + Monsanto + Motorola + NASA + Ovonics Battery + Panasonic +3M +Argon Natl Lab +AT&T +Bellcore +Canon +Corning +DaimlerChrysler +Dupont +Duracell +Energizer +Eveready Battery +Procter&Gamble +Rayovac +Raychem +Sanyo +Saft +Schlumberger +Synergy +TCL +TDK +US Army Research Lab Partial list of customers:

41 Service Centers around the World Headquarters: College Station, TX, USA China India Israel Japan Korea Malaysia Taiwan Germany Spain A Total Solution the World Over


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