A Une vue générale d’Arbin Batteries Super-condensateurs

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

2 762 Peach Creek Cut Off Rd. College Station, TX 77845 Phone: (979) Fax: (979) Qui sommes-nous? 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 l’électrochimie 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 l’un des acteurs les plus importants dans l’univers 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 l’automobile, de la téléphonie portable, du support d’énergie stationnaire, ainsi qu’a des universités et des agences gouvernementales. Aujourd’hui, Arbin est un fabriquant et fournisseur global de systèmes de test a destination des systèmes de stockage ou de conversion de l’énergie. Arbin compte environ 70 employés et génère $8m de revenu 1 2

3 Nos atouts Une R&D forte, qui développe des produits basés sur des technologies innovantes et qui domine la concurrence. La proposition d’une solution globale: un système de test standard ou “a façon”, dans un package complet incluant PC, logiciel et garantie, l’assistance 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 3

4 Les atouts des produits
Les atouts des produits Systemes de tests de batteries 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 Jusqu’a 2000A, 450V, 100kW Systeme de test de supercondensateurs 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
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 jusqu’a 240kW Humidificateurs (breveté) Contrôle le degré d’ humidité précisément Fiabilité du système (construction Inox 316L) Température contrôlable jusqu’a 150oC Pression contrôlable jusqu’a 6atm Débit disponible jusqu’a 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 jusqu’a 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 Hardware BT2000: Structure du BT2000 Software Test Objects Accessories
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

9 BT2000: 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.

10 BT2000 : Entrees Aux (P, T, V) Alim. composants Microprocesseur Canaux
Bus Microprocesseur Entrees Aux (P, T, V) Alim. composants Canaux

11 BT2000: technologie Le circuit du BT2000 est du type linéaire
Le circuit du BT2000 est du type linéaire Cela permet d’obtenir 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
Log(ABS I ) Le BT2000 offre jusqu’a 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. 10A 1A High range: accurate 10mA~10A 100mA 10mA Medium range: accurate 100uA~100mA 1mA 100uA 10uA Low range: accurate 1uA~1mA 1uA

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 qu’ils 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 De nombreux auxiliaires sont disponibles, tels que
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 technologie linéaire bipolaire
BT2000 : technologie linéaire bipolaire Les canaux du BT2000 ont un contrôle du courant et de la tension totalement linéaire, y compris autour du point 0 applied value BT2000 est en fait basé sur le principe des alimentations a 4 quadrants, et permet d’obtenir 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 ? Les autres systèmes sur le marche ont des switch empêchant de travailler autour de 0

17 BT2000 : Mise des canaux en parallèle
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, l’utilisateur peut obtenir jusqu’a 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 l’utilisateur: 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.

18 BT2000 : Mise des canaux en parallèle
Master module Arbin bus Is1 Isn CPU PS Slave

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

20 MITS Pro Software

21 MITS Pro Software Operation
Arbin’s software for BT2000, MITS”Pro, 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

22 MITS Pro Software Operation
*. 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.

23 System Structure

24 MITS pro Operation modes:
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

25 Operation modes: 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

26 Variables: Present Values Last cycle values Last log values
In MITS’Pro, 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

27 Virtual Mapping: 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

28 Virtual Mapping: 28

29 Standard tests: Simulation:
2929 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.

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 terminations conditions
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

32 Typical data recording possibilities:
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 >, < , <= or >= alone as recording condition because it will take too many data at maximum speed. Use them with delta X condition with “AND” logic

33 Test schedules: 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...

34 Scheduling a test with MITS pro:
34

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

36 Monitoring a test with MITS pro:
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.

37 Detailed view screen:

38 Brief view screen:

39 Graph view screen:

40 Partial list of customers:
3M Argon Nat’l Lab AT&T Bellcore Canon Corning DaimlerChrysler Dupont Duracell Energizer Eveready Battery FMC GM IBM GM Delphi Lawrence Berkeley Lab Maxwell Lab Monsanto Motorola NASA Ovonics Battery Panasonic Procter&Gamble Rayovac Raychem Sanyo Saft Schlumberger Synergy TCL TDK US Army Research Lab

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