Cuáles son¿Detectores de temperatura de resistencia al platino?
Mire, si está leyendo esto, probablemente ya sepa que la temperatura importa en las baterías. Pero hay algo que la mayoría de la gente no te dice: conseguir la temperatura CORRECTA es mucho más difícil de lo que parece, y hacerlo mal te costará. Mucho.
Aprendimos esto por las malas en 2019. Uno de nuestros clientes de flotas de montacargas en el norte de China tenía 40+ unidades funcionando con nuestros paquetes de baterías. Llegó el invierno, las temperaturas bajaron a -25 grados y, de repente, recibimos llamadas a las 2 a.m. Los camiones no cobrarán. BMS sigue lanzando-advertencias temporales. En menos veinticinco. Sí.
Resultó que los termistores NTC que estábamos usando se desviaron casi 8 grados en climas fríos. El BMS pensó que las células se estaban sobrecalentando cuando en realidad se estaban congelando. Los cargadores se apagan. Toda la flota muerta en el almacén. Las penalizaciones, los costes de reposición, los vuelos para ir a pedir disculpas en persona... digamos que alguien de nuestra empresa todavía tiene ese contrato enmarcado en su pared como recordatorio. Nos costó más de 2 millones de RMB.
Fue entonces cuando nuestro jefe literalmente golpeó la mesa con la mano y dijo: "a partir de ahora, RTD platino para todo, y si alguien sugiere NTC nuevamente para ahorrar dinero, lo descontará de su bonificación".
Entonces sí. Por eso escribimos esto. No porque los RTD de platino sean elegantes. Porque nos hemos quemado (irónicamente, por malas lecturas de temperatura) y no volveremos a hacerlo.
Lo básico (pero realmente útil)
Platinum RTD significa Detector de temperatura de resistencia de platino. El principio es absolutamente simple: el alambre de platino se vuelve más resistente a la electricidad a medida que se calienta. Mide la resistencia, ya conoces la temperatura. Eso es todo.
El estándar de la industria se llama Pt100, que simplemente significa 100 ohmios a 0 grados. También hay Pt1000 (1000 ohmios a 0 grados), que le brinda una señal más grande con la que trabajar, lo que resulta útil cuando tiene cables largos o entornos ruidosos. Ahora usamos Pt1000 en cualquier cosa con cables de más de 2 metros porque nos cansamos de buscar errores de 0,5 grados que resultaron ser resistencias de cables que olvidamos compensar.
¿Por qué platino específicamente? De hecho, probamos el níquel y el cobre desde el principio. Más barato, seguro. Pero el níquel se vuelve loco por encima de los 300 grados y el cobre se oxida si se mira mal. El platino simplemente... funciona de . -200 grados a +850 grados, no se corroe, no se desplaza. Aburrido y confiable, que es exactamente lo que desea cuando su paquete de baterías está dentro de una carretilla elevadora de 3 toneladas moviendo paletas por un almacén.
A uno de nuestros ingenieros le gusta decir "el platino es caro porque es vago" - no reacciona con nada, no cambia de opinión, simplemente se queda ahí siendo preciso. Tomaremos perezosos.
Tres formas de construirlos (y cuáles funcionan realmente)
Hay alambre-bobinado, elemento enrollado y película delgada. Esto es lo que realmente pensamos sobre cada uno:
Alambre-bobinado
A la vieja usanza. Alambre de platino enrollado alrededor de un núcleo de cerámica. Súper preciso, súper estable. También súper caro y algo frágil. Los usamos como referencia de calibración y eso es todo. Tenía un cliente que insistía en el cableado-para toda su flota porque "solo lo mejor". Seis meses después, la mitad de ellos se habían desviado porque la vibración del áspero suelo del almacén aflojó los devanados. Ahora utiliza elementos enrollados como todos los demás.
película delgada
Barato, pequeño y de respuesta rápida. Excelente para asuntos de consumo o monitoreo de -bajo riesgo. Los usamos en nuestros paquetes pequeños de 12V/24V donde, si algo sale mal, nadie resulta herido y nada se incendia. ¿Los pondríamos en un paquete de carretilla elevadora de 600 V? En absoluto. El sustrato cerámico y la película de platino se expanden a diferentes velocidades y, después de unos miles de ciclos térmicos, se empieza a ver una deriva. Una marca importada que probamos - cara también - bajó 1,5 grados en menos de un año. El proveedor culpó a nuestra instalación. Culpamos a su control de calidad. De cualquier manera, dejamos de usarlos para cualquier cosa crítica.
elemento enrollado
Esto es lo que especificamos para los paquetes de alto-voltaje. Las bobinas de platino se encuentran sueltas en tubos cerámicos llenos de polvo, de modo que pueden expandirse y contraerse sin forzar el cable. Manejan la vibración, manejan los ciclos térmicos, no se quejan. Más cara que la película fina pero dormimos mejor por la noche. Cualquier proveedor de baterías de litio que realice aplicaciones industriales debería considerarlas seriamente.
2 hilos, 3 hilos, 4 hilos: el debate que casi divide a nuestro equipo
Esto provocó verdaderas discusiones en nuestra oficina. Nuestro líder de hardware quería 4 cables en todo. Nuestro ingeniero de costos casi sufre un derrame cerebral al calcular los costos adicionales de pines del conector y cables. No se hablaron durante una semana.
Aquí está el trato:
2 hilosestá bien si tu cable es corto y no te importa medio grado aquí o allá. La resistencia del propio cable contribuye a la lectura. Para un tendido de cable de 10 metros, es posible que haya un desvío de 1 a 2 grados. No es genial cuando su BMS toma decisiones basadas en ese número.
3 hilosCompensa la resistencia del plomo y es lo que utilizan la mayoría de las configuraciones industriales. Suficientemente bueno para el 90% de las aplicaciones. Este es nuestro valor predeterminado ahora.
4 hilosElimina completamente la resistencia del plomo. Lo usamos para el monitoreo-a nivel celular durante la investigación y el desarrollo y la validación, y para cualquier cliente que paga por una precisión superior. También es obligatorio para cualquier solución OEM de batería de litio en la que el cliente realiza su propia certificación de seguridad. - a los auditores les encanta ver 4 cables.
La discusión terminó cuando nuestro encargado del hardware dijo: "Puedo colocar dos cables adicionales o puedo explicarle a un cliente por qué su protección térmica contra fugas se activó con un retraso de 3 grados". Ahora utilizamos 4-cables en todos los paquetes de alto voltaje. El coste extra es como el 0,3% del precio del paquete. No vale la pena perder el sueño.
Dónde pegarlos (la ubicación realmente importa)
Hemos visto algunas cosas increíbles de otros fabricantes de baterías industriales. Sensores-atados con cremallera a lugares aleatorios. Sensores presionados contra la carcasa con un trozo de espuma. Una auditoría memorable en la que encontramos un sensor que se había caído por completo y simplemente colgaba dentro del recinto, leyendo la temperatura del aire mientras las celdas se cocinaban.
Nuestras reglas ahora:
En las celdas
Contacto directo con la carcasa, pasta térmica o cinta 3M VHB (nos gusta la 9888T), luego se cubre con epoxi. Sí, es molesto volver a trabajar. Ese es el punto. Si alguien tiene que cincelar epoxi para mover un sensor, se lo pensará dos veces antes de si realmente es necesario.
Entre celdas
Atrapa puntos calientes de células que se degradan más rápido que sus vecinas. Así es como encontramos un lote de celdas de un proveedor que tenía defectos internos - una celda estaba funcionando 8 grados más que sus vecinas. Lo detecté antes de que sucediera algo malo, cambié el módulo, lo rastreé hasta un lote de fabricación y rechacé todo el lote. El sensor se amortizó solo unas 10.000 veces durante ese día.
Barras y conexiones
Los tornillos flojos se calientan. Mucho. Teníamos un paquete en el que el terminal del contactor principal no estaba apretado correctamente y, bajo corriente alta, alcanzaba los 85 grados, mientras que las celdas cercanas estaban a 35 grados. El cliente se quejó de una reducción de potencia "aleatoria". No fue nada aleatorio - el BMS estaba haciendo exactamente lo que debía hacer. Se arregló la conexión, el problema desapareció. Ahora cada paquete tiene un sensor en la ruta de corriente principal, no-negociable.
Entrada/salida de refrigerante
Si tiene refrigeración activa, necesita saber si realmente está funcionando. He visto demasiados sistemas donde la bomba murió y nadie se dio cuenta hasta que las células comenzaron a hincharse.
Lo que no incluyen en las hojas de datos
Aquí hay algunas cosas que aprendimos al equivocarnos:
El auto-calentamiento es real
La corriente que pasas a través del RTD para medirlo también lo calienta. El estándar es 1 mA para Pt100. Una vez tuvimos un ingeniero junior que lo puso a 5 mA porque "una señal más grande, mejor precisión, ¿verdad?" Equivocado. El sensor marcaba 2 grados de altura. En un paquete de carrito de golf de 48 V, solo significaba encender un poco más temprano el ventilador. En un paquete industrial de 400 V, habría significado paradas molestas. Utilice 1 mA. O menos para Pt1000.
El enrutamiento de cables importa
Mantenga los cables RTD alejados de cables de alimentación, variadores de motor, inversores - cualquier cosa que esté conmutando grandes corrientes. Ahora utilizamos par trenzado blindado después de pasar tres días depurando una "señal de temperatura ruidosa" que resultó ser EMI de un VFD montado a 20 cm de distancia. Los distribuidores mayoristas de baterías de litio tomen nota: si revende paquetes y el integrador coloca el BMS justo al lado del controlador del motor, las lecturas de temperatura serán basura.
La clase de tolerancia no es precisión.
Un Pt100 Clase B puede estar apagado en ±0,8 grados a 100 grados según la especificación. Ese es el error PERMITIDO. Si su BMS asume que es absolutamente preciso y establece límites térmicos en 60 grados, es posible que en realidad esté limitando en 59,2 grados o 60,8 grados. Diseña tus límites teniendo en cuenta la tolerancia. Incorporamos un margen de 2 grados en todos nuestros umbrales de protección.
Los sensores baratos se desvían. Los buenos sensores no
Seguimos sensores de tres proveedores diferentes durante 2 años de operación de campo. Los económicos (de 0,80 dólares cada uno) se desviaron un promedio de 0,6 grados. Los japoneses de gama media (2,50 dólares) cayeron 0,1 grados. Los suizos premium ($8) básicamente no derivaron más que, vamos, ¿8$ por sensor? Usamos los japoneses. El mejor valor para cosas industriales.
Por qué estandarizamos el Pt100 en todo
Solíamos tener una combinación: termistores NTC en paquetes de bajo coste-, Pt100 en los premium y algunos sensores KTY extraños en productos antiguos. Fue una pesadilla. Diferentes curvas de calibración, diferentes ramas de firmware BMS, diferente inventario de repuestos.
Ahora hay Pt100 en todas partes. Mismo sensor, mismo proveedor, mismos procedimientos de manipulación. Cuando algo sale mal, no tenemos que preguntar "espera, ¿qué tipo de sensor hay en este paquete?" La integración del sistema de batería se vuelve mucho más sencilla cuando no se hacen malabarismos con cinco tipos diferentes de sensores.
La diferencia de coste entre NTC y Pt100 es de 1,50 dólares por sensor. En una batería de montacargas de $3000, eso es ruido. La confiabilidad y los costos de soporte lo son todo.
Para cualquiera que especifique sensores ahora mismo
Si eres ingeniero de diseño y estás leyendo esto, aquí tienes la versión corta:
Utilice Pt100 o Pt1000. Elemento enrollado para cualquier cosa de más de 100 V o cualquier cosa que vibre. La película delgada está bien para pruebas en banco y monitoreo de bajo -importante. 3-cable mínimo, 4 cables si realiza certificación o trabajo de precisión.
Compre a fabricantes de sensores establecidos con trazabilidad real. Hemos visto Pt100 falsificados que en realidad eran NTC con marcas falsas. Si el precio parece demasiado bueno para ser verdad, lo es.
Coloca tus sensores. Utilice material de interfaz térmica. Alivie-la tensión de los cables. Documente las ubicaciones de sus sensores para que el técnico pobre dentro de 5 años sepa dónde buscar.
Y para cualquiera que compre paquetes: pregunte a su proveedor qué sensores utiliza y por qué. Si no pueden darte una respuesta directa, eso te dice algo. Si dicen "utilizamos RTD de platino porque aprendimos por las malas lo que sucede cuando no se usa", ese es un proveedor que ha existido el tiempo suficiente para saber lo que importa.
Llevamos más de una década fabricando paquetes de baterías de litio: - montacargas, carritos de golf, AGV, fregadoras de pisos, lo que sea. La detección de temperatura representa quizás el 0,5 % del costo de la lista de materiales y el 50 % de las causas fundamentales de fallas de campo que hemos diagnosticado. Simplemente no vale la pena gastar dinero en ello.
Si está buscando un equipo que realmente se preocupe por los detalles de cosas como esta, ya sabe dónde encontrarnos. Siempre estaremos encantados de hablar sobre gestión térmica con cualquiera que realmente quiera hacerlo bien.
Y si alguien de su equipo sugiere ahorrar $1,50 por paquete cambiando a NTC, no dude en enviarle este artículo. O la factura de ese incidente de 2019. Lo que sea que funcione.
