使用基于石墨烯的传感器的高分辨率测绘将彻底改变电池行业

主要受电动汽车 （EV）日益增长的推动，全球锂离子 （Li-Ion） 电池市场正在迅速发展，并显示出巨大的商业潜力。Grand View Research 预计，从现在到 2028 年，它的复合年增长率 （CAGR） 将超过 19%，而 Research and Markets 预计，到 2019 年底，它的收入将从去年的 410 亿美元增长到近三倍（116 美元）十年。

锂离子电池设计在不断发展，人们正在努力加快充电时间并将更多的储能容量安装到更紧凑的空间中。但对于电池制造商、回收商和经销商来说，要利用这项技术提供的商机，他们需要访问他们正在为其客户群开发的电池的详细数据。这将帮助他们区分他们的产品，确保更高的质量和可靠性水平，提高产量并增加销售收入。

然而，目前可用于进行电池分析的技术远非理想，这给供应商带来了重大障碍。需要一种新的、更先进的方法来进行快速、简单和成本有效的详细研究。

商业优先事项

从商业角度来看，电池制造商和回收商本质上想要的是：

制造能够赋予他们竞争优势的优质产品——增加他们的销售额和市场份额。

保持尽可能高的产量（停机时间最短），从而满足客户需求。

保持较高的运营效率水平——控制成本并提高盈利能力。

确保提供具有最佳性能和质量的电池的声誉。

此处概述的详细高吞吐量电池映射解决方案适用于所有这些领域。这就是为什么越来越多的电池制造商、原始设备制造商、电池回收商和经销商现在正在与 Paragraf 讨论部署它的原因。

更好的电池映射将如何产生真正的影响

详细的电池映射将用于多种目的。通过获得制造商集成到电池中的电池的数据，他们将更好地了解这些电池内部的实际情况，而不必依赖于理论建模。

在最初的开发阶段，电池制造商通常会评估来自不同供应商的电池。他们将查看电流密度数据，以了解这些电池在集成到电池中后的性能。这将使他们能够看到在确保安全运行（避免热失控等）的同时，他们可以推动这些电池走多远。如果正在试验一种新的设计，他们会想看看正在使用的电池会受到怎样的影响。最后，一旦全面生产，将需要进行线下测试，以检查是否保持了预期的质量。

除此之外，回收业务一直在增长，而位于那里的公司如果想增加利润，就需要更好的电池分析。当一次使用电池（如电动汽车中的电池）的充电容量降至其原始数字的75-80%左右时，需要重新调整其用途。它们可以进入家用太阳能电池板系统或调峰装置（用于商业场所、学校、医院等）。但在电池回收商可以转售这些电池之前，他们必须仔细检查他们收到的电池，以便评估它们是否适合第二生命部署。这将使他们能够定位可能影响储能能力的任何死区，并确定需要处理的任何安全问题。

目前，锂离子电池的分析将通过使用分布在电池周围的温度传感器来间接测量电流密度，或者通过连接到汇流条上的分流电阻来测量进出电池的电流。然而，从这些方法得出的数据给出了不完整的图景。

从温度传感器获取有意义的数据需要更长的时间，因为要检测到温度的任何变化都需要电流密度的较大变化。使用分流电阻器进行电流测量也有其缺点，因为这些设备只能放置在电池的某些点上。这意味着电池性能的整体可见性非常有限，运行速度变慢并且测试设备出现故障时停机时间增加。

更高分辨率的实时数据

利用其以低单位成本大批量生产基于石墨烯的磁传感器的能力，Paragraf 采用了不同的电池映射方法。这克服了传统技术的缺点，从而更准确地指示细胞内正在发生的事情。整个供应链都可以看到这样做的好处——电池供应商、电池制造商和电池回收商都可以从中受益。

Paragraf 开发的石墨烯霍尔传感器 （GHS） 解决方案使用产生的磁场来实时确定任何电流密度波动。GHS 传感器测量整个电池多个不同点的磁场，可以为工程师提供高分辨率数据。即使电流密度的相对较小的变化也可以快速确定。

与分流电阻器相比，GHS 传感器的紧凑性在空间分辨率方面提供了显着改进。这些传感器可以放置在电池的任何位置。GHS 方法还提供了更大的内置冗余。如果一个传感器发生故障，那么系统的其余部分将继续工作。只需更换一个有故障的传感器节点，而不是全部更换，就像分流电阻器布置的情况一样。

加速测试程序

使用 GHS 可以更快地完成数据采集，从而可以在更短的时间内完成测试——这意味着更快的周转时间和更高的吞吐量。它还可以更快地响应安全关键问题（如电流短路），以便更快地关闭电池。

简化测试设置

GHS 传感器能够涵盖电池分析所需的所有测量工作，而其他传感器仅处理特定方面。因此，不再需要为不同的功能使用不同的传感器类型。这显着简化了测试设置，使一切更加标准化。首先，这意味着对测试设备的资本投资更少。其次，可以缩短技术人员在测试（更改设置）之间的准备时间——因此每天可以进行更多测试并提高生产力。这也意味着可以消除因在不同传感器之间交换而产生的错误。

更好的产品优化

由于 GHS 传感器能够提供不断更新的高度详细信息，电池设计人员将能够更好地调整他们的设计概念。制造商和原始设备制造商将能够将能够储存更多能量、运行时间更长、充电更快、体积更小、重量更轻的电池推向市场——所有这些都将使由电池供电的产品更方便最终消费者使用。

这些改进将使这些电池在竞争中脱颖而出——允许制造商收取溢价并增加其市场渗透率。

由于可以在更短的时间内完成设计优化，制造商将能够更快地利用机会之窗，抢占竞争对手的先机。

广泛的潜力

GHS 是适用于电池供应链中所有关键参与者的解决方案。电池供应商可以在研究阶段使用它进行映射，这样他们就可以确定整个电池的电流分布均匀，并且没有热点或其他异常情况。一旦这些电池被集成到电池单元中，电池制造商就可以进行调查。在编译数据集后，制造商可以将有价值的信息提供给与之合作的电池供应商。这种反馈循环使制造商和供应商能够共同努力，根据市场需求创新和开发产品。

通过拥有可以明显更快地完成的测试过程，回收商也将受益。他们希望重新利用的电池将花费更少的时间来鉴定。电池可以更快地部署给客户，并更快地产生收入。此外，随着对这些电池（它们的参数、公差等）的更好理解，它们中的更大比例有望被重复使用。因此，回收商可以对他们销售的产品的质量更有信心，而以前无法解决的新市场为他们打开了大门。他们将能够提供高质量的二次电池，同时保持所涉及的价格点具有吸引力。

细粒度的电池分析将带来更好的精炼产品，从而实现更多目标。同时，Paragraf 的 GHS 传感器可以帮助提高运营绩效。