利用溫度監測為蒸蒸日上的電動車產業提供解決方案
“ 近年來，電動車(EV)產業成長迅速。 氣候變遷危機令人擔憂， 取代現有燃油汽車迫在眉睫，電動車因此大受歡迎。
隨著電動車的需求顯著增加，電池組的生產製造需求也水漲船高，相關挑戰日益嚴峻。 電動車產量的激增也帶來了多起嚴重火災事故。 此類事故不限於小型企業，Tata、TESLA及OLA等巨頭也無法倖免。 這一話題進展迅速，所有事故的背後可能存在多種原因。
紅外線成像正是有助於減少事故的高科技解決方案。本文涉及電動車的預防性維護與材料研究。如需理解應用，首先必須了解一些基礎知識，本文將介紹這些知識。 ”
鋰離子電池基礎知識
鋰離子電池具有多項引人注目的優勢，其中最具吸引力的是鋰的電負性及其低密度的結合。 在固體元素中，這種組合每單位重量產生的電能最多。
標準鋰離子電池包含陽極和陰極。 陰極材料通常採用氧化鋰，陽極則採用碳基化合物。電子在陰極和陽極之間不斷進行內部移動，形成眾所周知的可充電電芯。
若化學電池的陰極為可接收鋰的化合物，鋰離子就會在充放電循環過程中逆向流動。電池中的氧化還原反應使電池可充放電。
製造流程
- 分類：電芯通常進口自印度製造商，為確保不會有缺陷電芯進入生產線，必須人工分類電芯，檢查每個電芯是否明顯畸形或損壞漏液，及其內阻範圍。這些因素決定了電芯的狀態，也與成品品質息息相關。
- 製作電池組：根據所需輸出規格，將所有電芯以串聯或並聯的形式焊接為電池組。電池組的基本結構由此形成。在這過程中，需要手動檢查電池組是否有焊接變形。電池組能否進入生產線取決於其內阻和阻抗。
- 組合電池組：利用電路和控制系統連接電池組。至此，鋰離子電池組製造完成，隨後將分銷給電動車製造商。
- 測試：透過進行充放電循環測試成品。在這過程中將監控電池的特性。
紅外線成像基礎知識
紅外線成像的原理是物體會發出紅外線輻射。肉眼無法看到這種輻射，但利用針對其特定波長優化過的熱像儀就可以看到。雖然可以使用熱電偶來估算特定點的溫度，但這樣一次只能獲得單一點的數據，且熱電偶必須緊密接觸待測物體。
使用熱像儀則可查看大量此類點，無需接觸即可在運轉條件下從安全距離監測物體溫度。此類熱像儀的測溫精度可達攝氏0.1度。作為一種非接觸式、無損測試及監測方法，紅外線成像被廣泛應用於其他行業的消防安全領域。
可見光與紅外線
只有當物體的溫度達到1000°C時，肉眼才能看到其熱訊號。而紅外線熱像儀可利用其紅外線偵測器捕捉溫度低至-60°C的物體的熱信號。
紅外線技術可以在沒有光線的情況下使用，但與夜視攝影機大相徑庭。兩款攝影機的不同之處在於波長。
夜視攝影機可增強微弱光線，而紅外線熱像儀能夠捕捉物體發出的熱訊號。紅外線熱像儀適用於絕對黑暗環境。
特點
此技術有一些限制：紅外線熱像儀只能讀取表面溫度，因此無法看透玻璃。但該技術能夠看透霧、薄塑膠和紅外線檢測窗，安裝這種檢測窗即可看透表面。
紅外線熱像儀的可視距離取決於解析度、鏡頭尺寸和偵測器數量。
應用
紅外線熱像儀被廣泛應用於各行各業。
以下列舉部分應用範例：
- 電力公共設施中的預防性維護
- 石油和天然氣產業中的預防性維護、揮發性有機化合物視覺化、熔爐檢查和火炬監測
- 製造業公司
- 預防性維護
- 品質保障
- 研發
紅外線成像在電動汽車產業的應用
- 焊接
為構成電池組，必須將鋰電芯單元焊接在一起。但若焊接不當，成品可能故障。阻抗和輸出可能受到影響，電池的壽命也會受到直接影響。焊接情況通常由工廠工人手工檢查，但這是一種破壞性測試方法，可能導致電芯破裂。
而紅外線成像是一種無損、非接觸式焊點檢測方法。使用焊接呈現出的微小溫差，我們可以輕鬆檢測出焊接不良的焊點。焊縫不規則或溫度略高即表示焊接不當。
- 電芯漏液
製造過程中隨時可能發生肉眼幾乎無法察覺的電芯漏液，從而導致電池組損壞。洩漏的電芯一旦接觸到皮膚，就會帶來極大危險。 我們可以使用質譜儀等檢測漏液，但還有更適用於檢測此類微小規模漏液的方法：紅外線成像。
當電芯密封破裂時，液體會積聚在電芯外層，此時可偵測到溫差。如圖所示，高解析度紅外線熱像儀無需接觸即可在幾秒鐘內高效識別此類微小規模漏液。
升溫不均
儘管每個階段都會進行充分測試，偶爾仍會有故障電芯進入生產線。在測試階段中，故障電芯可能會呈現微小溫差。肉眼可能無法看到此類溫差，而使用熱像儀則可輕鬆捕捉。
製造期間升溫不均的另一個例子發生在組裝電池組後的測試過程中。在充放電循環過程中，電池組容易發熱。而在此測試階段中，若不監測溫度，電池組極有可能起火。雖然可使用熱電偶進行無損接觸監測，但此方法一次只能監測單一點的溫度。鋰著火速度極快，一旦與水接觸就會發生反應，因此若鋰電池在工廠中起火，滅火將非常困難。
充放電
測試的最後階段涵蓋鋰離子電池的充放電。在此階段中，電池組的溫度可能會上升至高出環境溫度5至6°C。我們可以使用熱像儀記錄鋰離子電池組的表面溫度，並在不接觸電池組的情況下估計其內部溫度。
在電池組充電時，我們可以透過表面清楚地看到其中的熱點。這有助於我們找出潛在問題並定位問題。由此，可全天候監控被測電池，以防任何電池發熱引發火災。
電動車
電動汽車由電池、馬達和逆變器這3個主要部件組成。汽車組裝完畢後，可在使用過程中利用紅外線技術監測其溫度變化。考慮到電動車起火次數攀升，這項應用極具價值，因為它不僅為電池製造過程提供了解決方案，還能監測機器的其他零件。
結論
儘管可用於電動車生產線的預防方法種類繁多，但此解決方案可為此特殊產業提供預防性維護、消防和安全措施。紅外線成像技術可監測目標物並檢查故障，適用於生產過程中的各個環節。
這項技術不僅有助於識別缺陷和故障，也對參與生產的工人及使用電動汽車成品的客戶的安全至關重要，因為若使用或維護不當， 電動汽車極易起火。採用此技術可在機器起火前迅速捕捉微小溫差並識別升溫不均現象，從而提高安全性。人工檢查可能遺漏故障系統，而使用紅外線熱像儀就幾乎不會，因為在紅外線範圍內工作的紅外線熱像儀的工作原理是將熱信號轉換為可視信號。
該行業的供需同步增長，因此需要更可靠的測試和數據以預防風險、保障安全，而紅外線熱像儀已被證明是能夠降低電動車故障率的理想選擇。
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