在很多研究實(shí)驗(yàn)中，都需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行熱點(diǎn)監(jiān)控，因此Teledyne FLIR高速熱像儀越來越受到矚目。下面來看一個(gè)Teledyne FLIR 高速熱像儀在進(jìn)行電池濫用測試中應(yīng)用的案例。

選擇Teledyne FLIR的原因

位于印第安納州紐伯里的電池創(chuàng)新中心 (BIC) ，是一家合作性非營利機(jī)構(gòu)，專注于為商業(yè)和國防客戶提供安全、可靠和輕量化電池的快速開發(fā)、測試、驗(yàn)證和商業(yè)化的服務(wù)。其部分測試過程包括各種濫用測試，將電池暴露于最惡劣的情況，以確定并解決由此產(chǎn)生的安全問題。

近些年，我們對(duì)電池的需求急劇增加，為了滿足這一需求，電池的型號(hào)在不斷增加，使其性能和安全性的驗(yàn)證變得越來越重要。“電池的測試至關(guān)重要”，BIC 總裁兼首席執(zhí)行官 (CEO) Ben Wrightsman 說。

“在進(jìn)行測試時(shí)，我們希望收集盡可能多的數(shù)據(jù)，并且我們希望能夠確信我們的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，”BIC項(xiàng)目總監(jiān)Ashley Gordon解釋說。為了從這些測試中收集盡可能多的數(shù)據(jù)，BIC選用了Teledyne FLIR 高速熱像儀，它可顯示用其他技術(shù)無法捕捉的熱成像細(xì)節(jié)。

用高速熱成像記錄的電池針刺測試

在電池的使用過程中，事故是難免的，而在事故發(fā)生時(shí)，一定要知道電池會(huì)有什么反應(yīng)，比方說如果電池著火，引起周圍材料著火的速度有多快，可能性有多大。“我們模擬最壞的情況以收集數(shù)據(jù)，然后就知道預(yù)期會(huì)發(fā)生什么情況，”Gordon 說。BIC在2020年年底購入的FLIR高速熱成像儀已成為其收集數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)熱電偶的局限性

“在我們擁有熱成像儀之前，主要采用體積較大的熱電偶和更普通的紅外 (IR) 設(shè)備，”BIC 研究總監(jiān) James Fleetwood 博士說。熱電偶是一種由兩根不同的導(dǎo)線組成的廉價(jià)溫度傳感器，常用于工業(yè)領(lǐng)域的溫度測試。然而，它們也存在許多局限，特別是對(duì)于在BIC進(jìn)行的電池測試。

熱電偶的主要缺點(diǎn)是一次只能測量一個(gè)點(diǎn)。“如果我只使用熱電偶，得到的是接觸點(diǎn)的溫度讀數(shù)。這意味著只有熱電偶所在位置的讀數(shù)，”BIC實(shí)驗(yàn)室技術(shù)員Rodney Kidd解釋說。

熱電偶的放置也容易出現(xiàn)偏差。“這是一種自我實(shí)現(xiàn)反饋，”Fleetwood 博士說。“你其實(shí)并不知道熱點(diǎn)在哪里，只有已知位置對(duì)應(yīng)的測量值。”

電池濫用測試中的熱觀察

電池要接受的濫用測試之一是針刺，該測試用于模擬短路，而短路可能導(dǎo)致電池過熱、著火甚至爆炸。“如果我們?cè)谶M(jìn)行針刺測試時(shí)只能使用熱電偶，你實(shí)際上必須在整個(gè)電池表面放置一千個(gè)熱電偶，才能清楚地了解整個(gè)電池的溫度分布，”Kidd 說。

在電池濫用測試過程中使用的鋼針的特寫

了解短路和熱量擴(kuò)散如何導(dǎo)致氣體積聚及這些氣體和其他電池材料從哪里排出（以及它們有多熱）對(duì)于工程師來說非常重要。“我們不能保證每次都能防止電池著火，”Kidd 解釋說，“但我們可以減輕損害程度，并引導(dǎo)其進(jìn)入安全的通道。”

“這是我們以前用熱電偶和普通紅外熱像儀所無法捕捉到的，”Kidd 說。雖然它們也能看到碎屑排出，但材料在接觸大氣時(shí)會(huì)立即冷卻。“有了FLIR高速熱像儀，我就可以放慢速度，并捕捉到這種材料，其溫度有時(shí)可高達(dá)700℃，甚至更高”他解釋說。

FLIR高速熱成像技術(shù)可展現(xiàn)全局

熱成像技術(shù)與熱電偶不同，熱電偶必須直接放置在采集溫度數(shù)據(jù)的點(diǎn)上，而熱成像則可同時(shí)提供電池上每個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。“它可以提供全局視野，并且收集的數(shù)據(jù)點(diǎn)顯然多得多，這有助于對(duì)其進(jìn)行分析，并且可以幫助我們提出下一步要進(jìn)行的測試。”Gordon 說。

通過FLIR熱成像儀，工程師不僅可以很容易看到在濫用測試時(shí)電池外部發(fā)生的情況，還可以看到內(nèi)部發(fā)生的情況，以及熱量的變化情況。“我們可以立即看到溫度是如何傳遞的，并且可以看到是否出現(xiàn)熱點(diǎn)，即使在那個(gè)點(diǎn)上沒有熱電偶，”Gordon 繼續(xù)說。

高速熱成像捕捉到針刺測試過程中電池的熱擴(kuò)散

其結(jié)果是熱成像比單純的通過/失敗認(rèn)證提供了更多的信息。“比起系統(tǒng)是否著火，熱圖譜可以告訴你更多有關(guān)熱管理系統(tǒng)效果的信息，”Fleetwood 博士說。熱成像不僅每一幀都提供大量數(shù)據(jù)，而且還提供了一種直觀了解測試過程中情況的方法。“我認(rèn)為，一般而言，與包含成千上萬的數(shù)字和通用圖表的Excel表格相比，每一個(gè)人都更能理解圖像或視頻所展示的情況。”

BIC的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)員通過設(shè)置FLIR高速熱像儀來監(jiān)控電池測試

希望定格快速移動(dòng)目標(biāo)或定格快速升溫或冷卻目標(biāo)的熱動(dòng)態(tài)畫面的研究人員，需要的不只是能獲得快速幀頻的熱像儀。真正的高速紅外成像需要快積分時(shí)間（短至僅幾微秒）以及能以29,000幀/秒的速度捕獲數(shù)據(jù)。如今FLIR新一代紅外探測器使記錄640×512像素全幀高速數(shù)據(jù)成為可能，這意味著研究人員能在不損失視窗中幀區(qū)域的情況下對(duì)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、超音速射彈、爆炸等進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。