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Une vue générale d’ArbinA

Fabriquant de systèmes de test pour

BatteriesSuper-condensateursPiles a combustible

Janvier 2004

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

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Qui sommes-nous?

12

762 Peach Creek Cut Off Rd.

College Station, TX 77845

Phone: (979) 690-2751

Fax: (979) 690-2761

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, EspagneFrance, Israël

Asie: Inde, Japon, Corée, Malaisie, TaiwanHong-Kong, Chine

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Nos atouts

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Les atouts des produitsSystemes de tests de batteries

Systeme de test de supercondensateurs

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

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

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Les atouts des produits

Systèmes de test de piles a combustibleElectronic 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

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Système de test BT2000; Systèmes dérivés: LABT, EVTS

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 batteriesLa mesure de capacité (Ah) par déchargePour ce faire, le système doit pouvoir générer et contrôler a courant, tension, puissance et résistance constants.

Battery

0

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.001

0.0012

0.0014

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Numero de cycle

1-005 Cp discharge

1-005 Capacities (mAh/g)

Cap

acit

e (m

Ah

)

Structure du BT2000

Software

•Génération du signal•Contrôle du signal•Échantillonnage•Acquisition des données•Management des données et présentation•Sécurité H

ardw

are

•Canal principal (I, V)

•Entrées Auxiliaires:

•Température

•pH

•Tensions

•Adaptateur pour chargeur

•Étuve

•Interface pour batteries intelligentes

•Pulse haute vitesse

•UPS

Acces

sorie

s•Cables

•Supports de batteries

•Sensors

Recherche fondamentale

Cellule de test

Tes

t Obj

ects

Batteries

Batteries Intelligentes

Supercondensateurs

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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.

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BT2000:

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BT2000 :

Bus

Mic

ropr

oces

seur

Ent

rees

Aux

(P

, T, V

)

Ali

m. c

ompo

sant

s

Can

aux

Can

aux

Can

aux

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BT2000: technologie

Le circuit du BT2000 est du type linéaireCela 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)

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BT2000: gammes de courant multiples

Low range: accurate 1uA~1mA

Medium range: accurate 100uA~100mA

High range: accurate 10mA~10A

Log(ABS I )

10A

100mA

10mA

1A

1mA

1uA

10uA

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.

100uA

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BT2000: “a facon”

Arbin a commencé un processus de standardisation de ses systèmes, basé sur la popularité de certains modèlesCependant, 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…

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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 …

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BT2000: Connectique

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

applied value

0

0?

Les canaux du BT2000 ont un contrôle du courant et de la tension totalement linéaire, y compris autour du point 0

Les autres systèmes sur le marche ont des switch empêchant de travailler autour de 0

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BT2000 :technologie linéaire bipolaire

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• 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.

BT2000 : Mise des canaux en parallèle

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Mastermodule

Arbin bus

Is1 Isn

CPUPSSlave

moduleSlave

module

BT2000 : Mise des canaux en parallèle

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BT2000 : Limite physique de tension

• Les tensions minimales et maximales sont fixées par le hardware

CC

CV

High voltage clamp

Low voltage clamp

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MITS Pro Software

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

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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.

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MITS Pro Software Operation

Server

Cluster

Cluster

Cluster

HardwareInterface

Unit

Unit

Unit

Channel

Unit

Unit

Unit

Channel

Channel

Database

Database

Server

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System Structure

CC: constant currentCV: constant voltageCC-CV: constant current followed by constant voltage when it reaches the voltageCP: constant power. It is realized by constantly updating current output value according to I=P/VCL:constant power. It is realized by constantly updating current output value according to L=V/IStair case: it repeatedly increase current or voltage output value by certain value after certain timePulse: apply pulse with definition specified in “pulse” screen

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MITS pro Operation modes:

Cyclic voltammetry: it defines and controls complete cyclic voltammetry precisely Ramp: it scan up or down current or voltage at defined speedFormula: 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 fileoperation 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 measurementDCIR: DC resistance measurement

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Operation modes:

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

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Variables:

T T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

I/V Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 Ch5 Ch6 Ch7 Ch8

Traditional System Configuration

T T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

I/V Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 Ch5 Ch6 Ch7 Ch8 Virtual Station Configuration

T T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

I/V Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 Ch5 Ch6 Ch7 Ch8

Traditional System Configuration

T T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

I/V Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 Ch5 Ch6 Ch7 Ch8 Virtual Station Configuration

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

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Virtual Mapping:

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Virtual Mapping:

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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.

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Standard tests: Simulation:

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Standard tests:

MITS pro includes a certain number of standardized testsShould 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, ENThe tests cover a wide array of procedures such as reverse capacity, cold cranking, cycling, …

Step time Voltage limit (maximum or minimum)Current limit (maximum or minimum)Power limit (maximum)Step Capacity limit Temperature limitAuxiliary parameters’ limitsThese conditions can be in AND and OR logic with each other

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Step terminations conditions

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 logicDo 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

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Typical data recording possibilities:

Test schedule is to define a test procedure. It is portable between machines and channelsThere 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...www.arbin.com

Test schedules:

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Scheduling a test with MITS pro:

schedule assignmentVirtual mapping

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Voltage clamp settingAutomatic C rate setting

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Assigning the test to the channel:

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.

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Monitoring a test with MITS pro:

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Detailed view screen:

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Brief view screen:

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Graph view screen:

FMC GM IBM GM Delphi Lawrence

Berkeley Lab Maxwell Lab Monsanto Motorola NASA Ovonics

Battery Panasonic

3M Argon Nat’l Lab AT&T Bellcore Canon Corning DaimlerChrysler Dupont Duracell Energizer Eveready Battery

Procter&Gamble Rayovac Raychem Sanyo Saft Schlumberger Synergy TCL TDK US Army Research

Lab

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Partial list of customers:

Service Centers around the World

Headquarters: College Station, TX, USAChina IndiaIsraelJapanKoreaMalaysiaTaiwanGermanySpain

A Total Solution the World Over