Design of a battery electrolyte wetting measurement machine

Abstract

Batterijen worden op grote schaal gebruikt in toepassingen van draagbare elektronica tot elektrische voertuigen, wat onderzoek naar prestatieverbeteringen stimuleert. In batterijen die een vloeibaar elektrolyt gebruiken, is een belangrijke ontwerpparameter die de prestaties beïnvloedt de elektrolytverdeling, of battery wetting. Niet-destructieve beoordeling van wetting blijft echter een uitdaging. Deze thesis beschrijft het ontwerp van een aanmerkelijk goedkopere (~€5.000) ultrasoon scanningssysteem, ontworpen voor gebruik met pouch-type batterijen, voor het in kaart brengen van wetting met 2 MHz ultrasoon geluid. Het prototype maakt gebruik van twee ultrasone transducers, aangedreven door een printplaat met versterkers en een analoge naar digitale converter (ADC) voor signaalconversie. Digitale verwerking zijn gebaseerd op een multilevelarchitectuur: Een Field Programmable Gate Array (FPGA) verzorgt hogesnelheidsoperaties, een microcontroller beheert het laagniveau gedeelte, en een Raspberry Pi 5 fungeert als centrale controller en gebruikersinterface. Transducers worden ondergedompeld in een water- of siliconenoliebad voor akoestische koppeling en worden lineair gescand met een 3D-printerportaal. Hoewel het huidige systeem scans uitvoert en daarbij materiaaltypes kan onderscheiden, voert het geen volledige batterijmapping uit vanwege niet-geoptimaliseerde signaalverwerking. Met verdere optimalisatie en iteratieve doorontwikkeling biedt het systeem echter perspectief voor een kosteneffectieve analyse van battery wetting.