Parámetros de prueba de batería de EV

Este artículo analiza los diferentes factores en el diseño de sistemas de baterías de vehículos para cumplir con los estándares de baterías de vehículos eléctricos.

La creciente demanda de vehículos eléctricos (EV) está viendo a los fabricantes desarrollar y lanzar modelos más asequibles. El factor más importante al diseñar baterías para vehículos eléctricos o sistemas de gestión de baterías (BMS) es la seguridad. La seguridad se persigue colectivamente en la industria a través de estrictas regulaciones y certificaciones y se garantiza a través de pruebas.

En este artículo, analizaremos los factores que cubren las pruebas estándar de baterías para los sistemas de baterías de vehículos eléctricos.

Las baterías de vehículos eléctricos requieren pruebas exhaustivas para garantizar que sean lo suficientemente seguras para uso comercial. Imagen utilizada por cortesía de UL (Underwriter Laboratories).

Por qué son importantes las pruebas de batería de vehículos eléctricos

Dado que los automóviles consumen grandes cantidades de energía, solo son deseables tecnologías de batería con altas densidades de potencia y debido a que los automóviles deben usarse a diario, la batería debe ser recargable. Sin embargo, su mayor capacidad de almacenamiento de energía (resultante del uso de metales reactivos) significa que pueden ser más destructivos si fallan.

Durante una falla, una batería de litio puede liberar grandes cantidades de gas hidrógeno y el calor intenso causado por un cortocircuito interno encenderá el hidrógeno creando un lanzallamas. Dado que los automóviles corren el riesgo de sufrir daños por colisiones, es esencial que las baterías contengan múltiples mecanismos de seguridad para garantizar que bajo ninguna circunstancia la batería pueda encenderse.

"Estrategias de seguridad" para cada nivel del sistema de vehículos eléctricos, según lo establecido por una presentación de GM para la Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa en 2013

Parámetros de prueba de EV

Al igual que con cualquier proyecto de ingeniería, el primer paso es comprender siempre el entorno en el que se espera que su producto sobreviva.

La industria automotriz está lejos de perdonar, entonces, ¿qué factores deberían tenerse en cuenta con respecto a las baterías?

• Mecánico

  El estrés y los efectos mecánicos son muy profundos en la industria automotriz debido al movimiento constante de las ruedas y las superficies irregulares con las que el vehículo puede estar en contacto. Por lo tanto, un sistema de batería debe poder manejar estas vibraciones vigorosas durante largos períodos de tiempo. Las colisiones de vehículos también son una amenaza real y cualquier sistema de batería que experimente tal evento debe poder sobrevivir o romperse con gracia. Es esencial que cualquier impacto o tensión aplicada al sistema de la batería no provoque un incendio o escape de gases explosivos.

• Temperatura

  Si bien los vehículos eléctricos no tienen motores, las grandes corrientes extraídas de las baterías provocarán aumentos de temperatura. Sin embargo, también se puede esperar que estas baterías sobrevivan a temperaturas muy bajas dependiendo de dónde se utilice el vehículo. Pero los cambios de temperatura también pueden ocurrir a diario con noches frías y días calurosos que podrían experimentar tensiones térmicas frecuentes que deberán tenerse en cuenta. Si el vehículo se deja al sol y no se utiliza, es posible que los diseñadores deban considerar si se requieren sistemas de refrigeración automatizados que nunca se desconecten.

• Eléctrico

  En condiciones normales, los diseñadores podrán determinar el consumo de corriente de las baterías a los motores y así hacer determinaciones sobre el tamaño del cable y la configuración de los fusibles. Sin embargo, se deben considerar muchos otros factores eléctricos que pueden tener un impacto grave en la batería. Por un lado, la tasa de cambio de voltaje en las baterías durante la carga y descarga puede causar sobrecalentamiento. Otro factor a considerar serían los picos de voltaje de la red eléctrica durante las fallas de la red que pueden causar daños graves al sistema de batería.

Tipos de pruebas de cumplimiento

Existen muchos estándares para los vehículos eléctricos dictados por los organismos reguladores. La ISO tiene más de 40 estándares publicados que cubren la seguridad desde el nivel de los componentes individuales hasta los protocolos V2X. UL (Underwriter Laboratories) es otro organismo regulador que establece reglas codificadas para las pruebas de baterías, incluida UL 2580, que se ocupa de la seguridad de las baterías de vehículos eléctricos y establece los requisitos de cómo esas baterías deben poder tolerar un amplio espectro de abuso.

Si bien existen muchos estándares y reguladores, las pruebas diseñadas para la seguridad de la batería se centran en garantizar que las baterías de los vehículos eléctricos puedan soportar diversos entornos y condiciones que podrían causar problemas de seguridad.

Estas condiciones incluyen:

• Pruebas térmicas estándar - Almacenamiento a distintas temperaturas, etc.
• Abuso térmico - Soportar altas temperaturas repentinas, etc.
• Pérdida de enfriamiento térmico - Resiste la falta de enfriamiento
• Vibración mecánica - Resiste las vibraciones del vehículo
• Choque mecánico - Resiste golpes repentinos
• Impacto mecánico y aplastamiento - Mida cómo resistirá la batería al aplastarse en una colisión
• Penetración mecánica - Resiste ser penetrado (es decir, células cortas)
• Cortocircuito eléctrico - Manejar en corto
• Sobrecarga eléctrica - La sobrecarga no daña la batería ni provoca fallos
• Descarga de fuerza eléctrica - Determine si una descarga rápida causa daños a través de la acumulación de gas, etc.
• Susceptibilidad EMC - Resiste fuentes de interferencia EM
• Protección de alto voltaje - Protección contra voltajes altos repentinos
• Integridad del apagado eléctrico - Asegúrese de que los separadores de apagado funcionen correctamente
• Carga por desequilibrio eléctrico - Asegúrese de que la batería esté segura durante la carga desequilibrada
• Medioambiental - Sobrevive a la altitud, la humedad y el fuego
• Inmersión en agua - Asegúrese de que la batería permanezca segura durante la inmersión en agua

Conclusión

Los estándares se establecen para garantizar que los diseños no solo utilicen soluciones de hardware y software compatibles comunes, sino también para garantizar que cumplan con un nivel mínimo de seguridad. Los sistemas de baterías eléctricas son posiblemente más propensos a fallas y daños en comparación con sus contrapartes de motor / combustible, ya que son muy sensibles a los golpes, vibraciones, cambios de temperatura y penetración. Por lo tanto, es esencial que se sigan estándares estrictos cuando incorpore sistemas de baterías eléctricas para garantizar que permanezcan seguros incluso en los escenarios más hostiles.