Equipos de prueba de rendimiento eléctrico y de batería de vehículos eléctricos

Según Market Watch, las ventas de vehículos eléctricos (EV) en Estados Unidos se han disparado, con aproximadamente 1.6 millones de vehículos eléctricos vendido solo el año pasado. Esa cifra representa un aumento del 60 % con respecto a 2022. Como era de esperar, este fuerte aumento de la demanda ha aumentado la necesidad de equipos auxiliares, incluidas soluciones de prueba de baterías de vehículos eléctricos. Al fin y al cabo, la batería de un vehículo eléctrico es la parte más importante de los coches recargables.

Un paquete de baterías de alto rendimiento ofrece un mejor rendimiento y una mayor autonomía, los cuales son factores críticos para quienes están considerando automóviles recargables. Este blog explora el vehículo eléctrico. automotor El espacio y el papel de probadores de batería para optimizar el almacenamiento de energía, maximizar el ciclo de vida de cada celda de la batería y garantizar la satisfacción del cliente.

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Pruebas de rendimiento eléctrico de baterías EV

La mayoría de los paquetes de baterías para vehículos eléctricos utilizan baterías de iones de litio. El proceso de fabricación de estas tecnologías de baterías implica varias etapas críticas, desde la preparación de los electrodos y el ensamblaje de las celdas hasta el llenado y sellado del electrolito. Cada etapa afecta significativamente la seguridad, la vida útil y el rendimiento de la batería.

Durante las pruebas de rendimiento, los fabricantes se aseguran de que el suministros de batería y batería software están funcionando según lo previsto para proporcionar una longevidad y una producción de energía adecuadas. A través de las pruebas de baterías de vehículos eléctricos, los diseñadores pueden identificar defectos y realizar modificaciones para optimizar el rendimiento de la batería.

El equipo de prueba de baterías para vehículos eléctricos está diseñado para medir múltiples facetas del rendimiento, incluidas la capacidad, el voltaje y la impedancia. En conjunto, estas variables proporcionan información sobre la durabilidad y viabilidad de la fuente de energía de un automóvil eléctrico. Las pruebas ambientales también imitan condiciones como temperaturas frías o calientes y un uso intensivo.

Estas pruebas simulan escenarios de uso del mundo real, incluidos diferentes ciclos de carga y descarga, temperaturas, humedad, altitud y velocidades, para imitar el entorno operativo de los módulos de batería. Los diseñadores también realizarán pruebas de vibración para promover la seguridad.

Las pruebas de seguridad representan una gran parte de los estándares de prueba, ya que las configuraciones inadecuadas o un voltaje excesivamente alto pueden provocar incendios u otras condiciones peligrosas. Si participa en servicios de prueba para su organización, es vital que elija el equipo de prueba de baterías de vehículos eléctricos adecuado. Al seleccionar el equipo de prueba de baterías para vehículos eléctricos, considere variables como:

• Exactitud y precisión: Las mediciones del instrumento deben ser altamente precisas y repetibles.
• Alcance y escalabilidad: El equipo debe poder manejar muchos voltajes, corrientes y niveles de potencia.
• Capacidades de integración: La integración con sistemas de almacenamiento de energía, aplicaciones y otros equipos de prueba es crucial
• Caracteristicas de seguridad: Los instrumentos deben tener características de seguridad para proteger al personal de peligros.

Seleccionar instrumentos de prueba de baterías de vehículos eléctricos con capacidad y tamaño adecuado es fundamental para evaluar con precisión el rendimiento de la batería de vehículos eléctricos y garantizar la confiabilidad. Verificar el rendimiento de su sistema de administración de baterías y celdas de energía le permitirá brindar un mejor servicio a sus clientes.

Proceso de fabricación de baterías para vehículos eléctricos

La mayoría de los fabricantes de baterías para vehículos eléctricos utilizan iones de litio debido a su alta densidad energética. Estas baterías también permiten que el vehículo extraiga energía rápidamente durante la aceleración. Estas son las partes clave del diseño de centrales eléctricas para automóviles recargables:

• Producción celular: Implica crear la unidad básica de la batería, donde ocurren reacciones químicas.
• Montaje del módulo: Luego, las celdas se agrupan en módulos que dan forma a la arquitectura de la batería.
• Integración del paquete: Los módulos se combinan en paquetes antes de agregar los sistemas electrónicos y de refrigeración necesarios para preparar la batería para la instalación.

El control de calidad y las pruebas son primordiales en cada etapa del proceso de fabricación, ya que todos los flujos de trabajo son increíblemente complejos. Los diseñadores deben realizar pruebas rigurosas de celdas individuales, módulos y el paquete final para evaluar su capacidad, eficiencia energética, tasas de carga/descarga y estabilidad térmica.

Al principio del flujo de trabajo de producción, las medidas de control de calidad detectan defectos e inconsistencias, evitando posibles fallas que podrían poner en peligro a los usuarios. Adoptar un enfoque meticuloso en las pruebas y el control de calidad también protege contra problemas que pueden comprometer el rendimiento o dañar la reputación del fabricante.

Cuando esté configurando sus propios flujos de trabajo de control de calidad, asegúrese de identificar los umbrales de aprobación/fallo y las tolerancias a defectos. Seguramente habrá algunos desafíos durante la producción de celdas de energía. La clave es detectarlos y minimizarlos.

Figura 1. Resumen del proceso de fabricación de baterías de iones de litio

Métodos de prueba de batería de vehículos eléctricos

Durante las pruebas de baterías de vehículos eléctricos, usted tiene dos objetivos principales: medir el rendimiento y garantizar la seguridad. Con diferencia, la medición más común e importante es la prueba de carga y descarga.

Como sugiere el nombre, las pruebas de carga determinan qué tan rápido una celda o módulo puede recargarse después de agotarse. Por el contrario, la descarga mide la capacidad de un módulo para alimentar un coche eléctrico, lo que tiene un impacto directo en la autonomía del vehículo.

También debe realizar una prueba de respuesta dinámica electroquímica, que mide el estado de salud (SoH) de una batería. Si bien este método es más complejo, también proporciona información valiosa sobre el estado general de la batería. Algunos otros métodos esenciales incluyen:

• Pruebas de capacidad: Mide la capacidad de una celda o módulo para almacenar y entregar energía.
• Pruebas de voltaje: Prueba la capacidad del dispositivo para mantener el voltaje operativo bajo diferentes condiciones de carga.
• Pruebas de impedancia: Mide la resistencia interna, que afecta la carga y la entrega de energía.

Al mirar más allá del rendimiento, es importante utilizar métodos de prueba especializados para evaluar la seguridad y la durabilidad. Las pruebas de envejecimiento acelerado simulan la vida útil de la batería sometiéndola a ciclos repetidos de carga y descarga, altas temperaturas y cargas de voltaje para medir su respuesta.

Durante las pruebas ambientales, expondrá los módulos a condiciones extremas, como temperaturas altas y bajas, humedad y vibración. Las personas conducen automóviles recargables en una amplia gama de entornos, razón por la cual este tipo de evaluaciones son tan críticas. Debe asegurarse de que sus módulos puedan soportar diversas condiciones y al mismo tiempo ofrecer un rendimiento adecuado.

Las pruebas de abuso representan uno de los procedimientos de garantía de calidad más importantes. Durante estas evaluaciones, evaluará la respuesta del módulo a posibles escenarios de uso indebido, como sobrecarga, penetración o cortocircuito.

En conjunto, estas pruebas integrales simulan las condiciones del mundo real lo más fielmente posible, brindándole datos valiosos sobre cómo se comportarán los módulos a lo largo de su vida operativa. Al evaluar rigurosamente los paquetes de energía frente a una amplia gama de parámetros, se pueden identificar posibles debilidades, garantizar el cumplimiento de estándares de seguridad como ISO y mejorar la confiabilidad de los autos eléctricos.

Selección de instrumentos de potencia del tamaño adecuado

Debe considerar varios factores clave al seleccionar instrumentación de potencia para sus protocolos de prueba. El instrumento debe adaptarse a altos voltajes y corrientes en línea con las tendencias existentes en el espacio de los automóviles eléctricos. Actualmente, la mayoría de los paquetes de energía funcionan entre 200 y 800 voltios, y los modelos más nuevos funcionan en un rango más alto de 400 a 800 voltios.

Como mínimo, sus instrumentos deben ser capaces de producir 800 voltios de potencia. Sin embargo, es posible que desee invertir en equipos con mayores capacidades de salida, ya que los vehículos futuros pueden utilizar voltajes más altos. También deberá verificar que los niveles de potencia de sus instrumentos coincidan con los de las baterías típicas de vehículos eléctricos. La mayoría de las baterías funcionan en rangos de potencia entre 15 kWh y 100 kWh.

Después de considerar los requisitos de salida básicos de su instrumento, debe asegurarse de que los dispositivos puedan facilitar resultados de prueba precisos y confiables. Los instrumentos más sensibles pueden detectar incluso matices sutiles de rendimiento, lo que garantiza que sus productos cumplan con especificaciones estrictas. Las lecturas altamente precisas ayudan a medir con precisión la salud y el rendimiento.

En cuanto al tipo de instrumento, hay varias opciones disponibles para usted. Los cicladores de baterías facilitan la carga y descarga, lo que a su vez simula patrones de uso del mundo real. Las fuentes de alimentación de CC proporcionan energía estable para pruebas y acondicionamiento de funcionalidad básica. Las cargas electrónicas imitan la carga de la batería en un automóvil eléctrico, lo que le permite evaluar cómo se comporta el paquete en condiciones específicas.

Finalmente, asegúrese de que sus instrumentos sean escalables y flexibles. Las tecnologías de baterías están evolucionando rápidamente y los instrumentos que ofrecen modularidad se pueden actualizar fácilmente para alinearse con la última tecnología.

Una solución alternativa

Recientemente, los fabricantes han explorado alternativas a las pruebas tradicionales, como opciones virtuales y modelos predictivos. Este método implica crear una versión virtual de la batería y utilizar modelos y algoritmos para predecir cómo probablemente funcionará en determinadas condiciones.

El enfoque virtual ofrece varios beneficios, incluidos costos reducidos, mayor eficiencia e información adicional sobre el rendimiento. Sin embargo, el modelado y las pruebas virtuales también presentan algunos inconvenientes. Por ejemplo, tiene un mayor margen de error y carece de datos del mundo real.

Los modelos aprovechan ecuaciones matemáticas complejas. Incluso un error aparentemente pequeño en su modelo podría generar resultados extremadamente sesgados. Por lo tanto, es mejor utilizar una combinación de pruebas virtuales y del mundo real.

Durante las primeras etapas del diseño del paquete de energía, utilice modelos para predecir el rendimiento y optimizar su arquitectura. Luego, cree un prototipo y ejecute pruebas tradicionales para garantizar que su producto funcione como se esperaba.

Otra solución de prueba alternativa a una fuente de alimentación y una carga electrónica es un único instrumento, una fuente de alimentación de CC bidireccional. Una fuente de alimentación de CC bidireccional es un instrumento de dos cuadrantes que puede generar y absorber corriente. Como fuente de alimentación, la fuente de alimentación de CC genera corriente y puede cargar una batería. Como carga, la fuente de alimentación bidireccional puede absorber corriente y actuar como carga para la batería. La Figura 5 muestra la solución de instrumento único para pruebas de carga y descarga de baterías. Esto elimina la necesidad de proteger la fuente de alimentación de la corriente inversa con circuitos adicionales debido a la transición perfecta de la fuente al sumidero.

Figura 2. Uso de una fuente de alimentación bidireccional para cargar y descargar una batería

Fuente de soluciones para las pruebas de baterías de vehículos eléctricos

EA Elektro-Automatik ofrece fuentes de alimentación bidireccionales que son ideales para probar baterías de vehículos eléctricos. Ver EA-PUB 10000 6U – EA Elektro-Automatik (eapowered.com) y Fuente de alimentación CC bidireccional | EA Elektro-Automatik (eapowered.com). Las características valiosas incluyen:

• Una verdadera característica de salida de rango automático para acomodar un mayor consumo de corriente de carga a medida que disminuye el voltaje de la batería
• Un generador de funciones incorporado que puede generar pulsos de carga para la prueba de respuesta dinámica electroquímica
• Capacidad de potencia de 60 kW en un único gabinete de rack completo de 6U. Ningún otro fabricante de instrumentos de potencia puede incluir tanta potencia en un paquete tan pequeño. Hasta 60 kW, un solo instrumento puede proporcionar una solución completa para cargar y descargar.
• Conexión en paralelo de varios instrumentos con un bus maestro-auxiliar para simplificar la interconexión y el control y una interfaz Share-Bus™ para garantizar que todos los instrumentos compartan por igual la fuente o la carga.
• Recuperación de energía regenerativa para devolver a la red la energía absorbida con un 96% de eficiencia
• Prueba automatizada con una amplia gama de interfaces para la conexión a una PC o un PLC

Estos dispositivos versátiles le permiten superar los límites de sus celdas y descubrir fallas que pueden afectar el rendimiento o la confiabilidad. Cuando quieras ofrecer a tus clientes lo mejor, prueba tus productos con equipos originales de EA.

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