Cómo probar baterías de vehículos eléctricos con exactitud, precisión y velocidad

Las baterías están evolucionando tan rápidamente como evoluciona la tecnología. Desde dispositivos móviles como teléfonos inteligentes y computadoras portátiles hasta vehículos eléctricos (EV) y e-scooters, las baterías deben enfrentar desafíos cada vez mayores: más almacenamiento y mayor duración. Sin embargo, no hay una química o un tamaño que se adapte a todas las aplicaciones.

De hecho, el mundo de las baterías es complejo, ya que en los últimos años han avanzado innumerables productos químicos, lo que ha permitido a los fabricantes reducir sus opciones de productos químicos.

Si bien las baterías de plomo-ácido son estándar en los automóviles tradicionales que utilizan motores de combustión interna (ICE) propulsados ​​por gasolina o diésel convencional, la química popular de las baterías de vehículos eléctricos hoy en día es la de iones de litio (Li-ion) por varias razones:

• Alta densidad de energía y potencia
• Capacidad de extraer energía rápidamente para la aceleración del vehículo.
• Capacidad para cargar la batería rápidamente.
• Ciclo de vida prolongado, con características de carga y descarga rápidas
• Autonomía EV

Aunque el Li-ion tiene varios beneficios como batería para vehículos eléctricos, también existe un problema de seguridad. Las baterías de iones de litio pueden ser un peligro si no se diseñan y fabrican adecuadamente porque tienen electrolitos inflamables que pueden provocar explosiones e incendios si se dañan o se cargan incorrectamente. La buena noticia es que últimamente se ha avanzado mucho en el desarrollo y fabricación de baterías de iones de litio seguras.

Desafíos de las pruebas de baterías de vehículos eléctricos

Para garantizar un rendimiento confiable, las baterías de los vehículos eléctricos deben someterse a pruebas exhaustivas durante el desarrollo y la producción para garantizar que satisfagan las demandas del mundo real. Como resultado, el equipo de prueba de baterías de vehículos eléctricos utilizado para probar celdas, módulos y paquetes de baterías debe ser exacto, preciso y confiable, con la capacidad de medir diversas características de rendimiento utilizando un único instrumento o sistema de prueba (lea sobre prueba de celdas, módulos y paquetes). con un solo instrumento esta página). Además, cualquier protocolo de prueba debe realizarse con rapidez y agilidad, especialmente en la planta de producción, donde cualquier retraso puede aumentar el costo de producción.

A medida que se acelera el crecimiento de los vehículos eléctricos, los ingenieros deben abordar nuevos desafíos en las pruebas de baterías de vehículos eléctricos, incluidos mayores niveles de voltaje y potencia, mayor densidad de energía, limitaciones de espacio, energía modular y escalable, configuraciones flexibles, entornos operativos más amplios y tiempos de respuesta más rápidos para emular las condiciones del mundo real.

Sin embargo, probar baterías de vehículos eléctricos con precisión, confiabilidad y seguridad no es trivial. Los ingenieros de pruebas se enfrentarán a numerosos desafíos. Por ejemplo, es difícil medir con precisión el alto voltaje, la corriente y la capacidad de potencia de las celdas, módulos o paquetes de baterías de la batería y demostrar la capacidad de reproducir datos con alta velocidad, precisión y confiabilidad. Además, el equipo de prueba de baterías de vehículos eléctricos debe ser capaz de manejar energía modular y escalable con flexibilidad y un tiempo de comercialización más rápido. El probador de baterías para vehículos eléctricos debe ofrecer todas estas prestaciones desde una única pieza de prueba integrada.

Figura 1. Sistema de prueba todo en uno de EA, probador de batería triple EA-BT-20000.

Para abordar estos desafíos, EA Elektro-Automatik ha introducido un sistema de prueba todo en uno, el Probador de batería triple EA-BT 20000 (Figura 1). Está diseñado para simplificar la tarea del ingeniero al realizar pruebas de baterías de vehículos eléctricos. En esencia, es un probador integrado de tres canales con hasta 600 A por canal o 1800 A en paralelo con una capacidad de potencia máxima de 30 kW. Además, el equipo de prueba puede probar simultáneamente hasta tres paquetes de baterías con 4 kW/6 kW o 10 kW por canal.

Construcción de la infraestructura de prueba de baterías de vehículos eléctricos

Se pueden combinar varias unidades EA-BT 20000 en bastidores para medir sistemas de baterías a gran escala, generando hasta 240 kW de capacidad de prueba. Estos bastidores se pueden conectar en paralelo para aumentar la seguridad y el reparto de carga, con hasta ocho bastidores de prueba completamente cargados que proporcionan una impresionante potencia de prueba de 1.92 MW.

En esencia, el probador integrado de EA permite construir una infraestructura de prueba de baterías con seguridad y automatización para probar celdas, módulos o paquetes de baterías.

Células de prueba

Para las pruebas de celdas de baterías de alto rendimiento, el tiempo de respuesta rápido es crucial al probar celdas individuales. Además, las baterías de iones de litio son conocidas por manejar cambios de carga casi instantáneos, lo que las hace adecuadas para aplicaciones de entrega rápida de energía. Como resultado, el probador de batería triple EA-BT 20000 es único ya que puede manejar cambios de 1 ms en el consumo de corriente de carga. Esta característica mide con precisión la respuesta dinámica de una celda a cambios rápidos de carga, a menudo esencial en aplicaciones del mundo real. Además, el EA-BT 20000 proporciona control de corriente total, incluso a voltajes bajos. Puede manejar voltajes tan bajos como 2 V a plena potencia, ya que aún puede realizar pruebas a menos de plena potencia por debajo de 2 V, lo que garantiza que las celdas individuales se prueben con exactitud, velocidad y precisión, incluso en paquetes de baterías de alta potencia.

Módulos de prueba

Para garantizar una prueba segura del módulo, el EA-BT 20000 incorpora una función de precarga. Esta característica protege tanto la fuente de alimentación programable de CC como la batería que se está probando. Conectar una batería al probador sin precargarla podría provocar una descarga de energía, lo que podría dañar los condensadores y provocar chispas. El EA-BT 20000 mitiga estos riesgos precargando los condensadores para que coincidan con el voltaje de la batería, lo que garantiza condiciones de prueba seguras y controladas.

Además, el instrumento de prueba de baterías cuenta con detección de polaridad interna, lo que evita conexiones incorrectas a la batería. Esta capa adicional de protección protege contra la polaridad invertida, que puede tener consecuencias catastróficas en un entorno de prueba.

• Prueba de paquetes de baterías

  El auge de los vehículos eléctricos ha llevado al desarrollo de paquetes de baterías de alto voltaje. Si bien la mayoría de las baterías de vehículos eléctricos funcionan de 350 V a 450 V, algunos modelos de alto rendimiento utilizan voltajes de 800 V o más. Estas baterías de mayor voltaje permiten una carga más rápida, reducen el peso del cable y reducen los costos del mismo. El EA-BT 20000 está equipado para probar altos voltajes de manera efectiva. No solo puede generar alto voltaje (el Triple BT20000, el canal único, puede generar hasta 2000 V), sino que también puede compensar caídas de voltaje en tramos de cable largos (con el detector de voltaje eliminado conectado), lo que garantiza pruebas precisas incluso en entregas de energía eléctrica complejas. sistemas.

• Mayor rendimiento

  Uno de los aspectos más impresionantes del EA-BT 20000 es su capacidad para triplicar el rendimiento de las pruebas. A diferencia de los equipos tradicionales de prueba de baterías de vehículos eléctricos que solo pueden manejar un dispositivo a la vez, el EA-BT 20000 Triple 4U puede probar tres dispositivos simultáneamente. Este mayor rendimiento reduce los costos de producción y mejora la capacidad de prueba, una ventaja significativa en entornos de producción de alta demanda, como las crecientes pruebas de baterías de vehículos eléctricos.

• Reducir costes, ahorrar energía

  La rentabilidad es una consideración crucial en cualquier entorno de pruebas. El EA-BT 20000 cuenta con una impresionante función de ahorro de energía al devolver hasta el 96% de la energía absorbida a la red durante la descarga de la batería. Este reciclaje de energía puede generar ahorros sustanciales en los costos de servicios públicos, particularmente cuando se prueban paquetes de baterías con capacidad de kW durante ciclos de producción prolongados o durante el reciclaje.

  Además, el EA-BT 20000 está diseñado con alta densidad de potencia, lo que le permite entregar hasta 30 kW de potencia por dispositivo. Este diseño que ahorra espacio es una gran ayuda para los laboratorios de pruebas y las instalaciones de producción donde cada centímetro de espacio es valioso.

  Para satisfacer las necesidades de los sistemas de baterías de almacenamiento de energía a gran escala, se pueden combinar varias unidades EA-BT 20000 en bastidores, generando hasta 240 kW de capacidad de prueba. Estos bastidores se pueden conectar en paralelo para aumentar la seguridad y el reparto de carga, con hasta ocho bastidores de prueba completamente cargados que proporcionan una impresionante potencia de prueba de 1.92 MW.

Protección de las baterías de los vehículos eléctricos

Debido a que la seguridad es fundamental en las pruebas de baterías de vehículos eléctricos, EA-BT 20000 Ofrece múltiples capas de protección. Durante la prueba de la batería del vehículo eléctrico, la detección de polaridad, la protección contra sobretensión, la protección contra sobrecorriente, la protección contra sobrecarga y la protección contra sobretemperatura funcionan juntas para evitar daños tanto a la batería como al instrumento. Cada canal tiene una conexión de termopar tipo K de un solo cable y se generan advertencias y alarmas si algún parámetro excede los límites de seguridad.

Beneficios del probador multicanal

Capaz de probar hasta tres celdas, módulos o paquetes de batería con una salida de 4 kW/canal, 6 kW/canal o 10 kW/canal simultáneamente (Figura 2), el EA-BT 20000 puede probar paquetes de baterías con 12 kW. Capacidad de potencia de 18 kW y 30 kW cuando se conectan en paralelo. Además, es altamente eficiente, reduce los costos de prueba e inversión y maximiza el rendimiento.

Figura 2. La potencia de tres: panel posterior del EA-BT-20000 con tres canales de salida de barra colectora para pruebas simultáneas de tres baterías.

Si bien está diseñado para probar las características eléctricas de una batería, el nuevo probador EA-BT 20000 también se presta para probar el estado de salud (SOH) de la batería para pruebas de clasificación de segunda vida y fin de vida útil (EOL). Se puede configurar como un sistema de prueba automatizado o un probador de batería integrado.

Si bien está diseñado para probar las características eléctricas de una batería, el nuevo probador EA-BT 20000 también se presta para probar el estado de salud (SOH) de la batería para pruebas de clasificación de segunda vida y fin de vida útil (EOL). Se puede configurar como un sistema de prueba automatizado o un probador de batería integrado. Además, puede emular la resistencia de la batería como celdas individuales, módulos o paquetes.

• Datos reproducibles: La serie BT 20000 está diseñada para proporcionar datos reproducibles, lo cual es esencial para la simulación de baterías. Esto garantiza que el comportamiento de la batería sea consistente y confiable.
• Protección para componentes conectados: Cuando se utiliza como simulador, la serie BT 20000 proporciona protección para el componente consumidor conectado. Esto es similar a cómo funciona un fusible de seguridad.
• Protección contra sobrecorriente (OCP): El dispositivo cuenta con protección contra sobrecorriente que puede apagar la salida y generar una alarma, actuando como protección contra una corriente excesiva que podría dañar el sistema.
• Monitoreo de voltaje: La serie BT 20000 puede monitorear el voltaje y, si supera o no alcanza los límites predefinidos, puede activar varias funciones, así como generar advertencias y alarmas.
• Usabilidad flexible: La serie BT 20000 está diseñada para una usabilidad flexible, lo que significa que puede integrarse en sistemas de prueba automatizados o usarse en pruebas de baterías independientes, adaptándose a varios escenarios de simulación.
• Eficiencia económica: Los dispositivos cuentan con altas eficiencias de hasta más del 96%, lo que los hace económicos para uso a largo plazo en aplicaciones de simulación de baterías.

Estas características en conjunto permiten que la serie BT 20000 emule baterías de manera efectiva para la configuración óptima de los sistemas de almacenamiento de energía y los componentes suministrados bajo prueba. Además, se puede utilizar para el diseño óptimo del sistema de almacenamiento de energía y los componentes que se van a probar. Finalmente, en la fase de reciclaje de la batería, el probador puede medir la descarga completa de la batería antes del reciclaje final.

Además, se puede utilizar para el diseño óptimo del sistema de almacenamiento de energía y los componentes que se van a probar. Finalmente, en la fase de reciclaje de la batería, el probador puede medir la descarga completa de la batería antes del reciclaje final.

Equipos de prueba de baterías de vehículos eléctricos para una tecnología en crecimiento

A diferencia de los probadores de baterías convencionales con salida única de un solo canal, el nuevo probador EA es único con salida triple y capacidad de tres canales. Diseñado para un campo de operación más amplio, el probador EA-BT 20000 presenta entrada de amplio rango, 208 V – 480 V, +10 %, CA trifásica, corrección activa del factor de potencia (típico 0.99), dos cuadrantes para carga y descarga. , eficiencia muy alta de hasta más del 96% para recuperación y ahorro de energía, bus compartido aislado galvánicamente para operación en paralelo, bus maestro-auxiliar para operación en paralelo.

En resumen, el novedoso probador de baterías de EA es el equipo de prueba de baterías de vehículos eléctricos perfecto para las baterías de vehículos eléctricos modernos. Aprende más esta página y contáctanos para hablar con un ingeniero de Aplicaciones.