Parâmetros de teste de bateria EV

Este artigo discute os diferentes fatores no projeto de sistemas de bateria de veículos para aderir aos Padrões de bateria EV.

A crescente demanda por veículos elétricos (EVs) está vendo os fabricantes desenvolvendo e lançando modelos mais acessíveis. O fator mais importante ao projetar baterias EV ou sistemas de gerenciamento de bateria (BMSs) é a segurança. A segurança é buscada coletivamente na indústria por meio de regulamentação e certificação rigorosas e garantida por meio de testes.

Neste artigo, daremos uma visão geral de quais fatores os testes padrão de bateria cobrem para sistemas de bateria de veículos elétricos.

As baterias EV requerem testes completos para garantir que são seguras o suficiente para uso comercial. Imagem usada cortesia da UL (Underwriter Laboratories).

Por que os testes de bateria EV são importantes

Como os carros consomem grandes quantidades de energia, apenas tecnologias de bateria com altas densidades de energia são desejáveis ​​e como os carros precisam ser usados ​​diariamente, a bateria deve ser recarregável. No entanto, sua maior capacidade de armazenamento de energia (resultante do uso de metais reativos), significa que podem ser mais destrutivos caso falhem.

Durante a falha, uma bateria à base de lítio pode liberar grandes quantidades de gás hidrogênio e o intenso calor causado por um curto-circuito interno irá inflamar o hidrogênio, criando um lança-chamas. Uma vez que os carros correm o risco de serem danificados por colisões, é essencial que as baterias contenham vários mecanismos de segurança para garantir que em nenhuma circunstância a bateria entre em ignição.

"Estratégias de segurança" para cada nível de sistema EV, conforme estabelecido por uma apresentação da GM para a Comissão Econômica das Nações Unidas para a Europa em 2013

Parâmetros de teste EV

Como em qualquer projeto de engenharia, o primeiro passo é sempre entender o ambiente em que se espera que seu produto sobreviva.

A indústria automotiva está longe de perdoar, então quais fatores precisam ser considerados em relação às baterias?

• Mecânica
  Tensão mecânica e efeitos são muito profundos na indústria automotiva devido ao movimento constante das rodas e superfícies irregulares com as quais o veículo pode estar em contato. Portanto, um sistema de bateria deve ser capaz de lidar com essas vibrações vigorosas por longos períodos de tempo. Colisões de veículos também são uma ameaça real e qualquer sistema de bateria que experimente tal evento deve ser capaz de sobreviver ou quebrar graciosamente. É essencial que qualquer impacto ou estresse aplicado ao sistema de bateria não provoque incêndio ou vaze gases explosivos.
  
• Temperatura
  Embora os veículos elétricos não tenham motores, as grandes correntes retiradas das baterias levarão a aumentos de temperatura. Entretanto, também pode-se esperar que essas baterias sobrevivam a temperaturas muito baixas, dependendo de onde o veículo é usado. Mas as oscilações de temperatura também podem acontecer diariamente com noites frias e dias quentes, que podem gerar tensões térmicas frequentes que precisam ser consideradas. Se o veículo for deixado ao sol e não estiver em uso, os projetistas podem precisar considerar se são necessários sistemas de resfriamento automatizados que nunca são desativados.
  
• Elétrica
  Em condições normais, os projetistas serão capazes de determinar o consumo de corrente das baterias para os motores e, assim, fazer determinações sobre o tamanho do cabo e as configurações dos fusíveis. No entanto, muitos outros fatores elétricos precisam ser considerados que podem ter um impacto sério na bateria. Por um lado, a taxa de variação da voltagem das baterias durante o carregamento e o descarregamento pode causar superaquecimento. Outro fator a considerar seriam os picos de tensão da rede elétrica durante falhas na rede, que podem causar sérios danos ao sistema de bateria.
  

Tipos de teste de conformidade

Existem muitos padrões em vigor para veículos elétricos que são ditados por órgãos reguladores. A ISO tem mais de 40 padrões publicados que cobrem a segurança desde o nível de componentes individuais até os protocolos V2X. UL (Underwriter Laboratories) é outro órgão regulador que apresenta regras codificadas para teste de bateria, incluindo UL 2580, que se preocupa com a segurança de bateria de veículo elétrico e estabelece requisitos de como essas baterias devem ser capazes de tolerar um amplo espectro de abuso.

Embora existam muitos padrões e reguladores, os testes projetados para a segurança da bateria são todos focados em garantir que as baterias EV possam suportar vários ambientes e condições que podem causar problemas de segurança.

Essas condições incluem:

• Testes térmicos padrão - Armazenamento em várias temperaturas, etc.
• Abuso térmico - Resistir a altas temperaturas repentinas, etc.
• Perda de resfriamento térmico - Suporta falta de resfriamento
• Vibrações mecânicas - Suportar vibrações de veículos
• Choque mecânico - Resista a choques repentinos
• Impacto mecânico e esmagamento - Meça como a bateria aguentará ser esmagada em uma colisão
• Penetração mecânica - Resistir à penetração (ou seja, células curtas)
• Curto-circuito elétrico - Lidar com o curto-circuito
• Sobrecarga elétrica - A sobrecarga não causa danos à bateria ou leva a uma falha
• Descarga de força elétrica - Determine se a descarga rápida causa danos por meio do acúmulo de gás, etc.
• Suscetibilidade EMC - Suporta fontes de interferência EM
• Proteção de alta tensão - Proteção contra altas tensões repentinas
• Integridade do desligamento elétrico - Certifique-se de que os separadores de desligamento funcionam corretamente
• Carregamento por desequilíbrio elétrico - Certifique-se de que a bateria está segura durante o carregamento desequilibrado
• Ambiental - Sobreviva à altitude, umidade, umidade e fogo
• Imersão em água - Certifique-se de que a bateria permanece segura durante a imersão em água

Conclusão

Padrões são colocados em prática para garantir que não apenas os projetos usem soluções comuns de hardware e software compatíveis, mas também para garantir que atendam a um nível mínimo de segurança. Os sistemas de bateria elétrica são indiscutivelmente mais sujeitos a falhas e danos quando comparados aos seus equivalentes de motor / combustível, pois são muito sensíveis a choques, vibrações, variações de temperatura e penetração. Portanto, é essencial que padrões estritos sejam seguidos ao incorporar sistemas de bateria elétrica para garantir que eles permaneçam seguros mesmo nos cenários mais hostis.