Mesure et analyse des batteries dans le cadre de l'eMobility

Chaque jour, nous nous approchons d'une vision de la mobilité qui se veut plus durable grâce aux énergies vertes et aux véhicules électriques, non seulement sur terre (NEV, BEV), mais également sur l'eau et dans les airs.

Cette tendance populaire à vouloir épargner le climat en utilisant des « solutions durables » qui réduisent les émissions de CO2 est à l'origine de l'amélioration de certaines technologies, comme les batteries grande capacité/haute puissance, les piles à combustion et les batteries à base d'hydrogène, en tant que sources principales de l'énergie mobile. Délaisser les moteurs à combustion demande également de repenser les solutions de test et de mesure, y compris de nouveaux concepts de sécurité, de nouveaux environnements de test, de nouveaux types de capteurs et technologies de mesure et de meilleures analyses des données.

Nouvelles technologies de transmission – Nouvelles exigences de test

Dans le cadre de cette recherche d'une mobilité verte et durable, HBK a rapidement dû faire face à des défis en matière de développement et d'essai de systèmes de stockage de l'énergie mobile pour les véhicules. En tant que leader sur le marché de la fourniture de solutions d'essai et de mesures, de tests acoustiques, de vibration et environnementaux, HBK a rapidement acquis des connaissances sur les exigences et besoins des différents secteurs industriels tels que les véhicules automobiles et commerciaux, en termes de validation de solutions de stockage d'énergie innovantes et de concepts NEV globaux.

Les batteries à haute tension des véhicules modernes exigent la réalisation d'une vaste série de tests, complétée de mesures de sécurité spéciales pour la manipulation de voltages électriques dangereux et du lithium en tant qu'éléments fondamentaux du processus électrochimique. Les méthodes d'essai de HBK couvrent la plupart des grandeurs de mesure :

  • Voltage et courant électrique pour les performances et l'analyse d'efficacité
  • Force, contrainte, pression et poids pour la durabilité mécanique et l'analyse de conditionnement
  • Température, débit et pression pour l'analyse de la durabilité thermique

L'essai des moteurs à combustion comprend jusqu'à 300 points de mesure de la température, ainsi que des mesures de couple, de vitesse et de pression hautement dynamiques. Avec l'intégration des batteries et des piles à combustion, le nombre de canaux de mesure se déplace vers le stockage d'énergie en tant que composant le plus important d'une propulsion moderne.

Pourquoi effectuer une mesure et une analyse des données ?

Dans les groupes motopropulseurs électriques actuels, l'analyse thermique des batteries à haute tension est réalisée au moyen d'une simulation et d'un essai physique selon les méthodes suivantes :

  • Test de fiabilité à long terme de la batterie, axé sur les cycles de charge et de décharge (lents, rapides), l'autodécharge, y compris la mesure des tensions et températures des capteurs individuels, et l'analyse de puissance globale
  • Essai dynamométrique, axé sur la puissance, l'efficacité et la rétroaction de la charge descendante
  • Test environnemental utilisant des profils de pesage mécaniques en fonction du cas d'utilisation sur les excitateurs, en association avec des cycles ascendants et descendants de température de la chambre climatique
  • Mauvaise utilisation et test d'impact (surcharge, court-circuit, surchauffe, contrainte mécanique, défaut)
  • Test sur véhicules mobiles pour l'acquisition de données mobiles (RLDA), test en été/chaud, hiver/froid avec coupures.

Pile à combustible

Les solutions d'essai et de mesure de HBK sont appliquées en coopération avec des clients clés actifs dans le domaine des véhicules électriques à pile à combustible (FCEV), et ce, en vue de mesurer les stacks des piles à combustible, les reformeurs (échangeurs de chaleur, catalyseurs) et d'autres composants système tels que les pompes et les batteries pour le stockage d'énergie durant la récupération.

Gestion thermique de batteries

Les batteries à haute tension sont le composant unique fondamental et principal d'un véhicule électrique à batterie (BEV) moderne, ou d'un nouveau véhicule électrique (NEV). Il s'agit de trouver et de valider les paramètres clés optimaux pour la configuration complète.

Les faibles performances des batteries lithium-ion soumises à des températures extrêmes ont pour conséquence de complexifier les systèmes de gestion thermique par l'intégration de modules auxiliaires et de circuits de refroidissement par air. Des températures trop élevées peuvent mener à l'autodestruction, voire provoquer un incendie (emballement thermique). Des tests poussés, et une validation thermique en particulier, sont donc primordiaux dans cette configuration de test globale.

La sécurité opérationnelle est l'une des exigences essentielles. Les attentes en matière de durée de vie varient entre un minimum de 10 ans, 450 000 kilomètres ou un temps de recharge souhaité d'environ 5 minutes avec des superchargeurs. La réutilisation et le recyclage des batteries sont également des sujets cruciaux.

La gestion thermique de la longévité des batteries est déterminante pour des facteurs clés tels que la vitesse, la sécurité, le coût et bien d'autres. L'analyse thermique requiert donc de multiples points de mesure des températures suivant les exigences les plus strictes : petits points de mesure, sécurité maximale grâce à une ligne de détection à double isolation, canaux isolés électriquement, prises sans contact, sauf les modèles typiques avec le signal le plus précis, et suppression du bruit.

Des capteurs aux données qualifiées

Notre solution complète vous aide à valider et optimiser le stockage des batteries à haute tension – sur les plans thermique, électrique et mécanique.

Analyse thermique des batteries à haute tension

La simulation thermique informatique réalisée par le biais de modèles de mécanique des fluides numérique (MFN) représente une étape importante vers une conception de système optimale. Cependant, il reste nécessaire de passer par un environnement d'essai réel, puisque la simulation ne couvre pas toutes les architectures, ni tous les aspects ou paramètres d'intégration.

Le contrôle de la performance des batteries en chambre climatique permet de collecter des données importantes. Cette routine de tests environnementaux et de performance permet d'analyser l'impact de températures extrêmes. Les systèmes de refroidissement les plus efficaces pour atteindre les objectifs de performance et d'utilisation des clients sont alors mis en avant. La charge peut être adaptée et couvrir tous les niveaux d'intégration – du test des composants à la transmission complète – afin d'optimiser l'entièreté du système et la gestion thermique avant de commencer la production et les séries.

Expert de longue date en essais thermiques

HBK développe et fournit depuis de nombreuses années les composants nécessaires aux chaînes de mesure pour la validation thermique. Ces solutions incluent des chaînes de mesure électriques, optiques ou combinées – hybrides.

Les moteurs à combustion sont déjà confrontés au phénomène de chaleur générée par l'énergie. Avec le développement de la mobilité électrique et la nécessité imminente de disposer de méthodes d'essais thermiques, HBK a étudié les processus existants afin de les aborder sous un nouvel angle. Ainsi, les expertises et connaissances ont été exploitées et adaptées afin de nous spécialiser également dans les essais thermiques liés à l'eMobility et, plus précisément, dans les tests de batteries.

Le système d'essai thermique du stockage de l'énergie de HBK mesure plusieurs paramètres tels que la tension, le courant, la température, l'humidité, le flux de refroidissement, la pression et le système permettant de gérer la connexion à la batterie. Les calculs effectués concernent la puissance, l'efficacité, la surveillance des points chauds, la visualisation et l'analyse. L'automatisation assure la commande des tests et la sécurité.

La solution d'acquisition et d'analyse de données de HBK fournit des mesures de thermocouple pour l'extérieur de la transmission électrique et pour une étude approfondie de la batterie, y compris les tensions de capteurs, la tension globale et la mesure du courant. Les entrées universelles couvrent le flux, la pression, l'humidité et d'autres paramètres requis.

HBK est un fournisseur de solutions complètes et compétitives pour l'analyse thermique, mécanique et électrique du spécimen d'essai.

Solutions d'essais de batteries HBK : Avantages

Profitez des solutions HBK et assurez une flexibilité maximale et une protection de votre investissement :

  • La sécurité avant tout – HBK répond à la norme de sécurité électrique EN61010, avec certification VDE pour toutes les entrées
  • Système d’acquisition de données multiphysique évolutif et flexible pour différents domaines d'essai : électrique, thermique, mécanique, etc.
  • L'isolation totale du canal jusqu'à 1500 V CC permet d'effectuer des mesures sur des potentiels élevés
  • Qualité du signal exempt de bruit électromagnétique
  • Concept de logiciel open source puissant, du prêt-à-l'emploi à l'intégration en temps réel
  • Analyse et acquisition des données sur ordinateur parallèlement à une intégration en temps réel dans les modes de test.
  • L'acquisition de données sur banc, en laboratoire et embarquées est supportée par une solution unique, adaptable à vos besoins

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