Méthodes d'essai thermique pour les applications eMobility

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

Cette évolution est à l'origine de nombreuses technologies nouvelles, notamment des batteries grande capacité/puissance, hybrides et de moteurs électriques, ce qui nécessite de nouvelles méthodes d'essai basées sur des mesures fiables, de nouveaux types de capteurs - et de signaux, et sur l'analyse complète des données adaptés aux multiples solutions et configurations de moteurs.

Leader sur le marché de la fourniture de solutions de tests et de mesures, des tests en acoustiques et vibrations et des tests environnementaux, HBK a une parfaite connaissance des exigences et besoins des différents secteurs industriels - qu'il s'agisse d'innovation, de mise sur le marché de produits ou de résolution de problèmes des véhicules. Il est apparu que la gestion thermique est un élément clé dans la conception des véhicules modernes, passant du moteur à combustion à des véhicules hybrides ou entièrement électriques.

Auparavant, sur un moteur à combustion à 6 cylindres et son système d'échappement, on pouvait compter jusqu'à 300 points de mesure pour la température, et pour les mesures très dynamique du couple, de la vitesse et de la pression. Aujourd'hui, le nombre de voies s'oriente davantage vers le stockage d'énergie/la batterie haute puissance et les éléments connexes. L'entraînement électrique est essentiellement assuré par quelques voies.

Qu'est-ce qu'un essai thermique ?

Le test thermique est aujourd'hui largement répandu. Les essais se déroulent en plusieurs étapes. Essais de contraintes environnementales, vérification des performances, démonstrations de mise en fonctionnement, validation thermique du matériel et de nombreux autres tests, depuis la conception jusqu'à la production, sont inclus à cette méthode d'essai.

Les solutions existantes pour les moteurs électriques, sont axées sur les méthodes d'essais thermiques :

  • Test de fiabilité de batteries, sur le long terme axé sur les cycles de charge et de déchargement - lents ou rapides - et de l'autodéchargement.
  • Essais sur banc d'essai axés sur la puissance, l'efficacité, le rétroaction de la charge descendante.
  • Essais environnementaux en chambres climatiques (température, humidité, pression, ... Excitateur combiné) selon un profil d'essai spécifique orienté vers les scénarios
  • Mauvaise utilisation et essais de choc (surcharge, court-circuit, surchauffe, contrainte mécanique, défaut)
  • Essais embarqués, essais été/chaud, hiver/froid avec des transitoires

Les méthodes d'essais thermiques accroissent la confiance en la conception, garantissent un fonctionnement efficace et ainsi la gestion thermique en toute circonstance, et attestent de la robustesse et de la durabilité thermique. Ils sont destinés a valider les performances dans le cadre des spécifications, à mesurer les paramètres critiques et à confirmer les scénarios de modélisation thermique.

Même si les essais thermiques sont une méthode bien établie, ils doivent répondre aux défis à venir et aux nouvelles exigences, mais également au workflow - sécurité électrique, flexibilité des postes, nouveaux types de capteurs et de signaux, dynamique plus élevée.

Gestion thermique de la batterie

Comme nous l'avons déjà évoqué : de nouveaux développements impliquent de nouveaux défis. Les faibles performances des batteries lithium-ion soumises à des températures extrêmes ont pour conséquence de complexifier les systèmes de gestion thermique par intégration de modules auxiliaires et de circuits de refroidissement par air. Des tests poussés et la validation thermique sont donc également primordiaux dans cette configuration particulière.

Les tests de fiabilité de batteries effectuées sur le long terme peuvent couvrir de nombreux aspects : mécanique et électrique, notamment le câblage et l'électronique/le logiciel, dans tous les scénarios d'utilisation, pour la durée de vie estimée. Un des tests traite des cycles de charge et de déchargement - lents ou rapides - et de l'autodéchargent. Les batteries sont généralement au centre du groupe moteur électrique et il est donc primordial et nécessaire d'en améliorer les performances et la durée de vie.

Les principales exigences requises concernent la sécurité en fonctionnement, la durabilité et le coût. Les attentes relatives à la durée de vie varient entre un minimum de 10 ans, 450 000 kilomètres ou un temps de rechargement souhaité d'environ 5 heures. La réutilisation et le recyclage des batteries - y compris, en ce qui concerne leurs performances - sont également des sujets essentiels.

La gestion thermique de la longévité des batteries est déterminante pour des facteurs tels que la vitesse, la sécurité, le coût et bien plus encore.. La contrainte thermique est donc testée en de nombreux points de mesure de température, en cherchant à toujours obtenir des résultats très précis afin de calculer la meilleure performance possible de tous les facteurs requis.

Test thermique de batterie

Déterminer les conditions optimales n'est pas si simple : les températures doivent être suffisamment élevées et dans le même temps assez basses pour être opérationnelles et fiables et ainsi assurer la longévité des véhicules. Un environnement trop chaud ou trop froid peut entraîner un dysfonctionnement ou une dégradation de la batterie.

La simulation thermique peut être obtenue par le biais d'un système ou d'un environnement entièrement numérique, mais cette méthode ne peut couvrir toutes les architectures.. Ainsi, il reste nécessaire de recourir à un système physique ou à un dispositif de test en environnement d'essai réel.

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 de déterminer l'impact lors de températures extrêmes. Les systèmes de refroidissement les plus efficaces pour atteindre les objectifs de performance et d'utilisation des clients sont alors visibles. Le confort thermique et l'interaction de la batterie avec l'ensemble du système électrique sont analysés, ce qui permet d'améliorer l'ensemble de la gestion thermique

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 sont couvertes par des chaînes de mesure électriques, optiques ou combinées - hybrides -.

 

Les moteurs à combustion sont déjà soumis 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 des tests thermiques dans le cadre de l'eMobility et, dans ce contexte, des tests de batteries.

 

Le système de test thermique pour le stockage de l'énergie HBK mesure des 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. Des calculs sont effectués pour la puissance, l'efficacité, la surveillance des points chauds, la visualisation et l'analyse. L'automatisation concerne le contrôle des tests et la sécurité.

La solution d'acquisition et d'analyse de données HBK fournit des mesures de thermocouples pour l'extérieur du groupe moteur électrique et pour une étude approfondie de la batterie, y compris les tensions de cellules, la tension globale et la mesure du courant. Les entrées universelles couvrent le débit, 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 des spécimens

Solutions d'essais thermiques : Aspects relatifs à la sécurité

La principale exigence, et par conséquent un important atout de la solution HBK, est de garantir une sécurité maximale :

  • HBK répond à la norme de sécurité électrique EN61010, avec certification VDE pour toutes les entrées
  • Le fait qu'il s'agisse d'une solution non électrique constitue une sécurité supplémentaire
  • Immunité aux bruits électromagnétiques et isolation totale
  • Un système d’acquisition de données multi-physique évolutif et flexible pour mesurer tous les signaux de manière synchronisée
  • Un logiciel puissant permet de visualiser les données en ligne quel que soit le type de courbe
  • Les fonctionnalités automatiques (par exemple, la stimulation) garantissent la répétabilité des résultats et des temps de traitement courts
  • Intégration en temps réel avec des protocoles de communication en parallèle pour des débits de données élevés
  • L'acquisition et l'analyse de données sur banc, en laboratoire et embarquée sont supportés par une solution unique, adaptable à vos besoins

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