Misurazione e analisi delle batterie per l’eMobility

Ogni giorno che passa siamo sempre più vicini alla visione di una mobilità più sostenibile con l’uso crescente di energia verde e veicoli elettrificati non solo su terra (NEV, BEV), ma anche in acqua e aria.

La tendenza ormai preponderante verso la protezione del clima utilizzando “soluzioni sostenibili” che riducano le emissioni di CO2 ci sta portando a utilizzare tecnologie come batterie ad alta capacità e alta potenza o celle di combustibile a idrogeno come fonti principali di energia mobile. L’abbandono graduale dei motori a combustione richiede anche un nuovo modo di pensare nel campo dei test e delle misurazioni, che comprenda nuovi concetti di sicurezza, nuovi test ambientali, nuovi tipi di sensori e tecnologie di misura e analisi dei dati migliorate.

Nuove tecnologie per il gruppo trasmissione - nuovi requisiti dei test

Nella sua ricerca di soluzioni di mobilità verdi e sostenibili, HBK ha dovuto da subito affrontare delle sfide per quanto riguarda lo sviluppo e i test dei dispositivi di accumulo di energia in mobilità. In qualità di leader di mercato nella vendita di soluzioni di test e misura, test vibrazionali e sonori e test ambientali, HBK riesce a comprendere perfettamente i requisiti e le necessità dei settori dell’automotive e dei veicoli commerciali in termini di convalida di dispositivi di accumulo di energia innovativi e concetti NEV globali.

Le batterie ad alta tensione (HV) usate nei veicoli moderni richiedono una vasta gamma di test che includono misure di sicurezza speciali nella gestione di tensioni elettriche pericolose e il litio come elemento principali del processo elettro-chimico. Nell’ambito del test, HBK copre la maggior parte delle variabili di misura:

  • Tensione e corrente elettrica per l’analisi di prestazioni ed efficienza
  • Forza, deformazione, pressione e peso per la durabilità meccanica e l’analisi degli imballaggi
  • Temperatura, flusso e pressione per l’analisi della durabilità termica

I test sui motori a combustione includono fino a 300 punti di misura in base alla temperatura, oltre a misurazioni altamente dinamiche di coppia, velocità e pressione. Con l’integrazione di batterie e celle di combustibile, il numero dei canali di misura sta trasformando il dispositivo di accumulo di energia nel più grande componente del gruppo di trasmissione moderno.

A cosa serve l’analisi delle misurazioni e dei dati?

Nelle soluzioni odierne di gruppi propulsori elettrificati, l’analisi termica delle batterie ad alta tensione (HV) è coperta dalla simulazione e dai test fisici per i seguenti scopi:

  • Test dell’affidabilità della batteria a lungo termine, attenzione particolare per i cicli di carica e scarica (lento, veloce), autoscarica compresa, la misurazione di tensione e temperatura delle singole celle e analisi della potenza generale.
  • Test su banco prova per potenza, efficienza e feedback sull’inversione di carica
  • Test ambientali che usano profili di carico orientati all’uso per un caso specifico su shaker, combinati con temperature delle camere climatiche che aumentano e diminuiscono ciclicamente
  • Uso non corretto e test di impatto (sovraccarico, corto circuito, surriscaldamento, sollecitazioni meccaniche, difetti)
  • Test di veicoli in mobilità per acquisizione dati di carico su strada (RLDA), test con transienti estate/caldo, inverno/freddo

Cella di combustibile

Le soluzioni di test e misura di HBK sono utilizzate in collaborazione con i clienti principali nel campo dei veicoli elettrici con celle di combustibile (FCEV), allo scopo di misurare gli stacking di celle di combustibile, i riformatori (scambiatori di calore, catalizzatori) e altri componenti del sistema come le pompe, oltre alle batterie per l’accumulo di energia durante il recupero.

La batteria è uno dei componenti più grandi e più pesanti dei veicoli elettrici moderni. È quindi necessario bilanciare un design complessivamente leggero e un packaging flessibile. I parametri fondamentali che devono essere convalidati prima di avviare la produzione sono quindi un peso ottimale, la durata strutturale e una stima del ciclo di vita totale. HBK è uno dei fornitori leader a livello mondiale di catene di misura lineari non soltanto per i test di misura e di durata strutturale fisici, ma anche per i test di durata strutturale virtuali e per la stima della durata di vita.

Gestione termica delle batterie

Le batterie HV sono la parte principale e il più grande componente unico di un veicolo elettrico moderno a batteria (BEV) o di un veicolo elettrico nuovo (NEV). È importante trovare e convalidare i parametri chiave ottimali per la configurazione completa.

La performance limitata delle batterie agli ioni di litio in condizioni di temperatura estrema è il motivo per cui i sistemi di gestione termica sono complessi e includono aggregati ausiliari di supporto e percorsi di raffreddamento ad aria. Le temperature troppo alte potrebbero portare all’auto-distruzione o all’incendio (fuga termica). Per questo, nella configurazione generale del test è indispensabile prevedere test approfonditi e convalide termiche.

La sicurezza in esercizio è uno dei requisiti fondamentali. Le aspettative riguardo alla vita utile possono essere calcolate in un minimo di 10 anni o 450.000 km oppure tramite un tempo di ricarica target di cinque minuti con i caricatori super rapidi. Anche il riuso delle batterie e la seconda vita delle stesse sono aspetti importanti.

La gestione termica della vita utile della batteria è fondamentale per parametri chiave quali prestazioni in termini di velocità, sicurezza, costi e molto altro. L’analisi termica richiede quindi molti punti di misura in base alla temperatura con i requisiti più stringenti: punti di misura piccoli, massima sicurezza grazie all’uso di una linea di sensori con doppio isolamento, canali isolati dal punto di vista elettrico, prese senza contatto con l’esclusione di quelle tipiche con precisione di segnale elevata ed eliminazione del rumore.

Dai sensori ai dati di qualità

Le nostre soluzioni end-to-end aiutano a convalidare e ottimizzare i dispositivi di accumulo di energia delle batterie dal punto di vista termico, elettrico e meccanico.

Analisi termica delle batterie ad alta tensione

La simulazione termica basata su computer eseguita tramite modelli di fluidodinamica computazionale (CFD) costituisce un passo importante verso una progettazione ottimale dei sistemi. Sono comunque sempre necessari test fisici reali, poiché la simulazione non prende in considerazione tutte le architetture, tutti gli aspetti di integrazione o tutti i parametri.

Mentre le prestazioni della batteria vengono monitorate nelle camere climatiche, vengono raccolti dati importanti. In questa routine di test ambientali e prestazionali, è possibile analizzare l’impatto delle temperature estreme che consente di capire quali sistemi di raffreddamento sono più adatti per l’uso e le prestazioni attese dal cliente. Il caso di carico può essere adeguato per coprire tutti i livelli di integrazione, dal test del singolo componente a quello del gruppo di trasmissione completo, per ottimizzare l’intero sistema e la gestione termica prima di iniziare la produzione e le serie.

Una lunga esperienza nei test termici

HBK sviluppa e offre i componenti necessari per le catene di misura di convalida termica da anni. Queste soluzioni sono coperte da catene di misura elettriche, ottiche o combinate (ibride).

Anche i motori a combustione devono comunque tenere in considerazione il fatto che l’energia genera calore. Con l’elettrificazione della mobilità e la sempre crescente necessità di sviluppare metodi di test termici anche in quest’ambito, HBK ha osservato i processi esistenti e li ha messi a punto in base a una nuova prospettiva. Così, tutte le esperienze e le conoscenze precedenti sono state elaborate e adattate in modo tale che HBK potesse diventare uno specialista anche nel campo dei test termici per la eMobility e, in quest’ambito, anche per i test delle batterie.

Il sistema di test termici per i dispositivi di accumulo di energia di HBK misura parametri che comprendono tensione, corrente, temperatura, umidità, flusso di raffreddamento, pressione e il sistema di gestione talk-to-battery. Vengono eseguiti calcoli per potenza, efficienza, monitoraggio dei punti caldi, visualizzazione e analisi. L’automazione nell’ambito della sicurezza e del controllo dei test

Una soluzione di acquisizione e analisi dei dati HBK fornisce misurazioni della termocoppia per la parte esterna del gruppo propulsore elettrico e per analisi approfondite della batteria, compresa tensione delle celle, tensione generale e misurazione della corrente. Gli ingressi universali coprono parametri universali come flusso, pressione, umidità e altri.

HBK è il tuo fornitore unico ed economico per l’analisi termica, meccanica ed elettrica dei campioni dei test.

Soluzioni di test delle batterie HBK: Vantaggi:

Approfitta delle soluzioni HBK e assicurati la massima flessibilità e protezione dell’investimento:

  • La sicurezza prima di tutto: HBK rispetta la norma EN61010 sulla sicurezza elettrica, con certificazione VDE per tutti gli ingressi
  • Sistema DAQ multifisici liberamente scalabile e flessibile per diversi campi di test: elettrico, termico, meccanico...
  • L’isolamento dei canali completo fino a 1500 V cc consente misurazioni con alto potenziale
  • Qualità del segnale immune dalla rumorosità elettromagnetica
  • Concetto di open software potente, che passa da pronto all’uso a integrato in tempo reale
  • Analisi e acquisizione dei dati su PC in parallelo con l’integrazione in tempo reale sui banchi prova
  • Acquisizione da banco prova, laboratorio e in mobilità coperte da un’unica soluzione, scalabile in base alle tue esigenze

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