Medição e análise de baterias para eMobility

Todos os dias parece que estamos nos aproximando da visão de uma mobilidade mais sustentável com energia verde e veículos autônomos e eletrificados no solo, mas também na água e no ar.

A mega tendência de proteger o clima usando “soluções sustentáveis” que reduzem as emissões de CO2 é impulsionar tecnologias como baterias de alta capacidade/alta potência ou células de combustível baseadas em H2 e bateria como as principais fontes de energia móvel. Afastar-se dos motores de combustão também requer uma nova maneira de pensar no teste e na medição, incluindo novos conceitos de segurança, novos ambientes de teste, novos tipos de sensores e tecnologias de medição e análise de dados aprimorada.

Novas tecnologias de transmissão — novos requisitos de teste

Em busca de mobilidade sustentável e ecológica, a HBK começou a enfrentar desafios no desenvolvimento e teste de armazenamentos de energia móvel para veículos no início. Como líder de mercado em testes e medições, ruído e vibração e testes ambientais, a HBK obteve insights iniciais sobre os muitos requisitos e necessidades das indústrias, como veículos automotivos e comerciais, em termos de validação de armazenamento de energia inovador e conceitos gerais de NEV.

Baterias de alta tensão (HV) em veículos modernos exigem uma enorme gama de testes, estendidos por medidas especiais de segurança no manuseio de tensões elétricas perigosas e Lítio como elementos centrais do processo eletroquímico. Dentro do escopo do teste, a HBK cobre a maioria das variáveis de medição:

  • Tensão elétrica e corrente para análise de desempenho e eficiência
  • Força, deformação, pressão e peso para durabilidade mecânica e análise de embalagens
  • Temperatura, vazão e pressão para análise de durabilidade térmica

O teste de motores de combustão inclui até 300 pontos de medição de temperatura, bem como medições altamente dinâmicas de torque, velocidade e pressão. Com a integração de baterias e células de combustível, o número de canais de medição está se movendo em direção ao armazenamento de energia como o maior componente em uma transmissão moderna.

Por que Medição e Análise de Dados?

Nas soluções de powertrain eletrificado de hoje, a análise térmica de baterias de alta tensão (HV) é coberta por simulação e testes físicos com o seguinte escopo típico de:

  • Testes de confiabilidade de bateria a longo prazo, com foco em ciclos de descarga/carregamento (lento, rápido), auto-descarga, incluindo medição de tensões e temperaturas individuais da célula, e a análise geral de potência
  • Teste Dinâmico com foco em energia, eficiência, feedback de carga reversa
  • Os testes ambientais que executam os perfis de carga mecânica orientados para casos de uso específicos em shakers, combinados com a temperatura da câmara climática para cima e para baixo
  • Testes de uso indevido e de impacto (sobrecarga, curto-circuito, superaquecimento, estresse mecânico, defeito)
  • Ensaios de veículos móveis para aquisição de dados de carga rodoviária (RLDA), verão/quente, inverno/frio com transientes

célula de combustível

As soluções de teste e medição da HBK são utilizadas em cooperação com clientes-chave na área de veículos elétricos com células de combustível (FCEV), com o objetivo de medir pilhas de células de combustível, reformadores (trocadores de calor, catalisadores) e outros componentes do sistema, como bombas, além de baterias para armazenamento de energia durante recuperação.

Teste Estrutural da Bateria

A bateria está entre as peças maiores e mais pesadas dos veículos elétricos modernos. O design geral leve e a embalagem flexível precisam ser equilibrados. Peso ideal, durabilidade estrutural e estimativa global do ciclo de vida são parâmetros-chave que precisam ser validados antes do início da produção. HBK está entre o fornecedor líder de cadeias de medição contínua, não apenas para medição e testes de durabilidade estrutural física, mas também teste de durabilidade estrutural virtual e estimativa de vida útil.

Gerenciamento térmico da bateria

As baterias de alta tensão são o núcleo e o maior componente único de um veículo elétrico moderno, acionado por bateria (BEV) ou novo veículo elétrico (NEV). Trata-se de encontrar e validar os parâmetros-chave ideais para a configuração completa.

O desempenho limitado das baterias de íon de lítio em temperaturas extremas impulsiona a complexidade dos sistemas de gerenciamento térmico com os agregados auxiliares de suporte e caminhos de resfriamento a ar. Temperaturas muito altas podem levar à auto-destruição e até mesmo fogo (fugitivo térmico). Testes extensivos e validação térmica especialmente, são, portanto, vitais na configuração geral do teste.

A segurança operacional é um dos requisitos mais importantes. As expectativas em relação à vida útil variam de pelo menos 10 anos, 450.000 quilômetros ou um tempo alvo de recarga de cinco minutos com super carregadores. Além disso, a reutilização de baterias e a segunda vida útil é um tópico importante.

O gerenciamento térmico da duração da bateria é crucial para parâmetros fundamentais, como desempenho de velocidade, segurança, preços e muito mais. A análise térmica, portanto, requer inúmeros pontos de medição de temperatura com as mais altas demandas: pequenos pontos de medição, segurança máxima usando linha de detecção com isolamento duplo, canais isolados eletricamente, plugues sem contato, além dos típicos com maior precisão de sinal e supressão de ruído.

De Sensores a Dados Qualificados

Nossa solução completa ajuda você a validar e otimizar o armazenamento de bateria de alta tensão — termicamente, eletricamente e mecanicamente.

Análise térmica de baterias de alta tensão

A simulação térmica baseada em computador feita pelos modelos Computational Fluid Dynamics (CFD) serve como um passo importante para o design ideal do sistema. Testes físicos reais, no entanto, ainda são necessários, pois a simulação não considera todas as arquiteturas, aspectos de integração ou parâmetros.

Enquanto o desempenho da bateria é monitorado em câmaras climáticas, dados importantes são coletados. Nesta rotina de teste ambiental e de desempenho, o impacto das temperaturas extremas pode ser descoberto. Torna-se visível, quais sistemas de resfriamento são os melhores para atingir as metas de uso e desempenho do cliente. O caso de carga pode ser dimensionado e cobrir todos os níveis de integração - a partir de testes de componentes para toda a transmissão - para otimizar todo o sistema e gestão térmica antes de iniciar a produção e série.

Especialista de longa data em testes térmicos

A HBK desenvolve e oferece os componentes necessários para cadeias de medição de validação térmica há anos. Estas soluções são cobertas por cadeias de medição elétricas, ópticas ou combinadas - híbridas .

Já os motores a combustão devem lidar com o fato de que a energia gera calor. Com a eletrificação da mobilidade e a necessidade futura de desenvolver métodos de teste térmico também aqui, a HBK analisou os processos existentes e os refinou de uma nova perspectiva. Assim, toda a experiência e conhecimento foi processado e adaptado para também se tornar um especialista em testes térmicos na área de mobilidade elétrica e dentro disso, para testes de bateria.

O sistema de testes térmicos de armazenamento de energia HBK mede parâmetros que incluem tensão, corrente, temperatura, umidade, fluxo de resfriamento, pressão e sistema de gerenciamento de bateria. São feitos cálculos para energia, eficiência, monitoramento de pontos quentes, visualização e análise. A automação lida com controle de testes e segurança.

Uma solução de aquisição e análise de dados HBK fornece medições com termopares para o exterior do powertrain elétrico e para investigação profunda na bateria, incluindo tensões nas células, tensão geral e medição de corrente. As entradas universais cobrem fluxo, pressão, umidade e outros parâmetros necessários.

A HBK é o seu fornecedor de soluções econômicas e completas para análise de amostras de testes térmicos, mecânicos e elétricos.

Soluções de teste de bateria HBK: Benefícios

Beneficie-se das soluções HBK e garanta a máxima flexibilidade e proteção do investimento:

  • HBK atende ao padrão EN61010 de segurança elétrica, com certificação VDE para todas as entradas
  • Sistema DAQ multi-físico escalonável e flexível para muitos domínios de teste diferentes: elétrico, térmico, mecânico...
  • O isolamento completo do canal até 1500 V DC permite a medição em alto potencial
  • Qualidade do sinal imunológico do ruído eletromagnético
  • Conceito de software aberto poderoso, desde pronto para uso até integrado em tempo real
  • Análise e aquisição de dados em PC paralelamente à integração em tempo real nas bancadas de teste
  • Aquisição de dados de bancada, laboratório e dados móveis cobertos por uma única solução, escalável de acordo com suas necessidades

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