Métodos de teste térmico para aplicações de 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.

Isso inclui uma série de novas tecnologias, como baterias de alta capacidade/alta potência, células de combustível, híbridos e motores elétricos, o que requer uma nova maneira de testar dependendo de medições precisas de novos tipos de sensores e sinais e a análise geral de dados para as muitas soluções e combinações de propulsão diferentes.

Como líder de mercado em venda de soluções para teste e medição, testes de ruído e vibração e meio ambiente, a HBK ganha insights perfeitos nos requisitos e necessidades de diferentes indústrias em termos de inovação, lançamentos de produtos e resolução de problemas para veículos. Descobriu-se que o gerenciamento térmico é um divisor de águas nas configurações modernas de veículos, indo do motor a combustão para híbridos ou veículos elétricos completos.

Havia até 300 pontos de medição de temperatura, bem como medição de torque, velocidade e pressão altamente dinâmica em um motor a combustão de 6 cilindros e escape em tempos passados, enquanto agora o número de canais de medição está apenas girando em direção ao armazenamento de energia/bateria de alta potência e os agregados ao redor. A unidade elétrica é basicamente coberta por alguns canais.

O que é teste térmico?

Testes térmicos são amplamente estabelecidos hoje. Os testes são compostos por múltiplas fases. Testes sobre estresse ambiental, verificação de desempenho, demonstrações de turn-on, verificação de hardware térmico e inúmeros testes desde células, stacks até packs fazem parte deste método de teste.

Nas soluções de powertrain eletrificadas de hoje, o método de teste térmico se concentra em:

  • Teste de confiabilidade de longo prazo da bateria com foco em ciclos de descaramento (lento, rápido), auto-descarga
  • Dyno Testing com foco em energia, eficiência, feedback de carga reversa
  • Testes ambientais em câmaras climáticas (temperatura, umidade, pressão, ... shaker combinado) executado em perfil de teste específico orientado para caso de uso
  • Testes de uso indevido e de impacto (sobrecarga, curto-circuito, superaquecimento, estresse mecânico, defeito)
  • Testes no veículo, verão/quente, inverno/frio com transientes

Os métodos de teste térmico aumentam a confiança no projeto, garantem o sucesso da operação e, portanto, seu gerenciamento térmico em todas as condições e demonstram robustez e durabilidade térmica. Eles verificam desempenhos dentro das especificações, medem parâmetros críticos e são usados para confirmar suposições de modelagem térmica.

Embora o teste térmico seja um método de teste estabelecido, ele deve lidar com os próximos desafios e novos requisitos, mas também com o fluxo de trabalho – segurança elétrica, extensões diárias flexíveis, novos tipos de sensores e sinais e dinâmicas mais altas.

Gerenciamento térmico da bateria

Como mencionado, com novos desenvolvimentos também surgem novos desafios. O fraco desempenho das baterias de íons 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. Assim, testes extensivos e especialmente validação térmica também são vitais nesta configuração geral.

Testar baterias para confiabilidade a longo prazo abrangem todas as muitas disciplinas: mecânica, bem como elétricos, incluindo fiação e eletrônica / software em todos os casos de uso para o tempo de vida calculado. Um teste abrange ciclos de carregamento e descarga – lento ou rápido – e auto-descarregamento. Como as baterias são muitas vezes o núcleo do powertrain eletrificado, a necessidade de melhorar o desempenho e a vida útil é urgente e importante.

Os principais requisitos são a segurança em operação, uma produção sustentável e o fator de custo. As expectativas em termos de vida variam de no mínimo 10 anos, 450.000 quilômetros ou um tempo-alvo de recarga em casa de cerca de 5 horas. Além disso, o reuso das baterias e a segunda vida útil – claro também em relação ao desempenho – é um tema importante.

O gerenciamento térmico na duração da bateria é crucial para fatores como desempenho de velocidade, segurança, preços e muito mais. O estresse térmico é, portanto, testado em inúmeros pontos de medição de temperatura, sempre tentando obter resultados altamente precisos para calcular o melhor desempenho possível de todos os fatores demandados.

Teste térmico da bateria

Para identificar as melhores condições não é muito fácil: eles devem estar quentes o suficiente, mas ao mesmo tempo também frio o suficiente para serem funcionais e seguros e suportarem a vida de um veículo. Se eles ficarem muito quentes ou o ambiente estiver muito frio, a funcionalidade fica prejudicada ou a própria bateria fica danificada.

A simulação térmica pode ser realizada em um sistema ou ambiente simulado somente para computador, mas isso não pode cobrir todas as arquiteturas. Portanto, ainda é necessário envolver um sistema físico real ou uma amostra de teste em um ambiente de teste genuíno.

Ao monitorar o desempenho das baterias nas câmaras climáticas, são coletados dados importantes. 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 conforto térmico e a interação da bateria com todo o sistema eletrônico são explorados e, assim, todo o gerenciamento térmico pode ser melhorado.

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 provedor de soluções único para análise de amostras de testes térmicos, mecânicos e elétricos.

Soluções de teste térmico: Aspectos de segurança

O requisito mais importante e, portanto, um benefício muito importante da solução HBK, é garantir a máxima segurança:

  • HBK atende ao padrão EN61010 de segurança elétrica, com certificação VDE para todas as entradas
  • Segurança adicional é fornecida pelo fato de ser uma solução não elétrica
  • Imunidade de ruído eletromagnético e isolamento total
  • DAQ multi-física escalável e flexível para medir todos os sinais de forma sincronizada pelo tempo
  • Software poderoso oferece visualização de dados on-line em qualquer estilo de curva
  • Procedimentos automáticos (por exemplo, estimulação) garantem a reprodutibilidade de resultados e curtos tempos de processamento
  • Integração em tempo real com protocolos de comunicação em paralelo para altas taxas de dados
  • A aquisição e o teste de dados móveis e de banco, laboratório e móvel são cobertos por uma única solução, escalável às suas necessidades

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