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.

Computador de teste térmico da bateria e teste de laboratório

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