La temperatura como issue influyente: garantizar un funcionamiento seguro y eficiente de la batería de los vehículos eléctricos con un management adecuado
Markus Invierno
La transición a la movilidad está determinada fundamentalmente por el sistema de propulsión eléctrico alimentado por baterías, por lo que la optimización de la batería de alto voltaje (HV) es un importante elemento de ajuste. Por tanto, la atención se centra en dos aspectos principales de las pruebas: la seguridad y el rendimiento. Lo superb es que ambos aspectos se puedan mejorar obteniendo valiosos resultados de la observación del comportamiento térmico. Esta es una buena razón para realizar mediciones detalladas y de malla estrecha de las temperaturas dentro de una batería de tracción.
El uso de una batería de alta tensión en un vehículo exige tener en cuenta muchos aspectos, entre ellos, si es posible un funcionamiento seguro en todas las situaciones imaginables. Una emergencia que se debe evitar a toda costa es la “fuga térmica”. En este caso, un mal funcionamiento de las celdas de la batería provoca una reacción química en cadena y un incendio incontrolado e imparable en la batería. Si esto no se puede prever y evitar a tiempo, puede provocar daños materiales y personales considerables. Pero, ¿dónde se deben colocar los pocos (posibles) sensores de temperatura para la monitorización en la producción en serie de un vehículo? ¿Cómo detectar de forma fiable los puntos críticos, los llamados “puntos calientes”?
Monitoreo de la gestión de la temperatura
Al mismo tiempo, la batería HV necesita un rango de temperatura determinado para su funcionamiento superb, que se sitúa, por ejemplo, entre 15 y 35 °C en el caso de las baterías de iones de litio. Para mantener constante esta temperatura superb, es necesario instalar un sistema de refrigeración y calefacción potente en la carcasa de la batería para garantizar que esta no se sobrecaliente ni se enfríe demasiado. También en este caso hay que controlar las temperaturas: ¿Cuál es la temperatura del refrigerante especial para baterías? ¿Es eficaz el sistema de gestión de la temperatura y enfría o calienta la batería (de manera uniforme) hasta la temperatura deseada?
¿Cómo se pueden colocar muchos puntos de medición en un espacio pequeño?
En las baterías de tracción de los fabricantes de vehículos eléctricos se pueden encontrar actualmente diversos tipos de baterías, incluidas las cilíndricas, las de tipo bolsa o las prismáticas. Estas, a su vez, forman módulos de batería, que se disponen en grupos y se conectan mediante barras colectoras. El sistema de refrigeración se distribuye por todo el sistema con el objetivo de optimizar las condiciones térmicas. Para las mediciones necesarias durante las distintas fases de desarrollo se requiere una tecnología de medición versatile que ofrezca sensores adecuados para una variedad de puntos de medición (entre celdas, en las barras colectoras, en el refrigerante, and so forth.). Al cambiar o comparar diferentes sistemas, se debe utilizar la misma tecnología de medición: una ventaja appreciable en términos de ahorro de tiempo y costos, así como de comparabilidad de los resultados de medición.
Dependiendo de las particularidades de los puntos de medición
Realizar las menores intervenciones posibles
Además de los puntos de medición en las celdas de la batería, también se deben instalar sensores en la electrónica de carga, las barras colectoras y en el refrigerante. Aunque esta monitorización de malla estrecha de muchas temperaturas en todos los componentes de la batería de alta tensión proporciona una imagen muy precisa de los procesos térmicos, también significa que se deben instalar una gran cantidad de puntos de medición en un espacio muy reducido. Esto presenta nuevos desafíos para los ingenieros de pruebas y los técnicos de instrumentación: ¿cómo se pueden implementar estas especificaciones sin interferir demasiado con la batería y la carcasa? Al fin y al cabo, cuanto más intacta esté la muestra de prueba (en el caso de la batería de alta tensión, la carcasa), más realistas se pueden esperar resultados de las mediciones, ya que la hermeticidad de la carcasa de la batería es un issue importante para un funcionamiento seguro. Además, hay otro aspecto de seguridad que debe tenerse en cuenta: toda la tecnología de medición debe ser segura para la alta tensión, de modo que el private y el equipo estén protegidos de acuerdo con los estándares de seguridad necesarios.
Mida hasta 512 puntos con un solo cable sensor
Con el sistema de medición HV DTemp de CSM se pueden realizar mediciones de temperatura precisas y completas de forma fiable en baterías de alta tensión. Los sensores de temperatura IC miniaturizados y libres de interferencias no solo ofrecen una precisión de medición de ±0,1 °C a ±0,25 °C, sino que también se pueden aplicar fácilmente donde sea necesario. Según la aplicación, existen opciones individuales para la forma en que se pueden instalar los sensores, por ejemplo, como sensores individuales encapsulados o montados en un circuito versatile ultrafino, superb para mediciones entre diferentes tipos de celdas. Se pueden combinar cuatro sensores individuales para formar una cadena de sensores y se pueden conectar hasta 64 sensores a ocho controladores cada uno. Los controladores HV DTemp se encargan del direccionamiento y la alimentación de los sensores. Como todos los componentes del sistema HV DTemp, se ha puesto el foco en un diseño compacto y robusto. Los controladores transmiten todas las señales agrupadas a través de un solo cable de paso sellado y seguro para alta tensión a la unidad central. Esto significa que el sistema puede ampliarse hasta 512 puntos de medición con una sola apertura en la carcasa de la batería. La unidad central controla todo el sistema de medición y suministra a todos los componentes la tensión de alimentación necesaria. Todas las señales se transmiten digitalmente, lo que minimiza la susceptibilidad a las interferencias. Los datos de medición se transfieren al ordenador de medición a través de CAN. El sistema de medición HV DTemp también se puede integrar fácilmente en una configuración de medición más grande para la adquisición de valores adicionales.
Aquí se muestran diferentes configuraciones de sensores en las celdas de la bolsa.
Analice las curvas de temperatura de forma precisa y completa.
La medición de temperatura segura en alta tensión en muchos puntos dentro y alrededor de la batería es cada vez más importante debido a la creciente importancia de la electromovilidad. Una de las dificultades en este caso es la necesidad de muchos puntos de medición con la menor intervención posible en la batería. Con sus sensores flexibles y de aplicación particular person, el sistema de medición HV DTemp permite realizar mediciones prácticamente en cualquier lugar dentro del sistema de batería de alta tensión, independientemente del tipo de celda y de la ubicación del punto de medición. Otras áreas de aplicación en el entorno de alta tensión incluyen mediciones de temperatura en otros componentes del sistema de propulsión eléctrico, por ejemplo, en el inversor.
Markus Winter, gerente de producto y propietario de producto de tecnología de medición térmica, CSM GmbH