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generic electric car with battery visible x-ray charging at public charger in city parking lot with lens flare 3d render

Medição e análise de baterias para veículos elétricos

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

A megatendência de proteger o clima usando “soluções sustentáveis” que reduzem as emissões de CO2 está impulsionando tecnologias como baterias de alta capacidade/alta potência ou células de combustível à base de H2 como as principais fontes de energia móvel. O afastamento dos motores de combustão também exige uma nova maneira de pensar em testes e medições, incluindo novos conceitos de segurança, novos ambientes de teste, novos tipos de sensores e tecnologias de medição e análise de dados adaptada.

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 móveis de energia para veículos desde o início. Como líder de mercado em testes e medições, testes de energia elétrica, testes de som e vibração e ambientais, a HBK obteve informações precoces sobre os diversos requisitos e necessidades de indústrias, como veículos automotivos e comerciais, em termos de validação de conceitos inovadores de armazenamento de energia e de conceitos gerais de NEV.

As baterias com voltagens de até 1000 V em veículos modernos exigem uma enorme variedade de testes, ampliados por medidas especiais de segurança no tratamento de tensões elétricas perigosas e do lítio como elementos centrais do processo eletroquímico. Dentro do escopo do teste, o HBK abrange a maioria das variáveis de medição:

  • Tensão elétrica, corrente e potência para análise de desempenho e eficiência
  • Testes de curto-circuito de segurança e testes de carregamento otimizados
  • Força, deformação, pressão e peso para durabilidade mecânica e análise de embalagens
  • Temperatura, fluxo 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 para o armazenamento de energia como o maior componente de um sistema de transmissão moderno.

Por que medição e análise de dados?

Nas soluções atuais de trem de força eletrificado, todos os aspectos, da bateria de célula única aos conjuntos de baterias, são abordados por testes virtuais (simulação) e físicos com o seguinte escopo típico:

  • Teste de confiabilidade de bateria de longo prazo, com foco em ciclos de descarregamento/carregamento (lentos, rápidos), descarga automática, incluindo medição de tensões e temperaturas de células individuais e análise geral de potência
  • Teste dinâmico com foco em potência, eficiência e feedback de carga reversa
  • Testes ambientais executando perfis de carga mecânica específicos orientados a casos de uso em agitadores, combinados com o aumento e a diminuição da temperatura da câmara climática
  • Uso indevido e testes de impacto (sobrecarga, curto-circuito, superaquecimento, estresse mecânico, defeito)
  • Teste de integridade estrutural, começando com testes de veículos móveis para aquisição de dados de carga rodoviária (RLDA), testes de verão/calor, inverno/frio com transientes

Célula de combustível

As soluções de teste e medição da HBK são usadas em cooperação com os principais clientes 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, bem como baterias para armazenamento de energia durante a recuperação.

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Battery Structural Testing

The battery is among the largest and heaviest part of modern electric vehicles. Overall lightweight design and flexible packaging need to be balanced. Optimal weight, structural durability, and overall life-cycle estimation are key parameters that need to be validated before the start of production. HBK is among the leading supplier of seamless measurement chains not only for measurement and physical structural durability testing, but also virtual structural durability testing and lifetime estimation.

Teste de curto-circuito de pirofusível de bateria

A qualificação dos disjuntores e pirofusos de baterias de tração de alta potência requer a capacidade de medir correntes na faixa de alguns quiloamperes com uma taxa de amostragem extremamente alta para capturar a corrente de pico. Também exige a capacidade de medir correntes de alguns amperes com precisão e alta dinâmica. E devido à alta tensão, altas correntes e tempos de subido extremamente rápidos, ele exige muito do sistema DAQ usado em relação à imunidade EMI, proteção contra sobretensão e isolamento. Uma forma de realizar testes de curto-circuito é usar sensores de corrente não linear e gravadores de dados Genesis HighSpeed. 
 

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Teste de células de bolsa: Teste mecânico de baterias

Os transdutores de força podem ajudar você a entender a rapidez com que as capacidades da bateria diminuem, pois podem ser usados para avaliar o estresse nas células da bateria durante os ciclos de carga/descarga.

No chamado teste de célula de bolsa, um sensor de força mede a tensão que ocorre dentro da bateria sob diferentes condições de carregamento. Esse estresse é relevante para o desempenho da bateria, pois pode levar ao enfraquecimento da capacidade ou, em situações extremas, à falha completa da bateria.

Conheça as características mais relevantes do sensor de força para testes mecânicos de baterias. O white paper também descreverá uma maneira fácil de estimar a incerteza de medição em testes com células de bolsa.

Leia o white paper

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Qualificação e verificação elétricas em condições de carga dinâmica

Antes de uma bateria de tração ser introduzida no mercado, a qualificação e a verificação desses sistemas são inevitáveis. Uma bancada de teste adequada deve cobrir uma faixa de alta tensão e corrente, bem como uma alta dinâmica, e deve ser capaz de executar os testes necessários da forma mais realista possível e, de forma orientada à aplicação. Para isso, as técnicas de medição devem ser altamente precisas e dinâmicas.

Como isso pode ser alcançado e como o equipamento HBK pode ajudar aqui, você pode descobrir aqui.

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Gerenciamento térmico da bateria

As baterias são o núcleo e o maior componente único de um veículo elétrico moderno movido a bateria (BEV) ou um 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-lítio em temperaturas extremas aumenta a complexidade dos sistemas de gerenciamento térmico com agregados auxiliares de suporte e caminhos de resfriamento de ar. Temperaturas muito altas podem levar à autodestruição e até mesmo ao fogo (fuga térmica). Portanto, testes extensivos e, especialmente, a validação térmica, são 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 supercarregadores. Além disso, a reutilização de baterias e a segunda vida útil são um tópico importante.

O gerenciamento térmico da vida útil da bateria é crucial para os principais parâmetros, como velocidade, desempenho, segurança, preços e muito mais. A análise térmica, portanto, requer vários pontos de medição de temperatura com as mais altas demandas: pequenos pontos de medição, máxima segurança 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.

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From Sensors to Qualified Data

Our end-to-end solution helps you validate and optimize HV battery storage – thermally, electrically, and mechanically.

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Thermal Analysis of High-voltage Batteries

Computer-based thermal simulation done by Computational Fluid Dynamics (CFD) models serves as an important step towards optimal system design. Real physical testing, however, is still required, as simulation considers not all architectures, integration aspects or parameters.

While battery performance is monitored in climate chambers, important data is gathered. In this environmental and performance test routine, the impact of extreme temperatures can be investigated. It becomes apparent which cooling systems are the best to reach customer use and performance targets. The load case can be scaled and cover all integration levels − from component testing to the entire drivetrain − to optimize the entire system and thermal management before starting production and series.

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Especialista de longa data em testes térmicos

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

Os motores de combustão já precisam 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 a partir de uma nova perspectiva. Assim, toda a experiência e conhecimento foram processados e adaptados para também se tornar um especialista em testes térmicos de eMobility e, dentro disso, em testes de baterias.

O sistema de teste térmico de armazenamento de energia HBK mede parâmetros, incluindo tensão, corrente, temperatura, umidade, fluxo de resfriamento, pressão e sistema de gerenciamento de conversação com a bateria. Os cálculos são feitos para potência, eficiência, monitoramento, visualização e análise de pontos quentes. A automação lida com controle e segurança de testes.

Uma solução de aquisição e análise de dados da HBK fornece medições de termopares para o exterior do trem de acionamento elétrico e para investigação profunda da bateria, incluindo voltagens celulares, voltagem geral e medição de corrente. As entradas universais abrangem fluxo universal, pressão, umidade e outros parâmetros necessários.

A HBK é sua fornecedora 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:

  • Segurança em primeiro lugar — a HBK atende ao padrão de segurança elétrica EN61010
  • Sistemas DAQ multifísicos escaláveis e flexíveis gratuitos para diversos domínios de teste: elétrico, térmico, mecânico,...
  • O isolamento total do canal de até 1500 V DC permite a medição em alto potencial
  • Faixas de entrada de até +/- 1500 V, com classe de sobretensão CAT III
  • Qualidade do sinal imune ao ruído eletromagnético
  • Digitalizadores isolados opcionais para maior isolamento e imunidade a ruídos
  • Conceito poderoso de software aberto, pronto para uso até integrado em tempo real
  • Análise e aquisição de dados no PC em paralelo à integração em tempo real nas bancadas de teste
  • Aquisição de dados em bancada, de laboratório e móvel coberta por uma única solução, escalável de acordo com suas necessidades

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