Acelerar las pruebas de baterías de vehículos eléctricos

Las pruebas de baterías en general consisten en verificar la seguridad, el rendimiento y la calidad de una batería. Las pruebas son importantes para garantizar la calidad y la seguridad de la producción, así como el correcto funcionamiento durante el uso. También es importante verificar la eficacia de los nuevos desarrollos y garantizar mejoras en la seguridad, el rendimiento y la fiabilidad. 

Las dos áreas más importantes son las pruebas de rendimiento y las caracterizaciones. 

Las pruebas de rendimiento incluyen, por ejemplo, ciclos de carga y descarga, en los que se simula el envejecimiento artificial para observar con qué rapidez y de qué manera envejecen las baterías. Otro ejemplo serían los ciclos de conducción. Para estas pruebas, se registran las demandas de corriente o potencia del mundo real y se utilizan como datos de entrada. El objetivo es comprender cómo se comporta una batería de nuevo desarrollo en condiciones conocidas y ver si se produce una mejora del rendimiento. 

La caracterización se centra en los parámetros de una batería, que incluyen pruebas de resistencia, impedancia, capacidad y respuestas térmicas. Estas pruebas se realizan utilizando diferentes estímulos y leyendo las respuestas. Por ejemplo, la resistencia y la impedancia. Clásicamente, el estímulo es una señal de corriente y, para medir la resistencia, el método más común es un pulso de corriente continua. Durante un periodo definido, se activa un pulso de corriente y se mide la respuesta de tensión. A partir de la corriente conocida y la tensión medida, se puede calcular la resistencia interna para la corriente continua. Esto se conoce como resistencia interna de corriente continua (DCIR). Las mediciones de impedancia pueden realizarse de forma similar, pero en lugar de corriente continua se utiliza corriente alterna. La impedancia para una frecuencia dada podría determinarse en función de la frecuencia elegida. Si la frecuencia fija se sustituye por un barrido, la medición de la impedancia se considera espectroscopia de impedancia electroquímica.  

Para las pruebas eléctricas, los componentes principales son los siguientes: Un sistema de prueba de baterías, una cámara climática o de temperatura, equipos de medición, simulación de comunicación y Rest-Bus, una unidad de acondicionamiento y equipos de seguridad. 

El sistema de prueba de baterías es una fuente de alimentación bidireccional de alto rendimiento. Garantiza la comunicación con todos los demás componentes de prueba al tiempo que gestiona los escenarios de prueba y las tareas de caracterización. Las mediciones se recogen y los resultados de las pruebas se capturan y preparan para su análisis. 

Las pruebas de las baterías se realizan siempre en una cámara de pruebas para garantizar un funcionamiento seguro y permitir pruebas térmicas y climáticas. La cámara de pruebas garantiza la seguridad mediante equipos de seguridad, como medición redundante de la temperatura, sensores de gas y sistemas de detección, discos de ventilación y estallido, sistemas de extinción de incendios, inertización y sistemas mecánicos de seguridad. Se pueden conseguir fácilmente diferentes perfiles y condiciones de temperatura para verificar un comportamiento robusto en todas las condiciones o para someter las baterías a pruebas de estrés en condiciones extremas. Una parte del control de la temperatura y el clima es la sustitución del sistema de refrigeración del vehículo. Para los packs y algunos módulos, es necesario disponer de un circuito de refrigeración que sustituya al sistema de refrigeración del coche. Esto no sólo podría utilizarse para tener un funcionamiento estático, sino que podrían programarse perfiles de temperatura para simular diferentes escenarios y casos de prueba.  

Aunque el sistema de prueba de baterías mide la tensión y la corriente durante la prueba, podrían necesitarse mediciones adicionales, como mediciones de temperatura, mediciones de celdas individuales, canales de entrada y salida (IO) digitales y analógicos para comunicar y simular comportamientos, y comunicación digital de nivel superior con el BMS.  

Desde el punto de vista de la integración, los packs y módulos se construyen con células en paralelo y en serie. Teniendo esto en cuenta, las pruebas se realizan a un nivel de tensión y potencia mucho más elevado que con las células.  

 Además, la integración de células en módulos y paquetes está añadiendo componentes que necesitan ser probados o controlados para permitir las pruebas. El BMS desempeña el papel más importante al añadir un componente de comunicación a las pruebas. Todas las pruebas deben estar alineadas con el BMS, por lo que existe un flujo de comunicación constante entre el sistema de pruebas y el BMS. El BMS no sólo se encarga de equilibrar las células para garantizar una carga y descarga uniformes, sino que también controla los contactores de salida. La comunicación con el BMS debe probar y verificar su reacción ante determinadas condiciones, pero también es necesario garantizar el correcto funcionamiento ejecutando las pruebas. Un ejemplo sería la precarga: Antes de que pueda iniciarse la prueba de un pack, es necesario igualar las tensiones del sistema de prueba y de la batería. Esto es necesario para limitar las altas corrientes de equilibrado al principio de una prueba, una vez que se cierran los contactores. El sistema BMS lo coordina. Sólo si la tensión en los contactores coincide con la tensión interna de la batería, se cerrarán los contactores. 

La recarga rápida es una de las tendencias en el sector de los VE/EVSE. Las baterías son sólo una parte de la cadena. Una batería podría soportar una corriente determinada durante un tiempo determinado. Esto podría verificarse y comprobarse durante las pruebas de rendimiento. Si la corriente es demasiado alta durante demasiado tiempo, podrían iniciarse efectos térmicos y causar daños permanentes. El rendimiento de las baterías sometidas a corrientes de carga más altas podría mejorarse acondicionando las celdas antes del evento de carga y manteniendo la temperatura y el impacto térmico con refrigeración bajo control. Pero, en general, la carga rápida es más difícil para el resto de la cadena del coche, sobre todo para los enchufes, cables y contactores, ya que deben optimizarse para la corriente manteniendo el peso y el espacio a un nivel tolerable. 

Keysight ofrece una amplia gama de sistemas de prueba de baterías, software y servicios. Los sistemas son muy flexibles y ofrecen una amplia gama de funcionalidades integradas.  

Los sistemas de ensayo de células, por ejemplo, llevan incorporada la medición de Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS). Esto permite realizar las mediciones sin necesidad de recablear y utilizar equipos de ensayo diferentes. Podría formar parte de un ciclo de pruebas más amplio y realizar las mediciones automáticamente. Esto ahorra tiempo y permite obtener más información y más profunda sobre el comportamiento de la batería en menos tiempo. 

Además, los sistemas de pruebas de módulos y paquetes están diseñados para adaptarse a las necesidades cambiantes de las pruebas, con rangos finos adicionales de corriente y tensión que permiten realizar pruebas de módulos con un sistema de pruebas de paquetes y pruebas de células con un sistema de pruebas de módulos. Esto aumenta la flexibilidad y permite crear un laboratorio de pruebas versátil y fiable. 

Ofrecer una solución completa llave en mano podría garantizar un tiempo de prueba más rápido. Si lo desea, Keysight se encargará de la planificación y gestión del proyecto del laboratorio completo, incluidos todos los componentes necesarios. Los plazos de entrega y la puesta en servicio se ajustarán para que el laboratorio de pruebas de baterías recién construido funcione lo más rápidamente posible. Este servicio no es fijo y puede ajustarse a las necesidades individuales y al alcance del proyecto.