Este artigo discute os diferentes fatores no projeto de sistemas de baterias de veículos para aderir aos Padrões de Baterias EV.
A crescente demanda por veículos elétricos (EVs) está fazendo com que os fabricantes desenvolvam e lancem modelos mais acessíveis. O fator mais importante ao projetar baterias EV ou sistemas de gerenciamento de bateria (BMSs) é a segurança. A segurança é buscada coletivamente na indústria por meio de regulamentação e certificação rigorosas e garantida por meio de testes.
Neste artigo, teremos uma visão geral de quais fatores os testes padrão de bateria cobrem para sistemas de bateria de veículos elétricos.
Por que o teste de bateria EV é importante?
Como os carros consomem grandes quantidades de energia, apenas tecnologias de baterias com altas densidades de energia são desejáveis e, como os carros precisam ser usados diariamente, a bateria deve ser recarregável. No entanto, sua maior capacidade de armazenamento de energia (resultante do uso de metais reativos), significa que eles podem ser mais destrutivos caso falhem.
Durante a falha, uma bateria à base de lítio pode liberar grandes quantidades de gás hidrogênio e o calor intenso causado por um curto-circuito interno inflamará o hidrogênio efetivamente criando um lança-chamas. Como os carros correm o risco de serem danificados por colisões, é essencial que as baterias contenham vários mecanismos de segurança para garantir que em nenhuma circunstância a bateria possa pegar fogo.
"Estratégias de segurança" para cada nível do sistema EV, conforme estabelecido por uma apresentação da GM para a Comissão Econômica das Nações Unidas para a Europa em 2013
Parâmetros de teste EV
Como em qualquer projeto de engenharia, o primeiro passo é sempre entender o ambiente em que se espera que seu produto sobreviva.
A indústria automotiva está longe de perdoar, então quais fatores precisam ser considerados em relação às baterias?
Mecânico
O estresse e os efeitos mecânicos são muito profundos na indústria automotiva devido ao movimento constante das rodas e superfícies irregulares com as quais o veículo pode entrar em contato. Portanto, um sistema de bateria deve ser capaz de lidar com essas vibrações vigorosas por longos períodos. As colisões de veículos também são uma ameaça real e qualquer sistema de bateria que passe por tal evento deve ser capaz de sobreviver ou quebrar normalmente. É essencial que qualquer impacto ou estresse aplicado ao sistema de bateria não cause incêndio ou vazamento de gases explosivos.
Temperatura
Embora os veículos elétricos não tenham motores, as grandes correntes extraídas das baterias levarão a aumentos de temperatura. Essas baterias, no entanto, também podem sobreviver a temperaturas muito baixas, dependendo de onde o veículo é usado. Mas as mudanças de temperatura também podem acontecer diariamente com noites frias e dias quentes, que podem causar estresses térmicos frequentes que precisam ser considerados. Se o veículo for deixado ao sol e não estiver em uso, os projetistas poderão precisar considerar se são necessários sistemas de refrigeração automatizados que nunca sejam desativados.
Elétrico
Em condições normais, os projetistas poderão determinar o consumo de corrente das baterias para os motores e, assim, determinar o tamanho do cabo e as configurações do fusível. No entanto, muitos outros fatores elétricos precisam ser considerados que podem ter um sério impacto na bateria. Por um lado, a taxa de mudança de tensão nas baterias durante o carregamento e descarregamento pode causar superaquecimento. Outro fator a considerar seriam picos de tensão da rede elétrica durante falhas na rede que podem causar sérios danos ao sistema de baterias.
Tipos de Teste de Conformidade
Existem muitos padrões em vigor para veículos elétricos que são ditados por órgãos reguladores. A ISO tem mais de 40 normas publicadas que cobrem a segurança desde o nível de componentes individuais até os protocolos V2X.
UL (Underwriter Laboratories) é outro órgão regulador que estabelece regras codificadas para testes de baterias, incluindo UL 2580, que se preocupa com a segurança de baterias de veículos elétricos e estabelece requisitos de como essas baterias devem ser capazes de tolerar um amplo espectro de abusos.”
Embora existam muitos padrões e reguladores, os testes projetados para a segurança da bateria estão todos focados em garantir que as baterias EV possam resistir a vários ambientes e condições que possam causar problemas de segurança.
Essas condições incluem:
- Testes térmicos padrão – Armazenamento em várias temperaturas etc.
- Abuso térmico – Suporta altas temperaturas repentinas etc.
- Perda de resfriamento térmico - Suporta a falta de resfriamento
- Vibração mecânica - Suporta vibrações do veículo
- Choque mecânico - Suporta choques repentinos
- Impacto mecânico e esmagamento – Meça como a bateria lidará com o esmagamento em uma colisão
- Penetração mecânica - Resiste a ser penetrado (ou seja, células curtas)
- Curto-circuito elétrico - Terminais em curto
- Sobrecarga elétrica – A sobrecarga não causa danos à bateria nem leva a uma falha
- Descarga de força elétrica – Determine se a descarga rápida causa danos devido ao acúmulo de gás etc.
- Suscetibilidade EMC – Suporta fontes de interferência EM
- Proteção de alta tensão – Proteção contra altas tensões repentinas
- Integridade do desligamento elétrico – Certifique-se de que os separadores de desligamento funcionem corretamente
- Carregamento de desequilíbrio elétrico - Certifique-se de que a bateria esteja segura durante o carregamento desequilibrado
- Ambiental - Sobreviva à altitude, umidade, umidade e fogo
- Imersão em água – Certifique-se de que a bateria permaneça segura durante a imersão em água
Conclusão
Os padrões são implementados para garantir que não apenas os projetos usem soluções comuns de hardware e software compatíveis, mas também para garantir que eles atendam a um nível mínimo de segurança. Os sistemas de baterias elétricas são indiscutivelmente mais propensos a falhas e danos quando comparados aos seus equivalentes de motor/combustível, pois são muito sensíveis a choques, vibrações, oscilações de temperatura e penetração. Portanto, é essencial que padrões rígidos sejam seguidos ao incorporar sistemas de baterias elétricas para garantir que eles permaneçam seguros mesmo nos cenários mais hostis.
Autor: Robin Mitchell
