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Solución de Cubic Automotive para sensores de aerosoles en caso de sobrecalentamiento en vehículos

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Detección precoz de sobrecalentamientos mediante un sistema de alerta temprana basado en aerosoles en la industria automovilística de la India

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1. Refuerzo de las normas de seguridad de los vehículos eléctricos en la India

Con la rápida expansión del mercado de los vehículos eléctricos (VE) en la India, la seguridad de las baterías se ha convertido en un aspecto fundamental tanto para los marcos normativos como para el desarrollo del sector. En el marco de iniciativas como el programa FAME II y las posteriores políticas de movilidad eléctrica, el Gobierno indio sigue endureciendo los requisitos de seguridad para los VE, especialmente en lo que se refiere a la gestión térmica y la prevención del sobrecalentamiento en los sistemas de baterías de iones de litio.

Desde diciembre de 2022, las normas relativas a las baterías, AIS-038 Rev. 2 y AIS-156, son de obligado cumplimiento y constituyen la base ineludible del marco de seguridad de los VE en la India. La norma AIS-038 Rev. 2 se aplica a los sistemas de baterías de tracción en vehículos de las categorías M y N, mientras que la AIS-156 abarca los vehículos de la categoría L, incluidos los vehículos de dos ruedas, de tres ruedas y los cuatriciclos. Ambas normas exigen ensayos de propagación de la fuga térmica y un sistema de gestión de la batería (BMS) controlado por microprocesador con funciones completas de protección a nivel de célula.

Tal y como se establece en la norma AIS 308, «El REESS o el sistema del vehículo deberá emitir una señal para activar la indicación de preaviso al menos 5 minutos antes de que se produzca una situación de peligro causada por la propagación térmica en el REESS», lo que pone de manifiesto la importancia de adoptar estrategias eficaces de gestión de la fuga térmica.

Por otra parte, en condiciones de funcionamiento reales, la India presenta retos únicos, entre los que se incluyen las altas temperaturas ambientales, las variaciones de humedad y los frecuentes atascos de tráfico. Estos factores aceleran el envejecimiento de la batería y aumentan la acumulación de estrés térmico, lo que eleva el riesgo de que se produzcan episodios de fuga térmica. En consecuencia, existe una demanda creciente de tecnologías de monitorización de la seguridad de las baterías más tempranas, más precisas y más fiables.

2. Mecanismo de fuga térmica e indicadores tempranos

La fuga térmica en las baterías de iones de litio es un proceso que se desarrolla en varias etapas. En la etapa inicial, comienzan a producirse reacciones secundarias internas en las celdas de la batería, lo que conduce a la liberación gradual de gases traza y partículas finas, algo que suele ocurrir cuando la temperatura aumenta significativamente. A medida que la reacción avanza, la presión y la temperatura internas aumentan rápidamente, lo que acaba provocando la propagación térmica y, potencialmente, un incendio o una explosión.

Los sistemas de gestión de baterías (BMS) convencionales se basan principalmente en señales de tensión, corriente y temperatura. Sin embargo, estos parámetros macroscópicos a menudo no logran detectar la descomposición química a nivel micro en sus primeras fases, lo que da lugar a señales de alerta tardías y a un tiempo de respuesta limitado.

3. Alerta temprana de fuga térmica mediante la detección de aerosoles

Para hacer frente a esta limitación, la monitorización de los cambios en la concentración de partículas dentro del paquete de baterías mediante la adopción de tecnologías de detección basadas en aerosoles se convierte en un método eficaz para detectar indirectamente reacciones químicas anómalas en una fase temprana.

En comparación con la monitorización tradicional de parámetros eléctricos, la detección de aerosoles ofrece varias ventajas clave, entre las que se incluyen la captación del comportamiento de descomposición en fase temprana, una mayor sensibilidad a los cambios a nivel micro —lo que permite la detección tras el aumento de la temperatura— y su función como fuente de datos complementaria que refuerza la fusión multiparamétrica dentro de la lógica de seguridad del BMS. En conjunto, estas ventajas convierten a la detección de aerosoles en un enfoque prometedor para mejorar la capacidad de diagnóstico en fases tempranas y la seguridad general de las baterías de iones de litio.

4. Solución de Cubic para sensores de aerosoles de seguridad en baterías: ATRS-1031

Como proveedor de primer nivel del sector de la automoción con certificación IATF 16949, Cubic, fabricante líder de sensores y analizadores de gases, ha aprovechado su consolidada tecnología de dispersión de luz para desarrollar el sensor de aerosoles de seguridad para baterías de litio ATRS-1031, un sensor de partículas por dispersión de luz infrarroja (LED) de grado automovilístico diseñado específicamente para la alerta temprana de eventos de fuga térmica.

El ATRS-1031 de Cubic se basa en una plataforma de desarrollo consolidada de grado automovilístico, optimizada para ofrecer fiabilidad a largo plazo, resistencia a las condiciones ambientales y flexibilidad en la integración de sistemas. Emplea tecnología de dispersión de luz LED infrarroja para detectar la concentración de partículas en tiempo real, supervisar de forma continua los cambios en la concentración de aerosoles dentro de los paquetes de baterías y detectar emisiones de partículas en fase inicial que están estrechamente relacionadas con la aparición de episodios de fuga térmica. En comparación con los enfoques tradicionales, este método de detección permite detectar antes la actividad química anómala dentro del sistema de baterías.

El sensor está configurado con un umbral crítico de concentración de aerosoles de 5000 µg/m³, que sirve como punto de activación de alerta temprana. Una vez superado el umbral, el sensor envía inmediatamente una señal al sistema de gestión de la batería (BMS), lo que permite la activación oportuna de estrategias de intervención de seguridad en una fase temprana. Este mecanismo permite que el sistema del vehículo responda antes de que el aumento térmico alcance un nivel peligroso.

Para una mejor integración en los sistemas de automoción, el Cubic ATRS-1031 es compatible con la comunicación por bus CAN, lo que permite la transmisión en tiempo real de los datos medidos al BMS del vehículo, facilitando así una integración perfecta en las arquitecturas electrónicas de automoción existentes. Además, el sensor está equipado con funciones de salida de activación y entrada de solicitud, lo que mejora la fiabilidad de la interacción entre subsistemas y garantiza un funcionamiento estable en entornos críticos para la seguridad en los que se requiere una respuesta rápida y determinista.

El sensor incorpora asimismo un diseño de interfaz de alta fiabilidad, en el que las funciones de salida de activación y entrada de solicitud garantizan una coordinación estable del sistema y un funcionamiento a prueba de fallos dentro de los sistemas de control del vehículo. Para garantizar la eficiencia energética, cuenta con un modo de bajo consumo que reduce el consumo energético global durante el funcionamiento normal, al tiempo que mantiene la capacidad de monitorización continua.

Además, el ATRS-1031 está diseñado de acuerdo con los estándares de circuitos de grado automovilístico, lo que le confiere una gran resistencia a las vibraciones, a las interferencias electromagnéticas y a otras condiciones operativas adversas que suelen darse en entornos vehiculares. Los componentes clave se desarrollan y fabrican de forma independiente en nuestras propias instalaciones, lo que garantiza un control de calidad constante, una vida útil prolongada y un rendimiento estable a lo largo de todo el ciclo de vida del producto. El sensor está optimizado además para adaptarse a entornos adversos, lo que lo hace adecuado para condiciones de alta temperatura, mucho polvo y fuertes vibraciones en el mercado indio.

A medida que el mercado indio de vehículos eléctricos sigue expandiéndose, la seguridad de las baterías sigue siendo una prioridad fundamental. La detección temprana del sobrecalentamiento no solo es un requisito normativo, sino que también es esencial para proteger vidas y bienes. Como proveedor de primer nivel del sector de la automoción certificado según la norma IATF 16949, Cubic opera bajo un sólido sistema de gestión de calidad de grado automovilístico y aporta una amplia experiencia en la producción en serie automatizada, lo que garantiza una alta fiabilidad y escalabilidad de sus sensores de gas para automoción, proporcionando a los fabricantes de equipos originales (OEM) una solución de detección fiable y adaptable para la detección de la fuga térmica, lo que contribuye a una mayor seguridad de las baterías y al desarrollo sostenible de la movilidad eléctrica.

Para obtener más información sobre el producto, haga clic en https://en.gassensor.com.cn/LibatteryThermalRunawaySensor/info_itemid_2280.html o póngase en contacto con: [email protected].