Máquina de ensayo para células de baterías

Máquina universal de ensayos para pruebas de componentes en la industria eléctrica

Las celdas de las baterías son el componente crucial de los coches eléctricos. En su uso diario, están expuestas a una amplia gama de tensiones electroquímicas, térmicas y mecánicas. Para evitar peligros y garantizar la calidad, funcionalidad y durabilidad de las celdas de batería, sus componentes se someten a complejos procedimientos de ensayo.

Hegewald & Peschke ofrece un sistema de ensayo para probar las celdas de las baterías que, además de una máquina de ensayo universal inspekt de 100 kN, incluye una cámara de temperatura especial para simular las condiciones ambientales. La máquina de ensayos se utiliza para realizar ensayos de compresión para simular cargas mecánicas en las celdas de la batería causadas por efectos térmicos y la situación de la instalación. Los platos de compresión simulan esta carga en el sistema de ensayo. Mediante un cojinete de copa, el plato de compresión superior se adapta a la probeta de ensayo y también puede fijarse en la posición deseada. El sistema de ensayo está diseñado para una carga máxima de 100 kN de carga de compresión sobre las celdas de la batería, aunque también pueden alcanzarse cargas de ensayo superiores utilizando una máquina de ensayo diferente.

¿QUÉ PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA SON RELEVANTES PARA PROBAR LAS CELDAS DE LA BATERÍA Y CÓMO SE IMPLEMENTAN EN EL SISTEMA DE PRUEBA?

El sistema de pruebas ofrece la posibilidad de aplicar 3 tipos diferentes de carga a las celdas de la batería: térmica - a través de la cámara de temperatura, mecánica - a través de la máquina de pruebas y eléctrica - a través de la carga/descarga de la celda de la batería. Modificando cada una de las cargas se pueden llevar a cabo distintos procedimientos de prueba.

Al principio de una secuencia de pruebas, la máquina de ensayos puede precargar la batería con una fuerza definida. La cámara de temperatura se regula hasta una temperatura establecida en el software. A continuación, se llevan a cabo varios ciclos de carga de la batería, uno tras otro. Por ejemplo, las baterías se cargan y descargan 10 veces, con la misma carga y temperatura. A continuación se ajusta la siguiente temperatura y/o carga.

La carga mecánica puede aplicarse en 3 modos de funcionamiento diferentes durante las pruebas. Una opción consiste en mantener la posición de los platos de compresión, con lo que la fuerza aumenta cuando la célula se expande y vuelve a disminuir cuando se contrae. En otro modo de prueba, la máquina mantiene la fuerza constante, de modo que la carga mecánica sobre la pila siempre es la misma.

Para la instalación de celdas de batería en vehículos, a menudo se utilizan muelles para compensar las fuerzas resultantes. Para tenerlo en cuenta durante la prueba, se puede simular el efecto de los muelles en el sistema de prueba. En este caso, el software LabMaster simula el comportamiento de la máquina de ensayo como un muelle con una constante de muelle especificada. El efecto sobre las celdas de la batería corresponde así a la instalación en el vehículo de un bastidor con muelles.

En todos los procedimientos de prueba se examina siempre la interacción de los 3 parámetros temperatura, estado de carga y carga, así como sus efectos recíprocos.

SOFTWARE DE ENSAYO PARA PROBAR CELDAS DE BATERÍAS

El software de ensayo de materiales y componentes LabMaster ofrece la flexibilidad necesaria para satisfacer una amplia gama de requisitos en un procedimiento de ensayo. Como resultado, las altas exigencias impuestas a los procedimientos de prueba en el ensayo de celdas de batería pueden realizarse de forma fiable y reproducible.

Todos los parámetros del sistema se controlan de forma centralizada mediante un programa de bloques especialmente configurado. Los valores medidos de los canales externos, como la tensión de carga y la temperatura de la célula, se registran mediante una señal analógica y están disponibles para su evaluación en el software de prueba. También se registran los estados de error, por ejemplo, en los sensores de gas, y se controla la reacción de la máquina de ensayos a las alarmas en el procedimiento de ensayo.

Los pasos individuales del procedimiento de prueba pueden configurarse de forma muy flexible con el programa de bloques: pueden combinarse en cualquier número y secuencia con cualquier parámetro. En caso necesario, pueden definirse criterios individuales para cada paso en relación con los parámetros que deben controlarse.

Para llevar a cabo pruebas a largo plazo durante varios días, LabMaster dispone de varias opciones para una reducción eficaz de los datos. El software de pruebas registra todos los datos de medición de todos los sistemas conectados cada 20 milisegundos. Durante las pruebas largas, esto da lugar a grandes cantidades de datos difíciles de manejar. Por ello, estos datos de medición se reducen a una cantidad razonable filtrando los valores redundantes. Los criterios para ello pueden ajustarse por separado para cada paso de la prueba, de modo que en todo momento se guarden exactamente los datos relevantes para la evaluación posterior.

CONCEPTO INTEGRAL DE SEGURIDAD PARA LA COMPROBACIÓN DE BATERÍAS

Dado que la comprobación de las celdas de las baterías implica un mayor potencial de riesgo debido a los gases o a los ácidos que escapan (nivel de peligro 6 de EUCAR), deben tomarse precauciones de seguridad especiales. Por ello, la cámara de temperatura, que puede crear condiciones de temperatura entre -40 °C y +120 °C, también está equipada con sensores de gas para O2, H2S, SO2, CO y H2. Un indicador de estado con señal luminosa de torre proporciona información constante sobre las condiciones atmosféricas en la cámara de temperatura. Además de alcanzar la atmósfera inerte, se señaliza una prealarma cuando se alcanzan determinados valores límite de gas y una alarma principal cuando se superan. La alarma principal activa entonces una señal acústica adicional, así como una purga de emergencia con nitrógeno. Además, todos los sistemas se detienen automáticamente en este nivel de alarma.

La cámara de temperatura está equipada con una mirilla calefactada con marco con acristalamiento de 5 capas con vidrio óptico y una rejilla protectora como protección contra astillas. Una trampilla de alivio de presión garantiza la protección contra la sobrepresión y la igualación de la sobrepresión en caso de accidente. La conexión a un sistema de extracción de aire y el bloqueo eléctrico de la puerta de la cámara evitan riesgos adicionales.

Este amplio concepto de seguridad protege contra peligros como la rotura, el incendio, las piezas que salen despedidas y la pérdida de electrolito (de acuerdo con el nivel de peligro 6).

SOLUCIONES DE ENSAYO PARA CELDAS DE BATERÍAS Y SUS COMPONENTES

En el sistema de ensayo específico se comprueban tanto celdas individuales como conjuntos de celdas de batería con un contenido energético de hasta 10 kWh. Hegewald & Peschke también ofrece otras soluciones de ensayo para los distintos componentes y materiales que se utilizan para fabricar las celdas de batería. Con máquinas de ensayo universales equipadas para el procedimiento de ensayo específico, también se pueden realizar los siguientes ensayos de materiales y ensayos de componentes: Ensayos de tracción y punción en láminas de electrodos, ensayos de adherencia en revestimientos de electrodos.