El mercado de baterías para vehículos eléctricos se está moviendo hacia una mayor automatización para reducir las complejidades para el usuario y acelerar el flujo de trabajo. A medida que aumenta la demanda de mejores diseños de baterías, los ingenieros deben tener soluciones automatizadas para probar los dispositivos de I&D, producción y post-fabricación. El software se está volviendo más crítico para administrar los datos sin problemas, para alinearse con los requisitos del mercado y garantizar el éxito del cliente. Las soluciones de pruebas de baterías han evolucionado desde las pruebas manuales hasta los sistemas de pruebas de baterías automatizados y de la próxima generación. Este artículo describe la evolución de estas metodologías a lo largo del tiempo para alinearse con los crecientes requisitos de pruebas.
Figura 1: Los enfoques de pruebas de baterías se están volviendo más automatizados y sofisticados en capacidad
Aunque las pruebas manuales de la batería es un método heredado, todavía se usa en la actualidad. Probar una batería manualmente implica dos configuraciones de prueba independientes para realizar un ciclo de la misma batería. La carga requiere conectar la batería a una fuente de DC y la descarga requiere conectar la batería a una resistencia física. Además, se requieren varias piezas externas de equipo, como DMMs, relés y transductores, para realizar medidas y deben cambiarse entre suministro y carga. Todos estos instrumentos deben ser configurados manualmente, controlados (arranque/parada), gestionados de forma independiente y registrados manualmente por el usuario.
Figura 2: El método manual de pruebas de baterías utiliza dos configuraciones independientes para cargar y descargar la batería
Un enfoque que suelen adoptar los ingenieros es construir su propia configuración de pruebas de baterías utilizando una fuente de DC electrónica y una carga de DC. Estos tipos de equipos de pruebas de uso general se encuentran en la mayoría de los laboratorios de electrónica de potencia. Este enfoque brinda la oportunidad de automatizar las pruebas programando los parámetros de pruebas dentro de la fuente y la carga. Sin embargo, estos instrumentos aún deben controlarse por separado y también se requiere equipo externo para recopilar los datos medidos.
Figura 3: Una configuración de pruebas de baterías de carga DC conectada a una fuente de DC se controla por separado y agrega complejidad
Los sistemas de pruebas automatizadas de baterías integran una fuente DC electrónica y se cargan dentro de un solo producto junto con herramientas de automatización integradas y avanzadas y una capacidad de medidas mejorada. Estos sistemas de pruebas van desde opciones de diseño personalizado hasta opciones comerciales (COTS) listas para usar. Estos sistemas varían en enfoques tecnológicos, capacidades y limitaciones.
Figura 4: Los sistemas de pruebas automatizadas integran la fuente DC y la carga en un solo producto
Los sistemas modernos de pruebas de baterías continúan evolucionando, proporcionando nuevas capacidades para cubrir las cambiantes necesidades tecnológicas y comerciales. Las tendencias clave en la tecnología de pruebas de baterías incluyen voltajes más altos para una carga más rápida, rangos de potencia más amplios, tiempos de respuesta más rápidos para emular las condiciones del mundo real de movilidad eléctrica y más pruebas ambientales con una adopción más amplia. En el lado comercial, las tendencias clave incluyen la disminución de los costos de la batería, un mayor uso de litio y materiales alternativos, ciclos de diseño más cortos para abordar el aumento de la competencia y el crecimiento del mercado, y una mayor subcontratación de pruebas debido a la disponibilidad limitada de talento.
Figura 5: Los sistemas de pruebas de baterías de la próxima generación son abiertos, flexibles y se pueden integrar fácilmente con hardware y software para controlar un entorno de pruebas completo
Para abordar estas tendencias, los sistemas de pruebas de baterías ahora requieren envolventes operativas más amplias (especialmente voltaje y energía), configuraciones modulares con energía escalable y expandible, múltiples capas de características de seguridad integradas, tiempos de respuesta transitorios rápidos, medidas integradas y fácil integración de terceros. Para seleccionar la solución de pruebas correcta, es importante desarrollar un plan de pruebas que aborde las necesidades técnicas, de usuario y comerciales de hoy y en el futuro. Los elementos importantes de un plan de pruebas incluyen software de automatización, hardware de ciclador de baterías y otros equipos externos, incluyendo cámaras, adquisición de datos, relés, E/S y cargas o fuentes auxiliares.
Las soluciones de pruebas de baterías de la próxima generación brindan diferentes opciones para automatizar que incluyen múltiples lenguajes de programación o un poderoso ejecutivo de pruebas que puede simplificar y reducir el tiempo y la complejidad del desarrollo de software. Con respecto al hardware, los cicladores de baterías necesitan un rendimiento de hardware avanzado para garantizar resultados de pruebas precisos, escalables y repetibles. Las transiciones de voltaje y corriente, o tasas de variación, del sistema de pruebas deben ser más rápidas que la batería bajo prueba para emular la configuración del mundo real. La energía flexible y escalable permite a los usuarios abordar los requisitos de energía con una inversión mínima o nula en nueva infraestructura; tener medidas de seguridad integradas de múltiples capas reduce drásticamente los riesgos de seguridad.
La prueba de baterías implica más que el ciclo de la batería. Los usuarios a menudo necesitan la flexibilidad para tener una fácil integración con herramientas de terceros, como interfaces de comunicación de software, cámaras de temperatura o sistemas DAQ. Muchos sistemas de pruebas automatizadas no se integran fácilmente con herramientas de terceros y, como resultado, limita la capacidad de prueba y lleva mucho tiempo. La capacidad de un sistema de pruebas de baterías para interactuar y controlar un entorno de pruebas completo es fundamental. Hoy en día, los datos tienen el poder de transformar la forma en que las compañías hacen negocios y llevan los productos al mercado más rápido. Los ingenieros necesitan tener un ecosistema conectado de sistemas de pruebas de baterías flexibles y herramientas de automatización de software para probar baterías de manera eficiente, validar el rendimiento y escalar las pruebas.
Los beneficios de los sistemas de pruebas de baterías de la próxima generación
