Enfoque de seguridad para vehículos eléctricos y almacenamiento de baterías con sensores Honeywell

El desarrollo de aplicaciones electrificadas requiere un cumplimiento riguroso de las normas de seguridad para garantizar experiencias fiables y fáciles de usar. Después de todo, nadie quiere experimentar un evento térmico desmedido que podría provocar humo o incluso incendio al conducir un vehículo eléctrico (EV) u operar un dispositivo móvil mientras vuela en un avión a 30,000 pies. Es por eso que los diseñadores de productos de baterías para vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía necesitan sensores excepcionalmente precisos y confiables que puedan garantizar un funcionamiento seguro sin obstaculizar el rendimiento.

Las baterías de iones de litio (Li-ion) se destacan por su alta densidad energética y eficiencia, que son esenciales para los vehículos eléctricos y otras aplicaciones electrónicas. Pero, tal como indica la Asociación Nacional de Protección contra Incendios, "la probabilidad de que se sobrecalienten, se incendien e incluso provoquen explosiones aumenta cuando se dañan o se usan, cargan o almacenan incorrectamente".

Teniendo en cuenta los millones de vehículos eléctricos en las carreteras de todo el mundo y los miles de millones de dispositivos móviles alimentados por iones de litio en uso, los incidentes de eventos térmicos fuera de control son relativamente escasos, pero no insignificantes: alrededor de dos incidentes por semana en vuelos de EE. UU., según datos de la FAA. A medida que se desarrollen más aplicaciones de electrificación, el número bruto de tales incidentes seguramente aumentará, cualquiera de los cuales podría afectar negativamente las ventas de los proveedores.

Además, más del 90% de la demanda de baterías de iones de litio se atribuye ahora al sector energético, impulsado por densidades de energía más altas, vidas útiles más largas y reducciones de costes drásticas desde 2010, superando a las alternativas para las aplicaciones de almacenamiento de energía, según la Agencia Internacional de la Energía (IEA). Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) a gran escala se están adoptando a un ritmo cada vez más rápido a medida que los países y las empresas se esfuerzan por alcanzar los objetivos de cero emisiones netas.

Diseño de aplicaciones de electrificación que priorizan la seguridad

La demanda de baterías de iones de litio está creciendo en todas las industrias, por lo que es esencial que los diseñadores de productos adopten un enfoque que priorice la seguridad para emplearlas en sus aplicaciones.

Los eventos de fuga térmica ocurren cuando una batería que experimenta un aumento de la temperatura genera calor que puede provocar un incendio o incluso una explosión. Estos eventos pueden ser causados por una carga excesiva, daños físicos que comprometen la estructura interna y cortocircuitos provocados por defectos de fabricación.

Las baterías de iones de litio pueden degradarse debido a una descarga excesiva, cortocircuitos externos, calor ambiental extremo y otros factores.

Honeywell Sensing and Productivity Solutions proporciona sensores de seguridad de corriente y batería que los diseñadores de aplicaciones pueden aprovechar para mejorar la seguridad, la eficiencia y el rendimiento. Estos sensores monitorean y administran el flujo de corriente y el estado de la batería. Se pueden utilizar en sistemas de gestión de baterías para vehículos eléctricos y BESS, proporcionando una detección temprana de problemas, mediciones precisas y funciones personalizables para la integración en otras aplicaciones.

Los sensores de corriente de bucle abierto de la serie CSHV de la empresa (Figura 1) utilizan el efecto Hall y la tecnología patentada de Honeywell para el rendimiento y la confiabilidad en aplicaciones de detección de corriente para medir la corriente continua (CC) en el rango de ±100 ACC a ±1500 ACC. Proporcionan una salida de voltaje analógico proporcional al flujo de corriente, lo que facilita la integración en múltiples aplicaciones de vehículos eléctricos, como la detección de corriente en sistemas de gestión de baterías (BMS), unidades de desconexión de baterías (BDU), unidades de distribución de energía (PDU), detección de fallas y aislamiento.

Figura 1: Los sensores de la serie CSHC de Honeywell utilizan tecnología de efecto Hall de bucle abierto. (Fuente de la imagen: Honeywell)

Los sensores de corriente de la serie CSNV de Honeywell utilizan la tecnología de efecto Hall de circuito cerrado para proporcionar una alta precisión y estabilidad en un amplio rango de temperaturas. Están diseñados para medir el flujo de corriente en sistemas de gestión de baterías, vehículos eléctricos, sistemas de almacenamiento de energía y otras aplicaciones que requieren alta precisión y confiabilidad. Se pueden utilizar para detectar fallos del sensor y del sistema host, así como el voltaje de suministro de rango excesivo y subalterno. Están disponibles en tres modelos:

• Las unidades CSNV500 pueden medir hasta ±500 A con una precisión total del <±0.5%.
• Los dispositivos CSNV700 (Figura 2) pueden medir hasta ±700 A con una precisión total del <±0.5%.
• El CSNV1500 puede medir hasta ±1500 A con una precisión total de <±1%.

Figura 2: Un sensor de corriente de la serie CSNV700 de Honeywell. (Fuente de la imagen: Honeywell)

Los sensores de corriente de flujo avanzados de la serie CSSV (Figura 3) combinan tecnologías de flujo y de efecto Hall de bucle abierto. Diseñados para aplicaciones críticas para la seguridad, estos sensores incorporan dos circuitos independientes de detección y procesamiento de datos para la funcionalidad de detección y diagnóstico para proporcionar mediciones de corriente precisas. Están diseñados para detectar fugas de corriente, detección de fallas y aislamiento dentro de los sistemas de control de transmisión de vehículos eléctricos.

Figura 3: Un sensor de corriente fluxgate avanzado de la serie CSSV. (Fuente de la imagen: Honeywell)

Los sensores de seguridad de batería de la serie BAS (Figura 4) están diseñados para detectar e informar eventos de fuga térmica en paquetes de baterías de iones de litio cerrados mediante la medición de la presencia y concentración de aerosoles, como humo, líquido y desechos. Miden e informan sobre la concentración de aerosoles de 200 μg/m³ a 10000 μg/m³ utilizando el protocolo de comunicación de red de área del controlador (CAN). Tienen un umbral de advertencia de fuga térmica programado de fábrica de 5000 μg/m³ y pueden integrarse en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía.

Figura 4: Un sensor de la serie BAS de Honeywell mide las concentraciones de humo, líquido y otros aerosoles en paquetes de baterías de iones de litio. (Fuente de la imagen: Honeywell)

Los sensores de presión de seguridad de la batería de la serie BPS (Figura 5) están diseñados para detectar e informar signos tempranos de eventos de fuga térmica en paquetes de baterías de iones de litio mediante el monitoreo de los cambios de presión en los paquetes de baterías de vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía. Detectan cambios en la presión de la batería que abarcan entre 50 kPa y 300 kPa de presión absoluta y tienen umbrales de advertencia configurables tanto para la presión absoluta como para la tasa de cambio de presión.

Figura 5: Los sensores de seguridad de batería de la serie BPS de Honeywell proporcionan una detección temprana de eventos de fuga térmica de iones de litio. (Fuente de la imagen: Honeywell)

Conclusión:

La creciente demanda de aplicaciones de electrificación está aumentando la adopción ya a gran escala de las baterías de iones de litio. Sin embargo, los diseñadores de productos deben integrar sensores que puedan mejorar la seguridad, la fiabilidad y la eficiencia de los paquetes de baterías de los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía, garantizando que funcionen dentro de los parámetros designados y respondan con prontitud a cualquier irregularidad. Los sensores de Honeywell trabajan juntos para garantizar un rendimiento y una seguridad óptimos al proporcionar la información necesaria para gestionar los procesos de carga y descarga, controlar los sistemas de gestión térmica y ejecutar protocolos de seguridad cuando sea necesario.