Paramètres de test de batterie EV

Cet article traite des différents facteurs dans la conception des systèmes de batterie de véhicule pour adhérer aux normes de batterie EV.

La demande croissante de véhicules électriques (VE) voit les fabricants développer et lancer des modèles plus abordables. Le facteur le plus important lors de la conception de batteries EV ou de systèmes de gestion de batterie (BMS) est la sécurité. La sécurité est collectivement recherchée dans l'industrie via une réglementation et une certification strictes et garantie par des tests.

Dans cet article, nous examinerons de haut niveau les facteurs couverts par les tests standard de batterie pour les systèmes de batterie de véhicule électrique.

Les batteries EV nécessitent des tests approfondis pour s'assurer qu'elles sont suffisamment sûres pour une utilisation commerciale. Image utilisée avec l'aimable autorisation d'UL (Underwriter Laboratories).

Pourquoi les tests de batterie EV sont importants

Étant donné que les voitures consomment de grandes quantités d'énergie, seules les technologies de batterie avec des densités de puissance élevées sont souhaitables et parce que les voitures doivent être utilisées quotidiennement, la batterie doit être rechargeable. Cependant, leur plus grande capacité de stockage d'énergie (résultant de l'utilisation de métaux réactifs) signifie qu'ils peuvent être plus destructeurs en cas de défaillance.

En cas de panne, une batterie au lithium peut libérer de grandes quantités d'hydrogène gazeux et la chaleur intense causée par un court-circuit interne enflammera l'hydrogène, créant ainsi un lance-flammes. Étant donné que les voitures risquent d'être endommagées par les collisions, il est essentiel que les batteries contiennent plusieurs mécanismes de sécurité pour garantir qu'en aucun cas la batterie ne puisse s'enflammer.

« Stratégies de sécurité » pour chaque niveau de système EV, comme indiqué par une présentation de GM pour la Commission économique des Nations Unies pour l'Europe en 2013

Paramètres de test EV

Comme pour tout projet d'ingénierie, la première étape consiste à toujours comprendre l'environnement dans lequel votre produit est censé survivre.

L'industrie automobile est loin de pardonner, alors quels facteurs devraient être pris en compte en ce qui concerne les batteries ?

• Mécanique

  Les contraintes et effets mécaniques sont très importants dans l'industrie automobile en raison du mouvement constant des roues et des surfaces inégales avec lesquelles le véhicule peut être en contact. Par conséquent, un système de batterie doit être capable de gérer ces vibrations vigoureuses pendant de longues périodes. Les collisions de véhicules sont également une menace réelle et tout système de batterie qui subit un tel événement doit être capable de survivre ou de se briser gracieusement. Il est essentiel que tout impact ou contrainte appliqué au système de batterie ne provoque pas d'incendie ou de fuite de gaz explosifs.

• Température

  Alors que les véhicules électriques n'ont pas de moteurs, les courants importants tirés des batteries entraîneront des augmentations de température. Cependant, ces batteries peuvent également résister à des températures très basses selon l'endroit où le véhicule est utilisé. Mais des variations de température peuvent également se produire quotidiennement avec des nuits froides et des journées chaudes qui pourraient entraîner des contraintes thermiques fréquentes qui devront être prises en compte. Si le véhicule est laissé au soleil et n'est pas utilisé, les concepteurs devront peut-être déterminer si des systèmes de refroidissement automatisés sont nécessaires, qui ne sont jamais désengagés.

• Électrique

  Dans des conditions normales, les concepteurs seront en mesure de déterminer l'appel de courant des batteries aux moteurs et ainsi de déterminer la taille des câbles et les réglages des fusibles. Cependant, de nombreux autres facteurs électriques doivent être pris en compte qui peuvent avoir un impact sérieux sur la batterie. D'une part, le taux de changement de tension sur les batteries pendant la charge et la décharge peut provoquer une surchauffe. Un autre facteur à prendre en compte serait les pointes de tension de l'alimentation secteur lors de défauts du réseau qui peuvent causer de graves dommages au système de batterie.

Types de tests de conformité

Il existe de nombreuses normes en place pour les véhicules électriques qui sont dictées par les organismes de réglementation. L'ISO a publié plus de 40 normes qui couvrent la sécurité du niveau des composants individuels jusqu'aux protocoles V2X. UL (Underwriter Laboratories) est un autre organisme de réglementation qui énonce des règles codifiées pour les tests de batteries, y compris UL 2580, qui concerne la sécurité des batteries de véhicules électriques et énonce les exigences sur la façon dont ces batteries doivent pouvoir tolérer un large éventail d'abus.

Bien qu'il existe de nombreuses normes et régulateurs, les tests conçus pour la sécurité des batteries visent tous à garantir que les batteries de véhicules électriques peuvent résister à divers environnements et conditions susceptibles de poser des problèmes de sécurité.

Ces conditions incluent :

• Tests thermiques standards – Stockage à différentes températures, etc.
• Abus thermique – Résister à des températures élevées soudaines, etc.
• Perte de refroidissement thermique – Résiste au manque de refroidissement
• Vibrations mécaniques – Résiste aux vibrations du véhicule
• Choc mécanique – Résister aux chocs soudains
• Impact mécanique et écrasement – Mesurez comment la batterie résistera à l'écrasement lors d'une collision
• Pénétration mécanique – Résister à la pénétration (c.-à-d., cellules courtes)
• Court-circuit électrique – Poignée en court-circuit
• Surcharge électrique – Une surcharge n'endommage pas la batterie et n'entraîne pas de panne
• Décharge de force électrique – Déterminez si une décharge rapide cause des dommages par accumulation de gaz, etc.
• Susceptibilité CEM – Résiste aux sources d'interférence EM
• Protection haute tension – Protection contre les hautes tensions soudaines
• Intégrité de l'arrêt électrique – S'assurer que les séparateurs d'arrêt fonctionnent correctement
• Charge de déséquilibre électrique – Assurez-vous que la batterie est en sécurité pendant une charge déséquilibrée
• Environnement – Survivre à l'altitude, à l'humidité, à l'humidité et au feu
• Immersion dans l'eau – Assurez-vous que la batterie reste sûre pendant l'immersion dans l'eau

Conclusion

Des normes sont mises en place pour garantir que non seulement les conceptions utilisent des solutions matérielles et logicielles compatibles communes, mais pour garantir qu'elles répondent à un niveau minimum de sécurité. Les systèmes de batteries électriques sont sans doute plus sujets aux pannes et aux dommages que leurs homologues moteur/carburant, car ils sont très sensibles aux chocs, aux vibrations, aux variations de température et à la pénétration. Par conséquent, il est essentiel que des normes strictes soient respectées lorsque vous incorporez des systèmes de batteries électriques pour garantir qu'ils restent sûrs même dans les scénarios les plus hostiles.