Cámara climática para pruebas de baterías

Las baterías de litio recargables se utilizarán cada vez más en el mundo moderno, especialmente en los coches eléctricos.

Sin embargo, debido a sus características técnicas, se someten a una serie de pruebas exhaustivas para determinar su ciclo de vida, prevenir fallos de funcionamiento y mitigar su impacto ambiental. Estas pruebas incluyen ensayos en cámaras climáticas.

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¿Qué son las baterías de litio recargables?

También conocidas como baterías de iones de litio, este tipo de baterías fue propuesta por primera vez en la década de 1970 por el químico estadounidense John Goodenough, una idea por la que recientemente ganó el Premio Nobel de Químicaen 2019, junto a sus colegas Stanley Whittingham y Akira Yoshino.

De hecho, en los últimos veinte años se han producido avances reales en este campo, durante los cuales se ha verificado la aplicabilidad de la tecnología y su producción a gran escala.

Las baterías recargables de litio utilizan un compuesto de litio en el cátodo y grafito o titanato de litio en el ánodo. Se pueden fabricar en diversas formas y tamaños , por lo que se utilizan para una amplia variedad de aplicaciones. Además, debido a su bajo efecto memoria, se encuentran entre las baterías recargables de mayor duración que se conocen.

¿Qué sectores participan en las de bacteriasy en las pruebas en cámaras climáticas?

Como ya hemos previsto, el principio de almacenamiento de litio puede implementarse a diferentes escalas, proporcionando energía a dispositivos y máquinas muy diversos: desde el teléfono móvil que sostenemos en la mano, hasta aviones y coches eléctricos.

Como resultado, la electrónica de consumo, la ingeniería militar y aeroespacial , y la automoción son sectores involucrados en la investigación de baterías de iones de litio y las pruebas de seguridad relacionadas en cámaras climáticas.

Actualmente, el sector automovilístico parece ser el más prometedor y en expansión, también debido a algunos accidentes y fallos de funcionamiento que se han producido en otros sectores en los últimos años.

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¿Qué normas rigen las pruebas de baterías en una cámara climática?

La legislación relativa a las baterías recargables de litio es un tema de gran actualidad, hasta el punto de que en febrero de 2021 se propuso un nuevo borrador para su consideración por laUnión Europea.

Sin embargo, algunos sectores ya han elaborado sus propias directrices. El sector automovilístico, por ejemplo, se remite al texto de EUCAR, el Europeo de la Automoción.

Actualizado en 2019, el texto regula la construcción y la puesta en marcha de baterías de litio recargables, prestando especial atención a los requisitos de seguridad, que se desarrollan mediante ensayos adecuados en una cámara climática.

¿Cómo funcionan las pruebas de batería en una cámara climática?

Uno de los principales factores de riesgo para las baterías de litio recargables es el calor.

Las altas temperaturas y la exposición directa a la luz solar afectan tanto a la vida útil (el número de ciclos de carga varía de 400 a 1200) como al funcionamiento en sí, provocando fallos de funcionamiento e incluso explosiones.

Las pruebas de baterías en cámaras climáticas tienen como objetivo principal verificar la durabilidad de la batería y prevenir este tipo de incidentes. 

Los primeros se denominan pruebas de envejecimiento acelerado y los segundos pruebas de fatiga.

Ajustando adecuadamente la temperatura interna de la cámara climática, es posible simular situaciones reales a las que la batería podría estar expuesta durante su uso. EUCAR ha establecido siete niveles de riesgo para evaluar los resultados de las pruebas, donde el nivel cero indica ausencia de efecto y el séptimo nivel, cuando se produce una explosión .

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La cámara climática FDM para pruebas de baterías

La cámara climática FDM puede realizar todas las pruebas de baterías que hemos mencionado y está equipada con una sencilla e intuitiva que permite al operador tener un control total del proceso.

FDM puede suministrar cámaras climáticas para pruebas de baterías con certificación ATEX y/o de nivel de riesgo.

Si desea obtener más información sobre los niveles de riesgo de EUCAR, puede leerla aquí. 

Además, para necesidades específicas, podemos construir una cámara climática a medida. No dude en contactarnos.

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Fuentes autorizadas y enlaces externos

Para obtener más información sobre las normas de seguridad y las pruebas de rendimiento de las baterías de litio:

• Reglamento Modelo de las Naciones Unidas — Manual de Pruebas y Criterios (ONU 38.3) — Pruebas obligatorias para el transporte de baterías de litio por vía aérea, marítima y terrestre.
• IEC 62133 — Requisitos de seguridad para pilas de litio secundarias selladas portátiles.
• IEC 62660 — Celdas secundarias de iones de litio para la propulsión de vehículos eléctricos de carretera (VE).
• UL 1642 / UL 2054 : Norma de seguridad estadounidense para celdas y paquetes de baterías.
• Reglamento n.º 100 de la UNECE — Homologación de vehículos eléctricos de batería (homologación europea de vehículos eléctricos).

Preguntas frecuentes sobre las pruebas de baterías en una cámara climática

¿Qué pruebas se requieren para comercializar una batería de litio?

Para el transporte, la norma UN 38.3 es obligatoria a nivel mundial (IATA, IMDG, ADR) e incluye 8 pruebas, entre ellas altitud, choque térmico, vibración, impacto, cortocircuito y sobrecarga. Para la comercialización al consumidor, normas IEC 62133 (Europa) o UL 1642/2054 (EE. UU.). Para baterías de vehículos eléctricos, normas IEC 62660 y UNECE R100. Más información sobre la norma UN 38.3.

¿Cuál es el rango de temperatura estándar para las pruebas de baterías?

La mayoría de las normas exigen pruebas entre -40 °C y +85 °C, con algunas pruebas extremas a +150 °C (caja caliente UN 38.3). Para los ciclos de carga/descarga en una cámara climática, el rango típico es de -20 °C a +60 °C. Las cámaras de baterías FDM específicas admiten el rango de -70 °C a +180 °C con protección activa contra incendios (contención de fugas térmicas).

¿Por qué se necesitan compartimentos especiales para las baterías?

Las baterías de litio sometidas a estrés pueden generar un desbordamiento térmico: una reacción en cadena con emisión de gases tóxicos/inflamables, humo denso y riesgo de explosión. Las cámaras de baterías FDM especializadas integran extracción forzada de humo, paneles de alivio de presión, detección de gases (LEL), refrigeración de emergencia y paredes reforzadas que cumplen con los requisitos de la norma IEC 62619 para baterías industriales.

¿Se pueden probar las baterías de estado sólido en las mismas cámaras?

Sí, las cámaras climáticas y los sistemas de prueba ambiental funcionan con cualquier tipo de batería (iones de litio, polímero de litio, estado sólido, litio metálico, iones de sodio). Los protocolos y rangos de prueba varían: las baterías de estado sólido toleran temperaturas más altas (hasta 150-200 °C) y son menos propensas al sobrecalentamiento, pero aun así requieren una calificación completa según la norma IEC 62660 o las nuevas ediciones en desarrollo (IEC 63338).