Fuentes de alimentación para simulación bidireccional de la red: ¿pueden reducir las pérdidas de energía en las pruebas de baterías?

Desafíos en las pruebas de rendimiento de baterías

En una instalación de pruebas de rendimiento de baterías, los sistemas tradicionales de ensayo plantean múltiples obstáculos operativos. En primer lugar, durante los ciclos de prueba, dichos sistemas pierden electricidad al descargar energía. En los sistemas tradicionales de ensayo, la energía se pierde en forma de calor, cargas resistivas y la necesidad de refrigeración adicional. En última instancia, los sistemas tradicionales de ensayo generan pérdidas adicionales de energía.

Una solución a estos desafíos es la implementación de fuentes de alimentación simuladoras de red bidireccionales en los equipos de ensayo de rendimiento de baterías. A diferencia de los sistemas de ensayo tradicionales, las fuentes de alimentación simuladoras de red bidireccionales no disipan energía en forma de calor, ya que el equipo de ensayo es capaz de capturar y reciclar la energía descargada hacia la red eléctrica de la instalación.

Comprensión del proceso de ensayo regenerativo

La base de la recuperación de energía en los ensayos de baterías es directa, y los sistemas implicados son tanto sencillos como sofisticados. Cuando un módulo de batería o un paquete de baterías sometidos a ensayo están en fase de descarga, el sistema bidireccional opera en modo de absorción, extrayendo energía de la batería. Esta energía se convierte mediante un inversor de corriente continua a corriente alterna de alta eficiencia. En lugar de disiparla como calor, el sistema se sincroniza con la red eléctrica de la instalación y devuelve dicha energía para su reutilización.

La reducción en la generación de calor también proporciona otros beneficios. Menos calor significa que el entorno de ensayo es más cómodo para los técnicos; estos no tendrán que soportar tanto calor proveniente del sistema; y los sistemas también requerirán menos refrigeración, lo que reduce los requisitos de mantenimiento y mejora la fiabilidad del sistema, alargando su vida útil.

Aplicaciones en la prueba de módulos y paquetes de baterías

La validación moderna del rendimiento de las baterías es mucho más compleja que una simple prueba de capacidad. Los ingenieros también deben evaluar la respuesta dinámica, las características de resistencia interna y la respuesta a cargas tal como ocurren realistamente durante su uso. El sistema de ensayo con simulador bidireccional de red controlable es capaz de ejecutar programas de ensayo complejos y simular una carga realista según sea necesario.

Por ejemplo, para probar los paquetes de baterías de vehículos eléctricos, el equipo de ensayo debe simular un ciclo de conducción con ciertas características, incluyendo aceleraciones bruscas (descarga elevada) y, a continuación, una frenada regenerativa (lo que significa que la batería debe cargarse rápidamente). Los sistemas bidireccionales permiten cambiar sin esfuerzo entre el comportamiento de «suministro» y «absorción» de potencia, lo que los convierte en ideales para configuraciones con transiciones rápidas de carga.

Al validar sistemas de almacenamiento de energía, resulta fundamental poder simular su interacción con la red eléctrica. El equipo de ensayo debe certificar que los sistemas de baterías son capaces de responder a las señales de regulación de frecuencia, ya sea consumiendo o suministrando electricidad según el estado de la red. Gracias a la tecnología bidireccional, un único dispositivo puede desempeñar ambas funciones, reduciendo así la complejidad de la configuración de ensayo y mejorando la precisión de las mediciones.

Proporcionar interfaces de comunicación para pruebas automatizadas

Probar el rendimiento de las baterías depende plenamente de interfaces de comunicación sofisticadas, o módulos. Los módulos de comunicación permiten que el sistema de gestión de baterías (BMS) se comunique con el supervisor de control y con el controlador. Los sistemas de prueba modernos pueden utilizar y son compatibles con numerosos estándares industriales de comunicación, como el bus CAN, RS485, RS232 y Modbus. Esta variedad de interfaces de comunicación mejora la facilidad de implementación de un sistema de pruebas automatizado.

En las pruebas de baterías, la comunicación mediante bus CAN figura entre los estándares de comunicación de alta prioridad debido a su alta fiabilidad y su capacidad de comunicación en tiempo real. Asimismo, este estándar de comunicación permite la interacción directa entre el equipo de prueba y el módulo de control individual de la unidad (BMU) del paquete de baterías. Esta interacción permite que el equipo de prueba determine las lecturas de voltaje y temperatura de cada celda individual, así como realice un ciclo de carga o descarga para todo el paquete de baterías. Esto otorga al equipo la capacidad de garantizar condiciones de prueba seguras y de supervisar todos los parámetros durante la prueba.

Las configuraciones en cadena permiten probar y comunicarse entre múltiples canales con mayor facilidad. Este diseño permite a los usuarios reducir la cantidad de cableado y, al mismo tiempo, lograr una transferencia de datos de alta velocidad. Asimismo, este diseño permite que el sistema de prueba se amplíe, ya que los dispositivos pueden funcionar en paralelo o colaborar para realizar una prueba sincronizada de múltiples dispositivos. Además, este diseño permite a los usuarios probar una variedad de dispositivos, como un módulo individual de batería o un gran sistema de almacenamiento de energía.

Comprender las necesidades del sistema ayuda a desarrollar un sistema preciso.

Las pruebas de baterías requieren una gran precisión para garantizar la validación de los detalles de la batería. Las pruebas de paquetes y módulos tienen una precisión de ±0,05 %, lo que permite capturar con exactitud los detalles del comportamiento del sistema de prueba durante la prueba.

Para identificar problemas con el sistema de pruebas de rendimiento de la batería, así como inconsistencias en la fabricación y en la calidad de las baterías durante su uso, que son cuestiones relacionadas con las celdas. Medir la resistencia de la batería es importante y requiere una gran precisión en la tensión para aplicar un pulso a la batería durante la prueba. Una alta tensión durante la prueba permite obtener los datos más relevantes para analizar posibles problemas de seguridad.

La precisión mencionada se aplica a todo el sistema de pruebas. Esto significa que el sistema de pruebas puede ofrecer mediciones precisas incluso a tensiones extremadamente bajas o altas. Este rango permite una excelente consistencia y comparabilidad.

Ventajas desde una perspectiva económica y medioambiental

La justificación financiera de los equipos de ensayo regenerativos sigue mejorando a medida que aumentan los costos energéticos y los niveles de ensayo. Aunque los costos iniciales de inversión pueden ser superiores a los de los sistemas resistivos tradicionales, los menores costos operativos derivados de un menor consumo de energía conducen a periodos de amortización favorables en instalaciones que realizan ensayos continuos o de alto volumen.

Los sistemas de recuperación de energía también tienen impactos ambientales positivos. Los laboratorios de ensayo de baterías consumen una gran cantidad de energía eléctrica, y los sistemas regenerativos contribuyen al objetivo corporativo de sostenibilidad de reducir los residuos. Reciclar la energía utilizada en los ensayos, en lugar de dejar que se convierta en calor residual, reduce la huella de carbono de la instalación de ensayos.

La capacidad de operar de manera eficiente desde el punto de vista energético genera una ventaja competitiva para los fabricantes de baterías y los laboratorios de ensayo externos. La implementación de prácticas eficientes desde el punto de vista energético se ha convertido en un criterio importante en el proceso de selección de proveedores, y los sistemas de ensayo regenerativos ofrecen una forma significativa de demostrar el compromiso con la sostenibilidad.

Implementación desde una perspectiva técnica

Es necesario considerar diversos parámetros técnicos para los sistemas de ensayo bidireccionales destinados a módulos y paquetes de baterías. Entre ellos figura la escalabilidad de potencia, que hace referencia a la capacidad del sistema para atender tanto módulos como grandes sistemas de almacenamiento de energía. Los sistemas modulares que funcionan en paralelo permiten satisfacer diversas necesidades de ensayo sin necesidad de adquirir nuevos sistemas.

Cada tipo de batería tiene sus propios rangos específicos de voltaje y corriente que deben someterse a prueba, y los sistemas modernos permiten personalizar estas salidas dentro de un rango para adaptarse a módulos de bajo voltaje y a sistemas de alto voltaje, como paquetes de baterías para automoción y para aplicaciones a escala de red eléctrica. La función de autorango garantiza que se extraiga la máxima potencia bajo diversas condiciones de ensayo, lo que incrementa la eficiencia del equipo sometido a prueba.

El tiempo de respuesta influye notablemente en la capacidad de simular con precisión condiciones dinámicas. Los sistemas con tiempos de subida rápidos de la corriente y que emplean muestreo de alta velocidad pueden capturar comportamientos en estos sistemas transitorios que podrían pasar desapercibidos con sistemas más lentos, lo que permite realizar una prueba de rendimiento de la batería más completa.

Resumen: Ventajas y relevancia de la tecnología bidireccional en las pruebas de baterías

El uso de fuentes de alimentación de simulación bidireccionales de la red como componente de los sistemas de ensayo del rendimiento de baterías ofrece una reducción significativa de los costes energéticos asociados a las operaciones de ensayo de baterías.

Los primeros adoptantes de sistemas regenerativos obtendrán una ventaja competitiva a medida que aumenten los requisitos de ensayo y suban los costes energéticos de las baterías. Las instalaciones con equipos obsoletos se enfrentan a una rentabilidad decreciente, ya que la necesidad de realizar ensayos de forma sofisticada, eficaz y sostenible se ha convertido en el estándar industrial.

Se observa claramente que la tecnología bidireccional no solo minimiza las pérdidas de energía, sino que también establece un importante referente para la realización de ensayos sostenibles y económicamente viables del rendimiento de las baterías.