Pruebas de durabilidad de batería del auto eléctrico Chevy volt

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Pruebas de durabilidad de batería del auto eléctrico Chevy volt
El desarrollo de la energía hibrida hoy en día está
aumentando a nivel mundial en la industria automotriz, estas
tecnologías demandan soluciones de pruebas de vibraciones
para realizar pruebas de tiempo de vida aceleradas incluso en
ensambles grandes y completamente funcionales.
El laboratorio de pruebas de baterías de 3000 m2 de General
Motors en el Centro de Energía Alternativa, Centro Técnico
Warren en Michigan, Estados Unidos, prueba las celdas de la
batería y los paquetes para el vehículo eléctrico de Chevrolet
Volt. Se utiliza un sistema de análisis de vibraciones LDS para
la calificación de la pre-producción y prueba funcional de una
batería completa en forma de T, la cual está diseñada
montarse debajo del automóvil. El peso de la batería puede
exceder los 190 kg.
General Motors
GM uno de los mayores fabricantes del mundo cuyos inicios se remontan al año de 1908. Con su
matriz en Detroit, GM emplea a 204,000 personas en las principales regiones del mundo y opera en
104 países. GM y sus socios estratégicos producen autos y camionetas en 34 países, venden y dan
servicios a través de las siguientes marcas:
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Buick
Cadillac
Chevrolet
GMC
GM Daewoo
Holden
Opel
Vauxhall
Wuling.
El mercado más grande para GM es Estados Unidos seguido por China, Brasil, Alemania, el Reino
Unido, Canadá e Italia. GM tiene una gran experiencia en autos eléctricos iniciando con el auto eléctrico
concepto Impact que se introdujo en 1990 en el “Salón del automóvil” de los Ángeles. En 1996, el diseño
evolucionó al EV1 de GM. El EV1 se produjo y arrendó por GM desde 1996 a 1999. Fue el primer vehículo
eléctrico producido en masa de la era moderna por el mayor fabricante de automóviles y el primero diseñado
para ser un vehículo eléctrico desde el principio
Chevrolet Volt- Rendimiento impresionante
El Chevrolet Volt es un auto eléctrico. Llamado a ser el sucesor espiritual y tecnológico del EV1, fue lanzado
en noviembre del 2010 como modelo 2011 y cuenta con un sistema de propulsión de rango extendido
“Voltec”.
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Anthony (Tony) Cullen ha trabajado para GM durante 20 años
principalmente para el grupo de pruebas en terreno de Milford.
Ha estado involucrado con el laboratorio de pruebas de
vibraciones del GM-Volt desde que entró en línea en el
segundo trimestre del año pasado. Hoy en día es el Ingeniero
en jefe de pruebas del laboratorio de vibraciones. El laboratorio
de pruebas de batería cuenta con 7 ingenieros en jefe, de los
cuales 4 se dedican a las pruebas de batería, uno para la
celda, otro para vibraciones y el otro para pruebas de abuso.
GM anunció que expanderá su laboratorio de pruebas de
baterías en Warren a casi el doble de su tamaño y aumentará
su capacidad en los meses siguientes.
El actual laboratorio “estado del arte” comenzó sus operaciones en enero del 2009 y es usado por más de
1000 ingenieros para probar celdas, módulos y paquetes enteros. Tony dice: "El desarrollo del Volt es único
con su generador a bordo. Utiliza la energía cinética para cargar las baterías de iones de litio y un Volt en
condiciones normales de conducción urbana puede recorrer 40 millas [64 km] con un carga completa de la
batería". Y continúa: "Una vez que la energía de la batería alcanza un nivel específico, el motor de gasolina a
bordo de 1.4 litros toma el control y alimenta un generador como complemento a la batería. El motor y el
generador ahora suministran energía para el vehículo y todo se controla automáticamente por un sistema
sofisticado de computadoras".
La batería
A medida que la electrificación de los automóviles continúa ganando impulso,
GM refuerza su reconocimiento de la importancia del componente más
caro en cualquier vehículo eléctrico “La batería” por eso sus planes para la
instalación de la fábrica en Brownstown Twonship, Michigan. Mientras tanto las
baterías del Volt con celdas de iones de litio son suministrados por LG Chem.
Los paquetes de batería en forma de T pesan más de 400 libras, son enfriadas
por agua y tienen una capacidad de cerca de 400 Amperes a 400 Volts. En los
laboratorios son probados bajo condiciones extremas, altas y bajas temperaturas,
extremas en humedad y diferentes tipos de carreteras para determinar si durarán
durante la vida del auto.
Sistema LDS para pruebas de vibración
Tony explica tareas de su equipo: “El propósito primordial del laboratorio de vibración es probar la duración
de la batería simulando su ciclo de vida. El objetivo del tiempo de uso de la batería son 10 años. Además de
la vibración se hacen otras pruebas como fatigas térmicas y mecánicas. Las pruebas de vibración aleatorias
duran 48 horas, es decir, 48 horas de vibraciones aleatorias e impulsos de choque. Los datos para excitar al
“shaker” (excitador) son tomados del Volt en las pistas de GM. Las pruebas de la batería en el eje x, y, z son
una a la vez y cada prueba por eje dura 16 horas”.
Las pruebas de vibración también se realizan en cámaras climáticas donde la temperatura y la humedad
estrictamente controlados. El ambiente en la cámara climática puede variar en un rango de -30°C a 78°C y
cada 16 horas la prueba se lleva a cabo bajo condiciones controladas de temperatura y humedad.
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Para satisfacer las necesidades de pruebas de GM, el sistema utilizado tuvo que ser de alto rendimiento,
versátil y fácilmente adaptable a varios tipos de prueba, incluyendo cargas pesadas y múltiples ejes.
El sistema de análisis de vibraciones LDS entregado cumple a la perfección con los requisitos de GM para un
sistema de alta resistencia, es capaz de llevar a cabo pruebas de durabilidad acelerada simulando la vida útil
del auto. Esto incluye varios días de prueba continua a muy altos niveles de vibración y temperaturas
extremas.
Batería de pre-producción de Calificación y prueba de funcionamiento
El sistema se utiliza para pruebas y calificación de los vehículos
eléctricos de pre-producción para el ensamble de la batería en
forma de “T” montada debajo del automóvil. La prueba se
realiza de forma continua durante varios días en una cámara
climática a una amplia gama de temperaturas. Un requisito
para el sistema es que tenia ser capaz de entregar un nivel de
vibración continúa de varios Gs con un nivel de curtosis de
hasta 7.
Durante la prueba de la batería es constantemente cargada y
descargada para simular las condiciones de manejo normal.
Todos los datos son analizados por ingenieros de prueba de
GM.
La solución
 Un sistema LDS V8-640 con un amplificador SPA-56k
con capacidad de 55.6 KN aleatorio y sinusoidal.
 Dos diferentes tamaños de cabeza expansoras que
puede manejar hasta 1,8  1,8 m.
 Dos
mesas
de diferentes tamaños de
deslizamiento también capaces de manejar hasta 1,8  2,4 m
 Dos acelerómetros tipo DeltaTron ® 4513 utilizados
para retroalimentar el sistema de control.
 Cinco
acelerómetros triaxiales miniatura DeltaTron ® tipo 4524,
que se montan en la batería para monitoreo en tiempo real y
análisis de post-procesamiento
Tony comenta del sistema que: “Una de las ventajas principales del sistema de vibración es que toma menos
de dos horas cambiar la tabla de deslizamiento de posición horizontal a vertical. La alineación es crítica. La
prueba de perfiles en los ejes horizontal y vertical son ligeramente diferentes”. La cabeza expansora y
el montaje se separan seis pulgadas de distancia de la armadura a través de bolsas de aire entre el marco de
la cabeza expansora y la base del excitador. Es entonces cuestión de mover la muestra bajo prueba, girar
el excitador y fijarlo a la mesa deslizable. El procedimiento normal sería quitar todos los pernos de la
cabeza expansora y los pernos del marco - quitar por completo la cabeza expansora y el montaje guía para
finalmente rehacer la nueva configuración. Otros criterios de compra fueron:
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•El gran tamaño de la cabeza expansora y la mesa de deslizamiento que se adaptan fácilmente a la
unidad de batería de gran tamaño
• Versatilidad. El sistema se puede convertir rápidamente para probar componentes más
pequeños utilizando la cabeza expansora y la mesa deslizable más pequeños.
• Capacidad para reducir el tiempo de prueba lo suficiente debido a la capacidad de curtosis del
controlador
• Capacidad para funcionar a temperaturas extremas de - 40 a +140 ° C. Una barrera
térmica especial se encarga de estas temperaturas.
• Capacidad para gestionar grandes cargas excéntricas
• Servicio y soporte local. La asistencia y soporte para el mantenimiento del excitador garantizan el
máximo tiempo de operación
El laboratorio de ensayo de Warren funciona las 24 horas del día y tiene una función de apagado automático
si algo sale mal. "La sala de ensayo de vibración", dice Tony, "se usa todos los días incluyendo fines de
semana.
Por lo general se configura el equipo durante el día y se ejecutan las pruebas por la noche".
El Futuro
El compromiso de GM con la tecnología híbrida es de gran alcance y se ha extendido a su subsidiaria OPEL
quien fabrica el automóvil eléctrico Ampera en Europa. El prototipo del Ampera fue construido en Michigan
y su batería probada en Warren, se espera que el Ampera llegue a los mercados de Europa en el 2011.
El interior de un Opel Ampera
El compromiso de GM es además, ser el mayor fabricante de EE.UU. para el diseño y fabricación de motores
eléctricos, una tecnología fundamental para los vehículos híbridos y eléctricos y que hará debutar vehículos
híbridos de 2 modos (funcionan con la potencia del motor, con la energía eléctrica o una combinación
de ambos) en 2013.
En un comunicado de prensa en 2010, GM estableció que
el paso a los autos híbridos de 2 modos provocaría "bajar
los costos y mejorar el rendimiento, calidad, fiabilidad y
capacidad de fabricación de los motores eléctricos". Tom
Stevens, vicepresidente de GM de operaciones de
productos globales añadió: "En el futuro, los motores
eléctricos podrían llegar a ser tan importantes para GM
como los motores de combustión interna lo son ahora.
Mediante el diseño y fabricación motores eléctricos en
nuestra planta, se puede utilizar más eficientemente la
energía de las baterías a medida que evolucionan,
reduciendo potencialmente el costo y el peso dos importantes desafíos que enfrentan hoy en día las
baterías."
Traducción y adaptación del documento original
Chevy Volt Tests LDS (www.bksv.com)
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