Seguridad de la Batería y Tipos de Abuso de la Batería

Asegurarse de que las baterías sean seguras y funcionen realmente bien es muy importante para los autobuses eléctricos. Los autobuses eléctricos dependen en gran medida de sistemas de baterías eficientes y seguros, por lo que es crucial comprender los posibles escenarios de abuso y las estrictas medidas de seguridad implementadas para mitigar los riesgos.

Este artículo se centrará en los siguientes temas:

• La importancia de una formación adecuada en el manejo de las baterías.
• Tipos de abuso de batería que pueden provocar problemas de seguridad.
• Causas de falla de la batería.
• Estrategias para minimizar el abuso de la batería.
• La importancia de un sistema de gestión de baterías (BMS).

Seguridad de la batería y tipos de abuso de la batería

Los problemas de seguridad de las baterías surgen cuando éstas se manipulan incorrectamente. Estos problemas se producen cuando las baterías se utilizan fuera de su espacio de funcionamiento según lo previsto, debido a un diseño deficiente o porque se ha superado su vida útil.

La generación de calor y gas son las respuestas más comunes de las baterías a las condiciones de abuso. Las consecuencias más graves se producen cuando la energía almacenada se libera de forma rápida e involuntaria, es por ello que a la hora de manipular baterías, o al realizar cualquier tipo de pruebas, es necesario contar con una formación adecuada.

Batería después de pasar por una fuga térmica. Royal Society of Chemistry (2018)

Tipos de abuso de batería que pueden provocar problemas de seguridad

La falla de la batería puede ser causada por:

Click para expandir. Causas del abuso de la batería. PEM Motion (2023)

El abuso electroquímico es un tipo de mal uso de la batería que puede causar problemas graves. Cuando el material electroquímico dentro de una batería se empuja más allá de su límite previsto durante el uso, conduce a la falla de la batería. Este uso excesivo o la superación de los límites de funcionamiento seguro pueden dañar la batería y afectar a su rendimiento. Comprender y prevenir el abuso electroquímico es crucial para garantizar la longevidad y la eficiencia de las baterías, especialmente en el contexto de los autobuses eléctricos.

Si desea obtener más información sobre el abuso de la batería, haga clic en el siguiente enlace.

Falla de la batería – Abuso mecánico

El abuso mecánico ocurre comúnmente cuando una fuerza aplicada externamente deforma la batería, y esto puede ser causado por colisiones de automóviles. Las colisiones automovilísticas son una de las causas de maltrato mecánico, y los pinchazos en la parte inferior del chasis por cuerpos extraños que también causan deformación.

Conducir sobre una superficie irregular tiene un alto potencial de causar intrusiones en la parte inferior de la batería desde la parte inferior del chasis. El abuso mecánico puede causar un cortocircuito interno porque el abuso mecánico generalmente rompe el separador de la batería.

Click para expandir. Ejemplo de abuso mecánico en una batería. PEM Motion (2023)

Falla de la batería – Abuso eléctrico

El abuso eléctrico se refiere al funcionamiento anormal de los componentes eléctricos, como cortocircuitos, sobrecargas y sobredescargas. Por lo general, está relacionado con fallas en el sistema de gestión de la batería.

Por ejemplo, algunos accidentes pueden deberse a la carga rápida. Un proceso de carga rápida inadecuado puede causar la deposición de litio en el ánodo de carbono porque la tasa de intercalación de los átomos de litio es más lenta que la tasa de migración. Se recomienda reducir la tasa de corriente durante la carga si aún está determinando si un vehículo corre el riesgo de peligro causado por la carga rápida.

Click para expandir. Ejemplo de abuso eléctrico en una batería. PEM Motion (2023)

Falla de la batería – Abuso térmico

El abuso térmico puede deberse a fuentes de calor internas o externas, que conducen a los componentes de la pila al desbordamiento térmico, y el calor puede desencadenar una reacción en cadena autorreforzante en la pila, aumentando su temperatura.

En casos extremos, la fuga térmica puede hacer que las baterías se incendien o exploten, y en problemas menores, la batería se derretirá.

La fuga térmica puede ser causada por:

• Cortocircuito interno
• Sobrecarga de una batería más allá de su voltaje máximo seguro
• Las temperaturas externas, tanto altas como bajas, pueden afectar el rendimiento de la batería y posiblemente desencadenar la reacción en cadena que conduce a la fuga térmica.

En resumen, la fuga térmica se produce cuando el calor dentro de la batería excede la cantidad de calor que puede liberar.

Click para expandir. Ejemplo de abuso térmico en una batería. PEM Motion (2023)

Descubrir las causas raíz de estos fallos de la batería a menudo nos lleva a un denominador común: las condiciones de abuso. El abuso mecánico, eléctrico, térmico y electroquímico se encuentran entre las condiciones que pueden soportar las baterías, desencadenando y causando los diferentes tipos de fallas de las baterías, como se muestra en el siguiente diagrama.

Click para expandir. Condiciones de abuso que conducen al fracaso de la batería. PEM Motion (2023)

Mascota del Curso. PEM Motion (2023)

Importancia de un sistema de gestión de baterías (BMS)

Un sistema de gestión de baterías (BMS) es una parte esencial de las baterías de los autobuses eléctricos y otros EVs, ya que ayuda a preservar las baterías y está ahí para proteger las celdas de litio de temperaturas excesivas.

El sistema ayuda a controlar la temperatura de la batería abriendo y cerrando válvulas para garantizar que la temperatura sea la adecuada y, en el peor de los casos, apagará la batería para evitar que se dañe. Todas las baterías deben tener un BMS, ya que es un estándar de seguridad crucial y ayuda a proteger la longevidad de la batería.

Características generales de un BMS:

• Gestiona el equilibrio de carga de la celda
• Gestiona el voltaje de la celda
• Gestiona el control de carga
• Detector de corto circuito interno
• Gestionar la temperatura de la celda
• Gestiona la corriente de la celda.

Vista general de un sistema de gestión de baterías (BMS). Balasingam et al. (2020)

Conclusión:

Es fundamental conocer los beneficios del uso de baterías o sistemas de almacenamiento de energía, pero también es crucial conocer los accidentes causados por fallos de las baterías. En este módulo, aprendimos sobre los diferentes tipos de fallas y cómo pueden ocurrir.

Es por ello que es necesario contar con una formación adecuada y con la información suficiente para saber cómo trabajar con estos sistemas eléctricos de forma segura y poder manejarlos adecuadamente, y por último también aprendimos formas de minimizar el abuso de las baterías y cómo el BMS ayuda a proteger las baterías.