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Soluzione Cubic per sensori aerosol per il controllo del surriscaldamento nei veicoli

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Rilevamento tempestivo del runaway termico grazie a un sistema di allerta precoce basato sugli aerosol nell’industria automobilistica indiana

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1. Rafforzamento degli standard di sicurezza dei veicoli elettrici in India

Con la rapida espansione del mercato indiano dei veicoli elettrici (EV), la sicurezza delle batterie è diventata un tema centrale sia per i quadri normativi che per lo sviluppo del settore. Nell’ambito di iniziative quali il programma FAME II e le successive politiche sulla mobilità elettrica, il governo indiano continua a inasprire i requisiti di sicurezza per i veicoli elettrici, in particolare per quanto riguarda la gestione termica e la prevenzione del surriscaldamento nei sistemi a batterie agli ioni di litio.

A partire dal dicembre 2022, le norme relative alle batterie, AIS-038 Rev.2 e AIS-156, sono diventate obbligatorie e costituiscono il fondamento imprescindibile del quadro normativo indiano in materia di sicurezza dei veicoli elettrici. La norma AIS-038 Rev. 2 si applica ai sistemi di batterie di trazione nei veicoli delle categorie M e N, mentre la norma AIS-156 riguarda i veicoli della categoria L, inclusi i veicoli a due ruote, a tre ruote e i quadricicli. Entrambe le norme richiedono prove di propagazione del surriscaldamento e un sistema di gestione della batteria (BMS) controllato da microprocessore con funzioni complete di protezione a livello di cella.

Come indicato nella norma AIS 308, «Il sistema REESS o il sistema del veicolo deve fornire un segnale per attivare l’indicazione di preallarme almeno 5 minuti prima che si verifichi una situazione di pericolo causata dalla propagazione termica nel sistema REESS», sottolineando l’importanza di adottare strategie efficaci di gestione del runaway termico.

Nel contempo, nelle condizioni operative reali, l’India presenta sfide uniche, tra cui elevate temperature ambientali, variazioni di umidità e frequenti congestioni del traffico. Questi fattori accelerano l’invecchiamento delle batterie e aumentano l’accumulo di stress termico, aumentando così il rischio di eventi di fuga termica. Di conseguenza, vi è una crescente domanda di tecnologie di monitoraggio della sicurezza delle batterie più tempestive, più precise e più affidabili.

2. Meccanismo di fuga termica e indicatori precoci

La fuga termica nelle batterie agli ioni di litio è un processo a più fasi. Nella fase iniziale, all’interno delle celle della batteria iniziano a verificarsi reazioni collaterali interne, che portano al graduale rilascio di gas in tracce e particolato fine, fenomeno che in genere si verifica quando la temperatura aumenta in modo significativo. Man mano che la reazione progredisce, la pressione interna e la temperatura aumentano rapidamente, portando infine alla propagazione termica e potenzialmente a un incendio o a un’esplosione.

I sistemi convenzionali di gestione delle batterie (BMS) si basano principalmente su segnali di tensione, corrente e temperatura. Tuttavia, questi parametri macroscopici spesso non riescono a rilevare la decomposizione chimica a livello micro nelle fasi iniziali, con conseguente ritardo dei segnali di allarme e tempi di risposta limitati.

3. Allerta precoce del runaway termico tramite il rilevamento di aerosol

Per ovviare a questa limitazione, il monitoraggio delle variazioni di concentrazione del particolato all’interno del pacco batterie, mediante l’adozione di tecnologie di rilevamento basate sugli aerosol, diventa un metodo efficace per rilevare indirettamente le reazioni chimiche anomale nelle fasi iniziali.

Rispetto al monitoraggio tradizionale dei parametri elettrici, il rilevamento degli aerosol offre diversi vantaggi chiave, tra cui la capacità di cogliere il comportamento di decomposizione nelle fasi iniziali, una maggiore sensibilità ai cambiamenti a livello micro che consente il rilevamento anche dopo l’innalzamento della temperatura, e il suo ruolo come fonte di dati complementare che rafforza la fusione multiparametrica all’interno della logica di sicurezza del BMS. Nel loro insieme, questi vantaggi rendono il rilevamento tramite aerosol un approccio promettente per migliorare la capacità diagnostica nelle fasi iniziali e la sicurezza complessiva delle batterie agli ioni di litio.

4. Soluzione Cubic per il rilevamento di aerosol per la sicurezza delle batterie - ATRS-1031

In qualità di fornitore Tier 1 del settore automobilistico con certificazione IATF 16949, Cubic, produttore leader di sensori e analizzatori di gas, ha sfruttato la propria consolidata tecnologia di diffusione della luce per sviluppare il sensore di sicurezza per batterie al litio ATRS-1031, un sensore di particelle a diffusione di luce infrarossa (LED) di grado automobilistico progettato specificamente per l’allerta precoce di eventi di fuga termica.

Il Cubic ATRS-1031 è basato su una consolidata piattaforma di sviluppo di livello automobilistico, ottimizzata per garantire affidabilità a lungo termine, resistenza agli agenti ambientali e flessibilità di integrazione nei sistemi. Utilizza la tecnologia di diffusione della luce a LED a infrarossi per rilevare in tempo reale la concentrazione di particolato, monitorare continuamente le variazioni della concentrazione di aerosol all’interno dei pacchi batteria e rilevare le emissioni di particolato nelle fasi iniziali, strettamente associate all’insorgere di eventi di fuga termica. Rispetto agli approcci tradizionali, questo metodo di rilevamento consente di individuare con maggiore anticipo un’attività chimica anomala all’interno del sistema della batteria.

Il sensore è impostato su una soglia critica di concentrazione di aerosol pari a 5000 µg/m³, che funge da punto di attivazione dell’allarme precoce. Una volta superata la soglia, il sensore invia immediatamente un segnale al sistema di gestione della batteria (BMS), consentendo l’attivazione tempestiva di strategie di intervento di sicurezza nelle fasi iniziali. Questo meccanismo consente al sistema del veicolo di reagire prima che l’escalation termica raggiunga un livello pericoloso.

Per una migliore integrazione nei sistemi automobilistici, il Cubic ATRS-1031 supporta la comunicazione tramite bus CAN, consentendo la trasmissione in tempo reale dei dati misurati al BMS del veicolo e garantendo così un’integrazione senza soluzione di continuità nelle architetture elettroniche automobilistiche esistenti. Inoltre, il sensore è dotato di funzioni di uscita di riattivazione e di ingresso di richiesta, che migliorano l’affidabilità dell’interazione tra i sottosistemi e garantiscono un funzionamento stabile in ambienti critici per la sicurezza in cui è richiesta una risposta rapida e deterministica.

Il sensore incorpora inoltre un design dell’interfaccia ad alta affidabilità, in cui le funzioni di uscita di riattivazione e di ingresso di richiesta supportano un coordinamento stabile del sistema e un funzionamento a prova di guasto all’interno dei sistemi di controllo del veicolo. Per garantire l’efficienza energetica, supporta una modalità a basso consumo energetico, riducendo il consumo complessivo di energia durante il normale funzionamento pur mantenendo la capacità di monitoraggio continuo.

Inoltre, l’ATRS-1031 è progettato secondo gli standard dei circuiti di grado automobilistico, garantendo un’elevata resistenza alle vibrazioni, alle interferenze elettromagnetiche e ad altre condizioni operative estreme comunemente riscontrate negli ambienti dei veicoli. I componenti chiave sono sviluppati e prodotti internamente in modo indipendente, garantendo un controllo di qualità costante, una durata prolungata e prestazioni stabili per tutto il ciclo di vita del prodotto. Il sensore è ulteriormente ottimizzato per adattarsi ad ambienti difficili, rendendolo adatto a condizioni di alta temperatura, elevata presenza di polvere e forti vibrazioni tipiche del mercato indiano.

Con la continua espansione del mercato indiano dei veicoli elettrici, la sicurezza delle batterie rimane una priorità fondamentale. Il rilevamento precoce del surriscaldamento incontrollato non solo è richiesto dalle normative, ma è anche essenziale per salvaguardare vite umane e beni. In qualità di fornitore automobilistico di primo livello certificato IATF 16949, Cubic opera secondo un solido sistema di gestione della qualità di livello automobilistico e vanta una vasta esperienza nella produzione di massa automatizzata, che garantisce elevata affidabilità e scalabilità dei propri sensori di gas per il settore automobilistico, fornendo agli OEM una soluzione di rilevamento affidabile e adattabile per il rilevamento del surriscaldamento, a sostegno di una maggiore sicurezza delle batterie e dello sviluppo sostenibile della mobilità elettrica.

Per ulteriori informazioni sui prodotti, visitare il sito https://en.gassensor.com.cn/LibatteryThermalRunawaySensor/info_itemid_2280.html o contattare: [email protected].