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martes, 5 de noviembre de 2024

Estándares de movilidad eléctrica en China

 

Estándares de movilidad eléctrica en China

A que se llama estándares o normas:

En  la tecnología, una norma o estándar es una especificación que reglamenta procesos y productos para garantizar la interoperabilidad.

 Norma:

Una norma de calidad es una regla o directriz para las actividades, diseñada con el fin de conseguir un grado óptimo de orden en el contexto de la calidad.Las normas son documentos técnicos con las siguientes características:

Contienen especificaciones técnicas de aplicación voluntaria, son elaborados por consenso de las partes interesadas: Fabricantes Administraciones Usuarios y consumidores Centros de investigación y laboratorios Asociaciones y Colegios Profesionales Agentes Sociales, etc. Están basados en los resultados de la experiencia y el desarrollo tecnológico. Son aprobados por un organismo nacional, regional o internacional de normalización reconocido

 Estándar:

La normalización o estandarización es la redacción y aprobación de normas que se establecen para garantizar el acoplamiento de elementos construidos independientemente, así como garantizar el repuesto en caso de ser necesario, garantizar la calidad de los elementos fabricados y la seguridad de funcionamiento.

La normalización es el proceso de elaboración, aplicación y mejora de las normas que se aplican a distintas actividades científicas, industriales o económicas con el fin de ordenarlas y mejorarlas. La asociación estadounidense para pruebas de materiales (ASTM), define la normalización como el proceso de formular y aplicar reglas para una aproximación ordenada a una actividad específica para el beneficio y con la cooperación de todos los involucrados.

Según la ISO (International Organization for Standarization) la Normalización es la actividad que tiene por objeto establecer, ante problemas reales o potenciales, disposiciones destinadas a usos comunes y repetidos, con el fin de obtener un nivel de ordenamiento óptimo en un contexto dado, que puede ser tecnológico, político o económico.

 


La normalización persigue fundamentalmente tres objetivos:

Simplificación: Se trata de reducir los modelos quedándose únicamente con los más necesarios.

Unificación: Para permitir la intercambiabilidad a nivel internacional.

Especificación: Se persigue evitar errores de identificación creando un lenguaje claro y preciso.

Las normas o estándares internacionales son el producto de diferentes organizaciones. Algunas están pensadas únicamente para un uso interno y, otras, para grupos de gente, para grupos de empresas o para algún subsector industrial. El problema surge cuando diferentes grupos se reúnen, cada uno con una amplia base de usuarios que hacen alguna cosa bien establecida que entre ellos es mutuamente incompatible. Crear normas internacionales es una manera de evitar  este problema.

 

Organizaciones

Hay muchas organizaciones de normalización nacional y regional, pero las tres organizaciones internacionales que tienen el mayor reconocimiento internacional son la Organización Internacional de Normalización (ISO), la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) y la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU).  Las tres tienen más de 50 años de existencia y tienen todas su sede en Ginebra, Suiza. Han establecido decenas de miles de normas que cubren casi cualquier tema concebible. Muchas de estas han sido adoptadas mundialmente.

 

Argentina:

El Instituto Argentino de Normalización y Certificación (originalmente Instituto de Racionalización Argentino de Materiales: IRAM) es el instituto encargado de la normalización y certificación. Se trata de un organismo público cuyos orígenes se remontan al 2 de mayo de 1935. Fue el primer organismo de normalización en América Latina.

Es miembro representante de la Organización Internacional para la Estandarización (International Organization for Standardization, ISO) en Argentina.

Las actividades del IRAM podrían englobarse dentro de cuatro apartados básicos: Normalización, Certificación, Capacitación y  Documentación.

 Algunos ejemplos de otros países:

Alemania                    DKE               Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik in DIN und VDE          

Brasil                          ABNT            Associação Brasileira de Normas Técnicas   

China                          SAC                Standardization Administration of China    

Corea, República de   KATS             Korean Agency for Technology and Standards

Dinamarca                  DS                  Dansk Standard (Danish Standards Foundation)

España                        UNE               Asociación Española de Normalización

Finlandia                     SFS                 Finnish Standards Association         

Francia                        AFNOR          Association française de normalisation

Italia                           CEI                 Comitato Elettrotecnico Italiano

 

La República Popular China es, en la actualidad, el mayor productor de vehículos eléctricos del mundo. Como tal, recibe compañías automotrices de occidente que se asocian con las locales para la fabricación de los mismos y, por supuesto, están las empresas locales (privadas y estatales) que fabrican para el mercado chino y mundial.

La industria automotriz eléctrica mundial, en cualquiera de sus formas, es una industria nueva que va creciendo en paralelo con la normativa que debe regir tal actividad.

En un mundo globalizado, también se globalizan los estándares de fabricación, puntos de carga eléctrica, etc. Es decir, que hay una interrelación entre la normativa occidental (USA - Europa) y oriente (China-Corea-Japón) y necesariamente debe ser así no solo para el mercado interno de cada país como para la venta hacia/o importación por parte de  otros países.

        

Implementación de la movilidad eléctrica en China.

 ¿Qué son los estándares GB?
Las normas GB son los estándares nacionales se clasifican en dos:   Obligatorio   o   Recomendado

Las normas obligatorias tienen fuerza de ley al igual que otras regulaciones técnicas en China. Son aplicadas por las leyes y reglamentos administrativos y se refieren a la protección de la salud humana, la propiedad personal y la seguridad. Todos los estándares que caen fuera de estas características se consideran estándares recomendados.
Las normas  GB pueden ser identificadas como Obligatorias o Recomendadas por su código prefijo, el código prefijo GB son normas obligatorias, GB / T son normas recomendadas (normas cuasi-obligatorias).

 


¿Por qué necesito cumplir con los estándares GB?
En China, todos los productos o servicios deben cumplir con las normas, no importa que sean nacionales o importados, todos los productos que se venden requieren para ser aprobados, con el fin de garantizar su cumplimiento, las normas GB.
Si desea exportar productos o servicios al enorme mercado chino, es necesario comprender y ser conscientes de las complejidades y los requisitos solicitados en la amplia gama de normas GB. El resultado de no cumplir con las normas puede incluir el rechazo de los productos durante la importación, así como los productos que son incautados de las tiendas, lo que resulta en un impacto significativo en los minoristas y los fabricantes en términos de reputación y costo.

GB Standards System / Principales organizaciones
El sistema de normas GB en China es supervisado por la Administración General de Calidad, Inspección y Cuarentena (AQSIQ) y dirigido principalmente por la Administración de Normalización de la República Popular China (SAC).
Otras organizaciones gubernamentales y del sector privado aportan una cantidad significativa de datos adicionales y participan en el proceso de normalización. Las principales organizaciones incluyen: Asociación China de Normalización (CAS), Instituto Nacional de Normalización de China (CNIS), Normas de Prensa de China (SPC)

 Fundamentalmente las normas y estándares deben ser compatibles en lo referido  al vehículo eléctrico y su relación con el entorno, principalmente la recarga. Cuando se carga un vehículo eléctrico  no solamente se transfiere energía desde el punto de carga al vehículo sino también hay una comunicación bidireccional entre ambos. Es por ello que para que esto se cumpla en todas partes del mundo es menester una estandarización (cosa que no siempre se cumple). En la siguiente gráfica vemos una comparación entre puntos de  las estructuras de  los estándares ISO/IEC  y  China.

 


 

En la siguiente encontramos las equivalencias de estándares referido a sistemas, interface, comunicación y  reemplazo de baterías.

 Donde los estándares están referidas a:

IEC 61851: es un estándar internacional para sistemas conductivos del vehículo eléctrico

IEC 62196: también conocido como CCS o Combo, es un estándar internacional para el conjunto de conectores eléctricos y los modos de recarga

ISO 15118: especifica la comunicación entre los vehículos eléctricos, incluidos los vehículos eléctricos de batería y los vehículos eléctricos híbridos enchufables, y los equipos de suministro de vehículos eléctricos (EVSE) .

IEC 62840: Sistema de intercambio de baterías para vehículos eléctricos.

  Resumen

La proliferación de vehículos eléctricos se generalizará a medida que el mundo se enfrente al cambio climático y la sostenibilidad medioambiental. La reducción de costos, los avances tecnológicos y los múltiples proveedores están impulsando innovaciones radicales en la tecnología de los vehículos eléctricos. La normalización global puede acelerar aún más la adopción de la tecnología de los vehículos eléctricos y aumentar el cumplimiento de la seguridad de los mismos. Al igual que en el caso de los vehículos de combustión, la seguridad y la confiabilidad son los puntos clave de las diversas normas que se utilizan en todo el mundo.

 

Ricardo Berizzo

Ingeniero Electricista                                                                        2024.-

 

lunes, 4 de noviembre de 2024

Qué es el “Ciclo de Carga” de la batería de litio?

 

Qué es el “Ciclo de Carga” de  la batería de litio?

 

Las baterías son sistemas electroquímicos complejos y hay varios factores que afectan los ciclos de la batería, incluida la química, cómo se usa la misma y una amplia gama de factores ambientales. Estas preguntas frecuentes presentan algunas de las complejidades y sutilezas relacionadas con la cuantificación de los ciclos de la batería.

 


 El concepto de ciclos de batería recargable comienza con el ciclo de descarga que se define como el proceso de vaciar una batería completamente cargada hasta un estado de descarga total. Esa definición no es útil en aplicaciones prácticas, ya que casi nunca es una buena idea descargar completamente una batería. Y no considera varios factores importantes como la rapidez con la que se agota la batería. Tratar una batería "con cuidado" y descargarla a un ritmo menor casi siempre aumenta la vida útil de la batería.

 La definición de ciclo de vida mide cuántas cargas y descargas completas puede experimentar una batería recargable antes de que ya no mantenga la carga. Un problema con esa definición es el término "mantener la carga". ¿Eso significa que una batería al final de su ciclo de vida será capaz de mantener una carga cero? No. En aplicaciones prácticas, una batería ya no se considera utilizable cuando su carga máxima se reduce a una fracción de su capacidad inicial, como el 80 % o el 50 %.

 Además, en aplicaciones del mundo real, existe el problema de que las baterías rara vez se descargan por completo, o incluso se descargan al mismo porcentaje de su capacidad total durante usos secuenciales. Por ejemplo, si una batería se descarga al 50 % de su capacidad y luego se recarga por completo, eso se define como la mitad de un ciclo de carga/descarga.

 

Algunos conceptos a tener en cuenta

 Profundidad de descarga

La profundidad de descarga (DoD) es el porcentaje de la capacidad de la batería que se ha descargado. Está relacionada con el estado de carga (SoC), que mide el porcentaje de la capacidad total restante. Una batería con un DoD del 25 % tendría un SoC del 75 %. Cuanto más a menudo se exponga una batería a un DoD alto, también llamado descarga profunda, menor será su ciclo de vida, figura 1.



Química y voltaje

La química de la batería es un factor importante para determinar el ciclo de vida. Las baterías de plomo ácido selladas (SLA) suelen tener una vida útil de 500 ciclos completos de carga/descarga. En el caso de las baterías de iones de litio, la vida útil depende de la química específica que se utilice. Por ejemplo, las baterías de fosfato de hierro y litio (LFP) pueden tener una vida útil de más de 2000 ciclos, mientras que las celdas de óxido de manganeso y litio (LMO) suelen tener una capacidad nominal de 700 ciclos o menos.

 Las condiciones de carga, especialmente el voltaje de carga, también son importantes. Muchas químicas de  litio no pueden funcionar a más de 4,20 V por celda. Los voltajes más altos pueden proporcionar un aumento de capacidad a corto plazo, pero acortan la vida útil y pueden comprometer la seguridad, figura 2. El ciclo de vida de la mayoría de las baterías de iones de litio se especifica con un voltaje de carga nominal de 4,2 V. La tecnología de carga rápida está fuera del alcance de este análisis e implica el uso de voltajes más altos, además de la gestión térmica y del voltaje en tiempo real para evitar daños a la batería.

 


 Importancia del recuento de ciclos

La importancia de los recuentos del ciclo de seguimiento radica en su correlación directa con una longevidad de batería. Cada ciclo de carga contribuye a la degradación gradual de la capacidad de una batería. Por ejemplo, en las baterías de  litio, con cada ciclo completo, hay una disminución marginal en la capacidad global de la batería, lo que conduce a una reducción del tiempo de ejecución y el rendimiento con el tiempo.

 Impacto en el rendimiento de la batería

El ciclo cuenta para ayudar a predecir una vida útil de la batería y evaluar su estado de salud actual. Los fabricantes y usuarios deben estimar cuánta vida útil podría tener una batería antes de necesitar reemplazo o experimentar problemas de rendimiento significativos.

 

Pruebas para estimar el  ciclo de vida

En las pruebas del ciclo de vida de las celdas  de litio, un grupo de celdas de muestra se somete a cientos de ciclos de carga y descarga durante un período prolongado de, por lo general, varios meses o más, para predecir el final de la vida útil del ciclo de carga y descarga de las celdas. Las tasas de carga y descarga pueden variar de 0,5 a varios C (la tasa C es un parámetro que indica la tasa de carga y descarga de una batería). La mayoría de las veces, se utilizan protocolos de carga y descarga normalizados. El ciclo de vida casi siempre se realiza a temperaturas elevadas utilizando una cámara de temperatura, para acelerar aún más el envejecimiento.

 

La pérdida de capacidad a lo largo de la vida útil es la preocupación principal, donde una pérdida de capacidad del 20 % se define como el final de la (primera) vida útil de las celdas. El número de ciclos al final de la vida útil se predice extrapolando la pérdida de capacidad real medida después de ejercitar las celdas durante cientos de ciclos. Esto se ilustra en la figura anterior. El ciclo de vida también puede revelar otras cosas que pueden llevar a un final prematuro de la vida, como la separación de láminas de electrodos, cortocircuitos, etc. Estos suelen revelarse como una caída abrupta de la capacidad, en lugar de una pérdida gradual.

 

Un ciclo de carga de una batería  de litio

En general, es mejor pensar en la vida útil de la batería de litio en relación con la cantidad de veces que se completa el ciclo de carga y no como directamente relacionada con la cantidad de cargas. Como se ejemplifica en el la siguiente figura.

La vida útil de una batería de litio está relacionada con la carga total de la batería y no tiene  que ver con el número de cargas.

 

Conclusión:

"La vida útil del ciclo se refiere a la cantidad de cargas y descargas completas que puede pasar una batería recargable antes de que ya no tenga carga. Un ciclo de carga se completa cuando una batería pasa de estar completamente cargada a estar completamente descargada. Por lo tanto, como ejemplo, descargar una batería al 50 % y luego volver a cargarla al 100 % solo se contabilizaría como la mitad de un solo ciclo de batería". El número de ciclos de una batería es un valor estadístico derivado de ensayos de laboratorio que muestra el valor aproximado probable, no exacto.  

 

Ricardo Berizzo

Ingeniero Electricista                                                                                    2024.-