Soluciones de ZwickRoell para el ensayo de baterías en electromovilidad
Las baterías de ion-litio son el elemento central de los vehículos eléctricos. Su creciente densidad energética y las exigencias de carga rápida hacen necesario comprender con precisión cómo responden los materiales y componentes ante cargas mecánicas, térmicas y eléctricas. Por ello, los fabricantes recurren cada vez más a tecnologías de ensayo capaces de reproducir condiciones reales de funcionamiento.
ZwickRoell desarrolla soluciones de ensayo para caracterizar baterías desde el nivel de material hasta el sistema completo, abarcando componentes de celda, celdas individuales, módulos y battery packs de alto voltaje.
Caracterización de materiales y componentes de celda
El comportamiento global de una batería comienza en sus materiales: láminas colectoras, electrodos recubiertos, separadores y carcasas.
ZwickRoell ofrece soluciones específicas para:
- Ensayos de tracción en láminas metálicas finas
- Ensayos de compresión en procesos de calenderizado para optimizar la densidad energética
- Ensayos de adhesión en dirección Z para evaluar la unión entre capas funcionales.
Estos ensayos permiten analizar propiedades como resistencia mecánica, comportamiento de adhesión o deformación bajo carga. Habitualmente se realizan en máquinas universales de ensayo como AllroundLine o zwickiLine, combinadas con sistemas de medición de alta resolución.
Para registrar deformaciones con gran precisión se emplean extensómetros ópticos sin contacto como videoXtens, capaces de medir la deformación y el comportamiento de grietas sin influir en el comportamiento de la probeta.
Ensayos en celdas, módulos y Battery Packs
A medida que se avanza desde el nivel de material hacia la celda completa y posteriormente hacia módulos y sistemas de almacenamiento de alto voltaje, los requisitos de ensayo aumentan considerablemente.
Las soluciones de ZwickRoell permiten analizar aspectos clave como:
- Hinchamiento de celdas (battery swelling)
- Fatiga mecánica bajo ciclos repetitivos de carga y descarga
- Resistencia estructural frente a impactos o deformaciones
- Integridad del sistema bajo cargas combinadas mecánicas y térmicas
La integración de ensayos permite comprender mejor las interacciones entre los distintos fenómenos físicos que afectan al rendimiento de la batería.
Ensayos de abuso: simulación de escenarios críticos
Uno de los principales riesgos asociados a las baterías de ion-litio es el denominado thermal runaway, un proceso de calentamiento incontrolado que puede provocar incendios o fallos catastróficos.
Para comprender el comportamiento de las baterías en condiciones extremas, se realizan los denominados ensayos de abuso, que simulan situaciones críticas como daños mecánicos o errores de operación. Entre los ensayos más habituales se encuentran:
- Penetración con clavo (nail penetration test)
- Ensayos de aplastamiento o crush test
- Sobrecarga eléctrica controlada
- Inducción de cortocircuitos internos
En colaboración con Weiss Technik, ZwickRoell ha desarrollado sistemas de ensayo para eventos extremos que integran la máquina de ensayo con cámaras de seguridad diseñadas para contener reacciones peligrosas. Este tipo de instalaciones permite realizar pruebas en baterías de alta energía bajo condiciones controladas, garantizando al mismo tiempo la seguridad del entorno de ensayo.
Software inteligente y reproducibilidad internacional
En un entorno industrial globalizado, los fabricantes de baterías operan con centros de desarrollo y producción distribuidos en diferentes países. Por ello, la reproducibilidad de los resultados de ensayo se ha convertido en un requisito fundamental.
El ecosistema digital de ZwickRoell permite estandarizar procedimientos bajo normativas internacionales como ISO 12405 e IEC 62660-2, que los resultados obtenidos en distintos laboratorios sean comparables. Mediante plataformas de software de ensayo, como testXpert, es posible registrar automáticamente todos los parámetros del ensayo, documentar resultados y garantizar la trazabilidad completa de los datos.
Conclusión
La electromovilidad exige baterías cada vez más seguras, eficientes y duraderas. Para alcanzar estos objetivos, los métodos de ensayo avanzados se han convertido en una herramienta estratégica en el desarrollo de nuevos sistemas de almacenamiento energético.
Además, la evolución de nuevas químicas de baterías —como las baterías de estado sólido (solid-state) o composiciones con menor contenido de cobalto— introducirá nuevos requisitos de ensayo en los próximos años. La caracterización precisa de materiales y componentes seguirá siendo un factor clave para garantizar la seguridad, la fiabilidad y el rendimiento de los sistemas de almacenamiento energético en la movilidad del futuro.
ZwickRoell en MUBIL Mobility Expo (stand 2-23)
En el stand de ZwickRoell los visitantes podrán:
- conocer soluciones avanzadas de ensayo de materiales aplicadas a movilidad eléctrica y nuevos desarrollos estructurales
- analizar tecnologías de ensayo orientadas a la seguridad y fiabilidad de baterías, componentes, polímeros y materiales ligeros
- intercambiar experiencias técnicas con especialistas del sector
