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Una visión holística de la seguridad eléctrica

La introducción de autobuses eléctricos supone un cambio tecnológico: los autobuses eléctricos y los autobuses convencionales tienen en su mayoría las mismas funciones de seguridad. Pero entre las diferencias más importantes están la línea motriz y el almacenamiento de energía. Este forma parte integral de la arquitectura de seguridad de Volvo, que incluye todos los aspectos de los componentes y sistemas eléctricos del vehículo. 

Funciones de seguridad

Cada celda de batería incluye ya una funcionalidad preventiva, es decir, funciones autónomas que evitan el agravamiento en caso de daño. Y en el propio vehículo, todas las funciones están monitorizadas para que se pueda avisar al conductor y al control del tráfico si se detecta un riesgo. 

Comunicación con el conductor

El sistema de seguridad de un autobús eléctrico Volvo mostrará al instante un aviso o una advertencia al conductor, pero solo cuando se requiera su intervención directa. Al evitar el envío de información redundante, se contribuye a que el conductor mantenga la concentración en su tarea principal, que es llevar a los pasajeros a su destino de manera segura y puntual.

Normas y reglamentos

La seguridad del vehículo está sujeta a una amplia variedad de reglamentos. Para las cadenas cinemáticas eléctricas, la norma R100 es fundamental. Esta norma describe una multitud de parámetros que se deben considerar y probar. Todos los vehículos eléctricos de Volvo Buses cumplen la norma R100. 

Factores de riesgo

No hay nada que indique que los autobuses eléctricos deberían suponer más riesgos que los autobuses convencionales. Pero hay riesgos en todos los vehículos y, en el caso de los vehículos eléctricos, son diferentes de los de los autobuses de gasolina y diésel. Los riesgos se pueden clasificar principalmente en tres categorías: operativos, colisiones e incendios.

Riesgos operativos

Las baterías de ion-litio son sensibles al mal uso operativo, como la sobrecarga y la descarga excesiva. Puede producirse una sobrecarga si se utiliza un equipo de carga defectuoso o inadecuado, si se descuidan los procedimientos de seguridad o si se anulan las funciones de seguridad a bordo.

Colisiones

En caso de colisión, un impacto fuerte podría dañar los cables de alto voltaje y las baterías montadas en el suelo. Si el vehículo vuelca, las baterías montadas en el techo podrían resultar dañadas. Y si este daño es suficientemente grave, podría producirse una fuga y, en el peor de los casos, un incendio provocado por cortocircuitos internos. 

Incendio

No cabe duda de que una batería gravemente dañada supone un riesgo de incendio. Pero los vehículos eléctricos no son más propensos a incendiarse que los vehículos ICE. Los datos compartidos* indican que la frecuencia de incendios en vehículos eléctricos suele ser 8-20 veces inferior a la de los vehículos ICE.

* Informe de RISE: Electric Trucks – Fire Safety Aspects Jonna Hynynen, 26-06-2023.

Proceso de monitorización del sistema de almacenamiento de energía

El estado y el rendimiento de la batería son dos factores cruciales para el funcionamiento seguro de los autobuses eléctricos. El sistema de gestión de baterías regula la corriente de carga y descarga, y controla la refrigeración y la calefacción de las instalaciones de baterías para permitir que estas funcionen en condiciones óptimas.

Una matriz de sensores y un control activo

En un autobús eléctrico Volvo, se monitorizan continuamente todos los parámetros relevantes para garantizar un funcionamiento seguro. Para mantener la celda en condiciones óptimas, y dentro de la ventana de seguridad, la unidad central y el sistema de gestión de baterías realizan continuamente las siguientes acciones:

  • monitorizar la temperatura y el voltaje; 
  • controlar la refrigeración;
  • controlar el voltaje y la corriente;
  • activar las funciones de advertencia y control si los parámetros están fuera de la ventana de seguridad; 
  • desconectar la batería en caso de peligro.

Ventana de seguridad

La ventana de seguridad indica el rango de temperatura y voltaje definido para la batería, dentro del cual el funcionamiento es seguro. Cualquier desviación de estos valores puede afectar al rendimiento y al ciclo de vida.
 

Si la temperatura permanece por encima del límite de seguridad, o lo supera con frecuencia, se puede producir un cortocircuito interno en la celda, lo que a su vez provocaría una fuga de gas o una fuga térmica. Además, el voltaje fuera de la ventana de seguridad degradará lentamente la celda y podría suponer un riesgo para la seguridad.

Una cadena de medidas protectoras

El almacenamiento de energía debe estar siempre protegido contra todo tipo de abuso. Los daños en una batería pueden dar lugar a varios escenarios de riesgo y a una escalada de acontecimientos: en último término, una fuga térmica que podría provocar un incendio. Es por esto que los autobuses eléctricos Volvo disponen de varios niveles de funciones de seguridad que detendrán la progresión de los problemas.

Protección mecánica

En las baterías Volvo, las celdas están ensambladas en módulos, lo que proporciona protección mecánica, amortiguación en caso de vibración y aislamiento térmico. Los módulos están agrupados en el paquete de baterías y la robusta carcasa de acero del paquete de baterías forma parte integral de la protección mecánica. 
 

La carcasa robusta evita la deformación o el impacto físico
Los módulos sellados evitan la entrada de agua
Las barreras entre los módulos reducen y distribuyen las fuerzas de impacto mecánico

 

Protección eléctrica

Las baterías y todos los componentes eléctricos son monitorizados continuamente por el sistema de gestión de baterías y la unidad central. Si se detecta una anomalía, se pueden desconectar las celdas, los paquetes y todo el sistema de tracción. El circuito HVIL (bucle de enclavamiento de alta tensión) monitoriza el cableado de alto voltaje. Si se interrumpe el circuito, la batería se desconectará en la fuente. 
 

La monitorización mantiene todos los parámetros eléctricos bajo control
El HVIL desconectará el voltaje de tracción en caso de que se detecte un riesgo.
Los fusibles desconectan todo el circuito de voltaje de tracción o parte de él.
Las rejillas de ventilación reducen la acumulación de presión interna.

 

Protección térmica

La temperatura del sistema de almacenamiento de energía se controla mediante un sistema de refrigeración/calefacción basado en líquido. Si la temperatura aumenta, las celdas y módulos adyacentes están protegidos por materiales resistentes al calor.
 

Las barreras térmicas evitan el aumento de temperatura en las celdas y módulos adyacentes
El sistema de calefacción y refrigeración activa mantiene la temperatura de la batería dentro de la ventana de seguridad
La ventilación reduce la acumulación de calor interno

 

Medidas activas

El control de temperatura de las baterías reduce de forma activa el riesgo de fallo y desconectará las baterías para eliminar otras condiciones abusivas. El sistema también detecta de forma activa los signos de fuga térmica y activa advertencias para el conductor.
 

Control de temperatura
Desconexión de la batería
Detección de fuga térmica
Advertencias para conductores

 

Seguridad en cochera y taller

El mantenimiento y la reparación de un autobús eléctrico tiene mucho en común con el trabajo con autobuses convencionales. La diferencia está en la transmisión, las baterías y la gestión interna de la energía. Para trabajar con sistemas de alto voltaje, hace falta capacitación y certificación especiales.

Procedimientos de seguridad bien definidos

Varios componentes del sistema de tracción eléctrica no se pueden reparar, sino que se deben reemplazar y devolver a Volvo. Cualquier tipo de trabajo en el sistema de tracción requiere seguir un procedimiento de puesta fuera de servicio y, una vez finalizado el trabajo, el procedimiento de puesta en servicio devuelve el vehículo al estado operativo.

Autorización y responsabilidades

Los procedimientos estrictos garantizan que el técnico de servicio no pueda estar expuesto a voltaje peligroso. La puesta fuera de servicio y la puesta en servicio solo puede llevarlas a cabo una persona autorizada, es decir, el "técnico responsable del trabajo". Esta persona también debe tener la responsabilidad delegada para que se le permita realizar el trabajo. 

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