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Una visión holística sobre 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 características de seguridad. Sin embargo, las diferencias importantes son el tren motriz y el almacenamiento de energía. Esto es una parte integral de la arquitectura de seguridad de Volvo, que incluye todos los aspectos de los sistemas y componentes eléctricos del vehículo. 

Funciones de seguridad

Cada celda de batería ya incluye una funcionalidad preventiva, funciones autónomas que evitan el empeoramiento en caso de daños. A nivel vehicular, todas las funciones se monitorean de manera que el conductor y el control del tráfico puedan ser alertados en caso de que se detecte un riesgo. 

Comunicación con el conductor

El sistema de seguridad de los autobuses eléctricos Volvo advierte de manera instantánea al conductor, pero solo cuando se necesita de su intervención directa. Evitar información redundante ayuda al conductor a mantenerse concentrado en su tarea principal: llevar a los pasajeros hacia sus destinos, de forma segura y a tiempo.

Regulaciones y estándares

La seguridad del vehículo está sujeta a una amplia gama de regulaciones. En el caso de los trenes motrices eléctricos, el estándar R100 es fundamental. La norma describe una multitud de parámetros que deben considerarse y probarse. Todos los vehículos eléctricos de Volvo Buses cumplen la norma R100. 

Factores de riesgo

No hay indicios de que los autobuses eléctricos presenten más riesgos que los convencionales. Sin embargo, todos los vehículos presentan riesgos y en el caso de los vehículos eléctricos, estos son diferentes de los autobuses a diésel y a gas. Los riesgos se clasifican principalmente en las categorías operativos, colisiones e incendios.

Riesgos operativos

Las baterías de iones de litio son sensibles al mal uso operativo, como la sobrecarga y la descarga excesiva. La sobrecarga puede suceder cuando se utilizan equipos de carga defectuosos o inadecuados, cuando no se respetan los procedimientos de seguridad o cuando no se siguen 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 piso. Si el vehículo vuelca, las baterías montadas en el techo podrían dañarse. Además, si este daño es lo suficientemente grave, se podría generar una fuga y, en el peor de los casos, un incendio provocado por cortocircuitos internos. 

Incendios

Es un hecho que una batería gravemente dañada significa riesgo de incendio. Pero los vehículos eléctricos no son más propensos a incendiarse que los vehículos con motor a combustión interna. Los datos reportados* indican que en general la frecuencia de los incendios para vehículos eléctricos suele ser de 8 a 20 veces menor que los vehículos con motor a combustión interna.

* Informe de RISE: Camiones eléctricos: aspectos de seguridad contra incendios, Jonna Hynynen, 26-06-2023.

Proceso de monitoreo del sistema de almacenamiento de energía (ESS)

La salud y el rendimiento de la batería son factores esenciales 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 las baterías funcionen bajo condiciones óptimas.

Una variedad de sensores y control activo

En un autobús eléctrico Volvo, todos los parámetros relevantes se monitorean de forma continua a fin de mantener un funcionamiento seguro. Para mantener la celda de batería en condiciones óptimas y dentro del intervalo de seguridad, la unidad central y el sistema de gestión de baterías realizan lo siguiente de manera continua:

  • monitorean la temperatura y el voltaje; 
  • controlan el enfriamiento;
  • controlan el voltaje/la corriente;
  • activan funciones de advertencia y de control si los parámetros se encuentran fuera del intervalo de seguridad; 
  • desconectan la batería en caso de peligro.

Intervalo de seguridad

El intervalo de seguridad visualiza el rango definido de la batería para la temperatura y el voltaje, dentro del cual el funcionamiento es seguro. Las desviaciones de estos valores pueden afectar tanto el rendimiento como la vida útil.
 

Si la temperatura permanece por encima del límite de seguridad, o bien si la supera con frecuencia, se puede generar un cortocircuito interno en la celda de batería. En este caso, también se desencadena una fuga de gas o una fuga térmica. Por lo tanto, el voltaje fuera del intervalo de seguridad deteriorará la celda de la batería de manera lenta y, con el tiempo, podría provocar un problema de seguridad.

Una cadena de barreras protectoras

El almacenamiento de energía debe estar siempre protegido contra todo tipo de abuso. Cuando se daña una batería, se pueden desencadenar una serie de situaciones de peligro y una escalada de incidentes. Finalmente, una fuga térmica que podría derivar a un incendio. Es por esto que los autobuses eléctricos Volvo tienen 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 de vibraciones y aislamiento térmico. Los módulos están agrupados en el paquete de baterías y la robusta carcasa de acero del paquete de baterías es una parte integral de la protección mecánica. 
 

La robusta carcasa evita el impacto y la deformación física
Los módulos sellados evitan la inmersión en agua
Las barreras entre módulos reducen las fuerzas de impacto mecánicas y las distribuyen

 

Protección eléctrica

Las baterías y todos los componentes eléctricos son monitoreados continuamente por el sistema de gestión de baterías y la unidad central. Si se detecta una anomalía, se pueden desconectar las celdas, las baterías y todo el sistema de tracción. El cableado de alto voltaje se monitorea mediante el circuito HVIL (circuito de intercierre de voltaje peligroso). Si se interrumpe el circuito, la batería se desconecta desde la fuente. 
 

El monitoreo mantiene todos los parámetros eléctricos bajo control
El circuito de intercierre de voltaje peligroso desconectará la tensión de tracción cuando se detecten riesgos.
Los fusibles desconectan partes o la totalidad de los circuitos de tensión de tracción.
La ventilación reduce la acumulación de presión interna.

 

Protección térmica

El sistema completo de almacenamiento de energía está controlado por temperaturas mediante un sistema independiente de líquido refrigerante o calefacción. Si la temperatura aumenta, las celdas y los módulos adyacentes quedan protegidos por materiales resistentes al calor.  
 

Las barreras térmicas evitan el aumento de temperatura en celdas y módulos adyacentes
La calefacción y refrigeración activas mantienen la temperatura de la batería dentro del intervalo 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 mal funcionamiento y las desconectará para eliminar otras condiciones potencialmente perjudiciales. De manera activa, el sistema detecta además señales de fugas térmicas y activa advertencias al conductor.
 

Control de temperatura
Desconexión de baterías
Detección de fuga térmica
Advertencias para el conductor

 

Seguridad en los patios y los talleres

El mantenimiento y la reparación de un autobús eléctrico tiene mucho en común con el trabajo con autobuses convencionales. La diferencia está en el tren motriz, las baterías y la gestión interna de la energía. Trabajar con sistemas de alto voltaje requiere capacitación y certificación especiales.

Procedimientos de seguridad definidos correctamente

Varios componentes del sistema de tracción eléctrica no se pueden reparar. Este tipo de componentes se deben reemplazar y devolver a Volvo. Cualquier tipo de tarea que se realice en el sistema de tracción requiere seguir un procedimiento de puesta fuera de servicio. Una vez finalizada esta tarea, el vehículo se pone en estado operativo mediante el procedimiento de puesta en servicio.

Autorización y responsabilidad

La aplicación de procedimientos estrictos garantiza que el técnico de servicio no se exponga a tensiones peligrosas. Solo las personas autorizadas, es decir, el "técnico responsable de la tarea de mantenimiento", pueden realizar la puesta fuera de servicio y la puesta en servicio. Esta persona también debe tener la responsabilidad delegada para que se le permita realizar el trabajo. 

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