¿Necesita un paquete personalizado de baterías de litio la prueba UN 38.3?

Cuando se desarrolla un paquete personalizado de baterías de litio para un dispositivo o aplicación específica, los fabricantes originales (OEM) suelen comenzar seleccionando celdas que cumplan con los requisitos de voltaje, capacidad y especificaciones de rendimiento. El proveedor de celdas puede ya proporcionar la documentación de las pruebas UN 38.3, lo que plantea una pregunta importante: ¿Pueden estos resultados de ensayo existentes cubrir el paquete de baterías terminado, o el diseño personalizado requiere ensayos adicionales?

La respuesta depende del tipo de batería, su configuración y el alcance de la documentación de ensayos existente. Según el Manual de ensayos y criterios de las Naciones Unidas, las pilas y baterías de litio están sujetas a requisitos de ensayo diferentes. Para los tipos de baterías recargables de litio, los requisitos aplicables a nivel de batería también se aplican cuando las baterías se ensamblan a partir de pilas que ya han sido sometidas a ensayos.</p>

Esta distinción es importante cuando un fabricante de equipos originales (OEM) modifica la configuración de las celdas, integra un sistema de gestión de baterías (BMS) o desarrolla una nueva carcasa. Comprender estos requisitos desde una etapa temprana puede ayudar a evitar lagunas en la documentación y trabajos de ensayo inesperados en fases posteriores del proceso de desarrollo.

¿Necesita un paquete personalizado de baterías de litio ensayos UN 38.3?

La norma UN 38.3 hace referencia a los requisitos de ensayo establecidos en la parte III, subsección 38.3 del Manual de ensayos y criterios de las Naciones Unidas. Establece una serie de ensayos de diseño que las celdas y baterías de litio deben superar antes de poder ofrecerse al transporte, de conformidad con la reglamentación aplicable en materia de transporte.

Si un paquete de baterías personalizado requiere ensayos depende de si el diseño final ya está cubierto por un tipo de batería ensayado y de qué requisitos se aplican a ese tipo. Los resultados existentes de los ensayos UN 38.3 de una celda no demuestran automáticamente que un paquete de baterías desarrollado por separado haya cumplido los requisitos aplicables a nivel de batería.</p>

Pruebas a nivel de celda frente a pruebas de paquetes de baterías

Una celda de litioy una batería de litio no son términos intercambiables según la norma ONU 38.3. Una batería consta generalmente de dos o más celdas conectadas eléctricamente mediante medios permanentes, junto con los componentes necesarios para su uso, como una carcasa, terminales y marcas. Una batería de una sola celda se trata por separado en las definiciones del Manual.

El alcance de las pruebas también difiere:

• Tipos de celdas de litio: Todos los tipos de celdas de litio están sujetos a las pruebas T.1 a T.6 y T.8.
• Tipos de baterías de litio no recargables: Estos están sujetos a las pruebas T.1 a T.5, incluidos los tipos de batería compuestos por celdas previamente ensayadas.
• Tipos de baterías recargables de litio: Estos están sujetos a las pruebas T.1 a T.5 y T.7, incluidos los tipos de baterías compuestos por celdas previamente ensayadas.

El Manual también establece una regla específica para las celdas componentes que no se transportan por separado de la batería de la que forman parte: estas celdas únicamente deben someterse a las pruebas T.6 y T.8. Esta disposición se refiere a las celdas componentes y no debe confundirse con los requisitos de ensayo aplicables a la batería completa.

Cuándo se requiere una prueba adicional?

Es posible que se requiera una prueba adicional cuando un paquete de baterías personalizado represente un tipo de batería distinto del cubierto por la documentación de pruebas existente.</p>

Por ejemplo, un fabricante de equipos originales (OEM) puede utilizar celdas de litio-ión probadas, pero desarrollar un paquete con una configuración distinta en serie y en paralelo, un sistema de protección diferente o una estructura mecánica distinta. El equipo de ingeniería debe evaluar si el diseño resultante queda cubierto por un tipo ya probado o si debe considerarse como un nuevo tipo según la norma ONU 38.3.</p>

Bajo la subsección 38.3.2.2, ciertos cambios en una celda o batería recargable ensayada pueden dar lugar a un nuevo tipo. Estos incluyen:

• Un cambio de más del 20 % en la energía nominal, medida en vatios-hora.
• Un aumento de más del 20 % en la tensión nominal.
• Un cambio que podría provocar el fallo de cualquiera de las pruebas prescritas.

El Manual identifica ejemplos de cambios en el diseño que podrían ser pertinentes, incluidos los cambios en los materiales del electrodo o del electrolito, los dispositivos de protección, el diseño de seguridad, el número de celdas componentes y la forma en que se conectan las celdas componentes.</p>

No todas las modificaciones requieren automáticamente un nuevo programa de ensayos completo. El impacto del cambio debe evaluarse con respecto al diseño ensayado y a los requisitos pertinentes. Por lo tanto, los fabricantes de equipos originales (OEM) deben verificar el alcance de la documentación existente antes de basarse en ella para un diseño de batería modificado.

¿Qué factores de diseño de la batería afectan los requisitos de ensayo UN 38.3?

Un paquete de baterías personalizado combina componentes eléctricos, electrónicos y mecánicos. Cada uno de ellos puede afectar al diseño final y a su relación con un tipo de batería ya probado.

Por esta razón, las consideraciones de la norma ONU 38.3 deben incluirse al definir la arquitectura de la batería, en lugar de dejarse para cuando el paquete esté listo para su envío.

Tipo de celda y configuración de la batería

La selección de celdas es una de las primeras decisiones en un proyecto personalizado de baterías. Diferentes químicas, formatos, dimensiones y características eléctricas de las celdas pueden afectar las consideraciones de diseño y pruebas de la batería.

La configuración también es importante. Cambiar el número de celdas conectadas en serie o en paralelo puede afectar al voltaje nominal, a la capacidad, a la energía total y al arreglo físico de la batería.

Los fabricantes de equipos originales deben definir:

• Química y formato de la celda, como celdas cilíndricas, prismáticas o tipo bolsa.
• Fabricante y modelo de la celda.
• Configuración en serie y en paralelo.
• Tensión y capacidad nominales.
• Energía nominal total en vatios-hora.

Estas especificaciones proporcionan la base para evaluar la arquitectura de batería propuesta y compararla con la documentación existente de celdas o baterías.

Capacidad de la batería y clasificación energética

La capacidad de la batería y la energía nominal son especificaciones importantes tanto para el diseño del sistema como para la clasificación del transporte.</p>

Para una batería recargable, la energía nominal se calcula generalmente utilizando la tensión nominal y la capacidad nominal:

Por ejemplo, una batería con un voltaje nominal de 48 V y una capacidad nominal de 100 Ah tiene una energía nominal de 4800 Wh.

La clasificación nominal de energía debe ser coherente en toda la especificación de la batería y en el resumen de ensayos UN 38.3. Asimismo, proporciona una referencia importante al evaluar los cambios realizados en un tipo de batería recargable sometida a ensayo.

Diseño del BMS y de la protección

El Sistema de gestión de batería es responsable de supervisar y controlar las condiciones operativas clave de la batería. Dependiendo de la aplicación, sus funciones pueden incluir la supervisión del voltaje de las celdas, la supervisión de la temperatura, la protección contra corriente, el equilibrado y la comunicación con el equipo anfitrión.

El hardware y el software del sistema de gestión de baterías (BMS) también pueden ser relevantes para las evaluaciones de cambios en el diseño conforme a la norma UN 38.3. El Manual identifica los cambios en los dispositivos de protección, incluidos el hardware y el software, como ejemplos de modificaciones que podrían provocar el fracaso de una prueba prescrita.

Cuando se define un paquete de baterías personalizado, los fabricantes de equipos originales (OEM) deben tener en cuenta:

• Protección contra sobretensión y subtensión.
• Protección contra sobrecorriente y cortocircuito.
• Supervisión y protección de la temperatura.
• Estrategia de equilibrado de celdas.
• Interfaces de comunicación, como CAN o RS485, cuando lo requiera la aplicación.

La estrategia de protección debe documentarse como parte de la especificación de la batería, incluyendo la configuración de hardware y software utilizada en el diseño final.</p>

Carcasa de la batería y estructura mecánica

La carcasa protege las celdas y los componentes internos, al tiempo que proporciona la interfaz mecánica entre la batería y el equipo anfitrión.

Su diseño puede incluir puntos de montaje, soportes estructurales, aislamiento, conectores y provisiones para la gestión térmica. Estas características pueden afectar la masa, las dimensiones y el comportamiento mecánico de la batería.</p>

Para proyectos OEM, los requisitos del gabinete deben definirse junto con las especificaciones eléctricas. Las consideraciones importantes incluyen:

• Espacio disponible para la instalación y método de montaje.
• Material de la carcasa y diseño estructural.
• Ubicación del conector y recorrido del cable.
• Requisitos de aislamiento y protección.
• Disposiciones para refrigeración o disipación de calor.
• Ambiente operativo, incluidas las condiciones de vibración y temperatura.

Un cambio de carcasa no requiere automáticamente nuevas pruebas UN 38.3, pero las modificaciones que podrían afectar el resultado de una prueba prescrita deben evaluarse con respecto al diseño ya sometido a pruebas.</p>

¿Qué deben preparar los fabricantes de equipos originales antes de iniciar un proyecto personalizado de baterías?

Los requisitos claros del proyecto ayudan a los fabricantes de baterías a evaluar el diseño, seleccionar las celdas adecuadas e identificar posibles consideraciones de cumplimiento antes del desarrollo del prototipo.</p>

Los fabricantes de equipos originales (OEM) no necesitan definir todos los detalles técnicos desde el principio. Sin embargo, preparar la siguiente información puede hacer que la evaluación técnica inicial sea más precisa.

Requisitos eléctricos y de rendimiento

Comience con los requisitos eléctricos del equipo o sistema que la batería alimentará.

La información relevante incluye:

• Tensión nominal requerida y rango de tensión de funcionamiento.
• Capacidad objetivo y clasificación energética.
• Corriente de descarga continua y máxima.
• Corriente de carga y método de carga.
• Tiempo de funcionamiento esperado y ciclo de trabajo.
• Vida útil del ciclo y vida útil requeridas.
• Protocolos de comunicación y requisitos de datos.

Esta información proporciona al equipo de ingeniería un punto de partida claro para evaluar las opciones de celdas y definir el rendimiento eléctrico de la batería.

Para un ejemplo práctico de la información necesaria al especificar una batería personalizada para un SAI, consulte requisitos personalizados de batería UPS de litio.

Requisitos mecánicos y ambientales

La batería debe ajustarse al espacio de instalación disponible y funcionar en las condiciones previstas para la aplicación.

Los fabricantes de equipos originales (OEM) deben proporcionar:

• Dimensiones y peso máximos de la batería.
• Posición de montaje e interfaz mecánica.
• Tipo de conector y posición del terminal.
• Intervalos de temperatura de funcionamiento y almacenamiento.
• Vibración, impacto y otras condiciones ambientales.
• Requisitos de refrigeración, ventilación o gestión térmica.

Donde la batería se instalará en equipos industriales, dispositivos médicos, sistemas de alimentación de respaldo u otras aplicaciones especializadas, el fabricante de equipos originales (OEM) también debe identificar cualquier requisito específico de seguridad e integración relacionado con la aplicación.

Requisitos de transporte y cumplimiento

Los requisitos de transporte deben discutirse antes de que se apruebe el diseño final de la batería.

Los fabricantes de equipos originales deben aclarar:

• Si las baterías se enviarán por separado o instaladas en el equipo.
• Modos de transporte previstos, como aéreo, marítimo o terrestre.
• Mercados de destino y normativas de transporte aplicables.
• Documentación obligatoria UN 38.3.</p>
• Cualquier requisito adicional de cumplimiento específico del producto, sistema o mercado.

La norma UN 38.3 trata de las pruebas de diseño de celdas y baterías de litio para su transporte. No sustituye todas las demás obligaciones relativas al transporte. También deben verificarse el embalaje, la marcación, el etiquetado, la documentación y las condiciones de envío conforme a las normas aplicables, como el ADR para el transporte por carretera, el Código IMDG para el transporte marítimo y el Reglamento sobre Mercancías Peligrosas de la IATA para el transporte aéreo.</p>

Definir estos requisitos desde una etapa temprana ayuda al fabricante de equipos originales y al fabricante de baterías a identificar la documentación y las pruebas que pueden ser necesarias antes del envío.

¿Cómo puede un fabricante de baterías ODM respaldar el cumplimiento de la norma UN 38.3?

Para los fabricantes de equipos originales (OEM) que desarrollan una batería con requisitos específicos en cuanto a características eléctricas, mecánicas y de comunicación, un socio ODM puede ayudar a vincular las decisiones de diseño del producto con las consideraciones de pruebas y documentación.</p>

El papel del fabricante consiste en apoyar el proceso de ingeniería y coordinar el trabajo necesario para cumplir con los requisitos reglamentarios. Las pruebas UN 38.3 deben realizarse, por sí mismas, en un laboratorio de ensayos calificado, y la documentación de ensayo aplicable debe corresponder al tipo real de celda o batería.

Batería ACE proporciona diseño y fabricación personalizados de baterías soporte para proyectos OEM/ODM, ayudando a los clientes a abordar los requisitos de batería, desde la selección de celdas y la arquitectura del paquete hasta la integración del sistema de gestión de baterías (BMS) y el desarrollo de prototipos.

Selección de celdas y diseño del paquete de baterías

Un fabricante de baterías ODM puede ayudar a evaluar las opciones de celdas frente a los requisitos del OEM en cuanto a voltaje, capacidad, descarga, carga, tamaño y funcionamiento.</p>

Las celdas seleccionadas constituyen entonces la base de la arquitectura del paquete de baterías, incluyendo la configuración en serie y en paralelo, las conexiones eléctricas, la carcasa y la estrategia de protección.

En esta etapa, el fabricante también debe revisar la documentación disponible a nivel de celda e identificar si el diseño propuesto de batería puede requerir su propia prueba aplicable según la norma UN 38.3.</p>

Integración del BMS y desarrollo de prototipos

El sistema de gestión de baterías (BMS) debe diseñarse en torno a la configuración de la batería y los requisitos del equipo anfitrión. Esto incluye definir las funciones de protección, los parámetros de supervisión, las interfaces de comunicación y los requisitos de integración del sistema.

El desarrollo de prototipos permite al fabricante de equipos originales y al fabricante evaluar si la batería cumple sus especificaciones eléctricas, mecánicas y funcionales.

La evaluación del prototipo también permite al equipo de ingeniería identificar problemas de diseño, verificar la integración del sistema y preparar la información técnica necesaria para las pruebas posteriores.

Para obtener más información sobre la comunicación con la batería y las consideraciones de integración, consulte diseño e integración de paquetes de baterías personalizados.

Coordinación y documentación de pruebas

Una vez que el diseño de la batería esté suficientemente definido, el fabricante puede apoyar la preparación de muestras e información técnica para las pruebas correspondientes de la ONU 38.3.

Los fabricantes de equipos originales (OEM) deben prestar atención a la relación entre la documentación de ensayo y la batería que se adquiere. En la subsección 38.3.5, el resumen del ensayo incluye información como el fabricante, el laboratorio de ensayo, la referencia del informe, la fecha del ensayo, la descripción de la batería, el número de modelo, la clasificación en vatios-hora y los resultados del ensayo.</p>

Cuando revise la documentación de un proveedor, confirme que:

• El fabricante y el modelo de la batería corresponden al producto que se está suministrando.
• La descripción física, la masa y la clasificación en vatios-hora son coherentes con la especificación de la batería.
• Las pruebas y los resultados enumerados son adecuados para el tipo de batería.
• El documento hace referencia a la edición aplicable del Manual de ensayos y criterios de las Naciones Unidas.
• Cualquier información relevante sobre las pruebas realizadas a la batería ensamblada se incluye.

Un Informe de prueba contiene los registros detallados de las pruebas realizadas, mientras que un Resumen de la pruebaproporciona la información normalizada exigida en el apartado 38.3.5. Los fabricantes de equipos originales (OEM) deben solicitar el Resumen de ensayos para el tipo real de celda o batería y aclarar, cuando sea necesario, la disponibilidad del Informe de ensayos correspondiente.

Planifique los requisitos de la norma UN 38.3 al inicio de su proyecto personalizado de baterías

Para los fabricantes de equipos originales (OEM) que desarrollan paquetes personalizados de baterías de litio, la norma ONU 38.3 debe tenerse en cuenta junto con la selección de celdas, la configuración de la batería, el diseño del sistema de gestión de baterías (BMS) y la integración mecánica.</p>

Revisar la configuración final de la batería frente a la documentación de ensayos existente antes de la aprobación del diseño ayuda a los fabricantes de equipos originales (OEM) a identificar posibles lagunas en los ensayos y planificar el trabajo necesario para cumplir con los requisitos.

La coordinación temprana entre el fabricante de equipos originales (OEM) y el fabricante de baterías ayuda a establecer el alcance de las pruebas, los requisitos de documentación y las responsabilidades del proyecto antes de que la batería entre en producción.</p>