Refrigeración de Baterías Hibridas

 

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REFRIGERACIÓN DE BATERÍAS HIBRIDAS Achig Luis / 5To “A” / Nuevas Tecnologías/ Mecánica Automotriz   tempe temperat ratura ura de fu func ncio ionam namien iento. to. Por Por ot otro ro la lado, do, la lass baja bajass temperaturas, la batería

 

 Resumen — La implementación de nuevas tecnologías y el cuidado del medio ambiento, diversas compañías del mundo han decido orientar su desarrollo y producción hacia los vehículos suf sufre re un bajo bajo rendimie rendimiento. nto. Además Además,, son precisame precisamente nte los híbridos y eléctricos en el cual en los últimos 30 años se vienen cambio mbioss de tempera perattur uraa brusco scos lo loss que reducen desarrollando, mejorando y optimizando los mismos. Se puede significativamente los ciclos de vida. enco encont ntra rarr en es esto toss ve vehí hícul culos os grand grandes es vent ventaj ajas as como como son son el ahorro de combu mbust stib ible le y la reducción ión de emisi misioone ness contami con taminant nantes, es, pero pero los dis diseñad eñadore oress y produc productore toress de estos estos La industria pone como referencia para considerar que una vehículos se han encontrado con un problema diferente que es la  batería ha finalizado su vida útil en un vehículo eléctrico refr refrig iger erac ació ión n de es esto toss nu nuev evos os sist sistem emas as má máss comp comple lejo jos, s, cuando alcanza una pérdida de capacidad del principalmente los que es el enfriamiento de las baterías que son aproximadamente el 20% o un incremento de la resistencia prácticamente el corazón de un vehículo eléctrico y un hibrido. interna del 30%. Es Esta tass debi debido do a la tr tran ansf sfer eren enci ciaa de en ener ergí gía, a, los los camp campos os electromagnéti elect romagnéticos cos entre otros tienden a sobre calentarse calentarse lo cual las deteriora y reduce su tiempo de vida útil, existen distintos métodos para enfriar las mismas, en las cuales unas son más eficientes que otras. Estos metidos se separan en enfriamientos activo, pasivo, por aire y por refrigerante.  Abstract --- The implementation of new technologies and the care of the environment, diverse companies in the world have decide dec ided d to dir direct ect their their develop development ment and produc production tion tow toward ardss hybrid vehicles and electrical in which in the last 30 years they have been developing, improving and optimizing the same. You can find in these vehicles great advantages such as saving fuel and reducing pollutant emissions, but designers and producers of these vehicles have encountered a different problem that is the cooling cooling of these these new more complex complex systems systems,, main mainly ly the cooling of the batteries that They are practically the heart of an electric vehicle and a hybrid. You are due to the transfer of  energy, electromagnetic fields among others tend to overheat which deteriorates and reduces its useful life, there are different methods to cool them, in which some are more efficient than others. These tufts are separated in active cooling, passive, by air and by refrigerant.

I. INTRODUCCIÓN

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a vida útil de la batería de un vehículo eléctrico depende de varios factores que afectan de forma diferente a su degradación. De todos ellos, la temperatura se ha mostrado comoo el fac com factor tor más atenuante atenuante ante este este aspect aspecto. o. Por esta ra razzón, ón, los los fa fabr bric ican ante tess de vehí vehícu culo loss eléc eléctr tric icos os y sus sus  proveedores se centran en mejorar los sistemas de gestión térmica de la batería para que su vida útil sea, al menos, tan larga como la del vehículo en el que se encuentre instalado. El enfriamiento termoeléctrico (TEC), permite un control de la temperatura ajustando el suministro de voltaje, la capacidad energética de una batería se reduce a medida que aumenta su 

Fig. 1. Componentes del sistema de refrigeración de la batería hibrida. Fuente. Híbridos y Eléctricos, (2019)

II. METODOLOGIA En la pr pres esen ente te in inve vesti stiga gacio cionn se cons conside idera ra un métod métodoo de investigación inves tigación bibliográfica, bibliográfica, con el fin de poder determinar las forma fo rmass de re refig figera eracio cionn de la lass bater baterías ías de lo loss vehic vehiculo uloss hibridos. Por tal motivo se ha dividido la consulta bibliográfica según el tipo de refrigeracion de las baterias usados en los vehiculos hibridos (HV) los cuales son: 

Sistemas activos y pasivos de gestión térmica

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Enfriamiento termoeléctrico

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Proyecto i-Cobat fluido MILVOLT

Cabe mencionar que el tiempo de recarga de una batería está direc directam tament entee re relac lacion ionad adoo con con la temper temperat atura ura qu quee pu pued edee alcanzar antes de que los sistemas de seguridad reduzcan la  potencia. Durante la carga rápida, las celdas de la batería

 

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 pueden producir hasta tres veces más energía térmica que en la lass oper operac acio ione ness no norm rmal ales es de cond conduc ucci ción ón y carg carga. a. El cal calenta entamien miento to de las cel celdas das es un factor dominante dominante en el envejecimiento de la batería y la degradación, reduciéndose la autonomía que puede ofrecer con cada carga. Por lo tanto, usando la tecnología actual de celdas de batería, los requisitos  para la optimización térmica del diseño y operación del  paquete son de vital vit al importancia. importanci a.

complejoss se usa el flujo adicional del aire acondicionado complejo acondicionado del habitáculo.

III. RESULTADOS Los paquetes de baterías actuales tienden a utilizar de re refri frige gerac ración ión por por ai aire re forza forzado do o media me diante nte sistemas circ circuit uitos os es espe pecí cífic ficos os qu quee co condu nduce cenn el agua agua mezc mezclad ladaa con con glic glicol ol o cualquier otro refrigerante.

Fig. 3. Refrigeración por aire acondicionado del vehículo. Fuente. Motor Pasión, (2014)

Los componentes de los sistemas refrigerados por líquido, que contienen contien en un refrigerante, refrigerante, se encuentran encuentran entre las celdas o los módu mó dulos los.. El calor calor se tr tran ansp sport ortaa a un di disi sipa pador dor de calor calor,, aleja alejado do de la bater batería. ía. El di disi sipa pado dorr de calor calor puede puede ser ser un radiador simple o un sistema más complejo que disipa el calor  en un circuito refrigerante. Por lo general, ambos se usan en combinación, y el intercambio de temperatura se realiza en función de varios parámetros.

Fig. 2. Refrigeración por aire forzado. Fuente. Híbridos y Eléctricos, (2019)

Lo Loss siste sistemas mas de ge gest stión ión té térm rmica ica de la bate batería ría o BTMS BTMS (Bat (Batte tery ry Ther Therma mall Mana Manage geme ment nt Sy Syst stem em), ), cont contri ribu buye yenn significativame signif icativamente nte a la salud de la batería y extienden su vida útil estos sistemas pueden ser activos o pasivos. Es pasiva si el líquido o aire que se introduce en el habitáculo de la batería ingresa en él sin preacondicionamiento previo adicional y es activa si se instala un componente específico de climatización  previo. El mayor beneficio que aportan los BTMS pasivos es que no consumen energía adicional ya que se utilizan materiales de cambio cam bio de fas fase, e, tubería tuberíass de cal calor or e hidroge hidrogeles les.. Su mayor  inconveniente es que el proceso de enfriamiento es difícil de administrar. adminis trar. Los métodos activos generalmente se basan en la circulación forzada y de sustancias específicos como el agua y el aire alrededor de la batería. Lo Loss sist sistema emass activ activos os puede puedenn utili utiliza zarr aire aire o líq líquid uido, o, y en cualquier caso usan componentes externos como bombas y ventila ven tiladore doress que requier requieren en energía energía adi adicion cional al de la batería. batería. Ademáss son fuente de vibraciones Ademá vibraciones y ruidos en un entorno que genera gen eralment lmentee es sil silenc encios iosoo y necesi necesitan tan un manteni mantenimien miento to extra. En los sistemas de refrigeración por aire, la batería se enfría gracias a un flujo que la recorre de un lado al otro. El aire genera gen eralment lmentee provien provienee del exterior exterior,, pero pero en sis sistema temass más

Fig. 3. Refrigeración por liquido refrigerante. Fuente. Sistema Hibrido Bosh, (2014)

El enfriamiento termoeléctrico (TEC), se trata de un sistema qu quee perm permit itee un cont contro roll de la te temp mper erat atur uraa ajus ajusta tand ndoo el suministro de voltaje. Además, no utiliza materiales líquidos y es silencioso, estable. Su principio físico es los efectos Peltier-Seebeck y Thompson, que se basan en la conversión del voltaje en un gradien gradiente te de temperat temperatura. ura. Los primeros primeros diseño diseñoss que utilizan utilizan este este sis sistema tema han lograd logradoo mantene mantenerr la temperatura de la batería por debajo de los 55ºC. Híbridos y Eléctricos, (2019)

 

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Fig. 4. Refrigeración termoeléctrica efecto Peltier. Fuente. Mundo Digital, (2014)

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Si la refrigeración de la batería no resulta suficiente ante temperaturas exteriores elevadas, el refrigerante refrigerante circulará a través de un calefactor especial. En éste, el refrigerante del aire acondicionado del vehículo se evapora eva pora.. Además Además,, el calor calor puede puede tra transmi nsmitirs tirsee de forma muy compacta y con una elevada densidad de  potencia desde el circuito secundario hasta el líquido líqu ido refrigerante que se está evaporando. Así se produce una refrig igeera racció iónn adi dicciona onal de reto torrno del re refr frig iger eran ante te.. Medi Median ante te el uso uso de un cale calefa fact ctor  or  espe especi cial, al, la bate batería ría pu pued edee fu func ncio ionar nar en un ra rango ngo óp óptim timoo de te tempe mperat ratur ura, a, adec adecua uado do a su grado grado de efectividad. Dentro del marco comercial la optativa de tener un si sist stem emaa de re refr frig iger erac ació iónn para para la lass bate baterí rías as de vehículos híbridos garantizan la eficacia y vida útil de los autos eléctricos con el fin de establecer un cui uida dado do ambi ambien enta tall y re redu duccir el con onsu sumo mo de comb combus ustib tible less fó fósi sile less dent dentro ro de este este ám ámbit bitoo lo loss sistemas activos y pasivos de refrigeración generan ingresos de eficacia y progreso.

El Proy Proyec ecto to ii-Co Coba batt de desa sarr rrol olla lará rá un nu nuev evoo sist sistem emaa de enfriamiento de las baterías utilizando un fluido dieléctrico  biodegradable llamado MIVOLT, en el que las celdas quedan inmersa inme rsas. s. Este Este fluido, fluido, cuya principal principal propie propiedad dad es la baj bajaa conductividad eléctrica (aislante) de forma que puede entrar  en contacto directo con las celdas. Su química le permite V. BIBLIOGRAFIA elimi eliminar nar el ca calor lor di dire recta ctamen mente te de toda todass las las área áreass de su superficie. La transferencia de calor de las celdas al fluido se Bañeres Sorina Sorinas, s, M. (2003) (2003).. Est Estud udio io de alt altern ernati ativas vas en el rec recicl iclaje aje de realiza de forma directa. Esta tecnología promete una mayor  [1] Bañeres  baterías de plomo fuera de uso. Recuperado a partir de  potencia de salida y una mayor longevidad de las celdas, http://upcommons.upc.edu/handle/2099.1/3095  puesto que estarán más protegidas ante las temperaturas [2] Ber Bernar nard, d, P., Bertran Bertrand, d, F., & Simon Simonnea neau, u, O. (19 (1999) 99).. Pas Paste te type nick nickel el extremas. electrode containing a cobalt compound and at least one other element. Google Patents. Recuperado a partir de http://www.google.sr/patents/US5993995

[3] Berna Bernard, rd, P., Goubau Goubault, lt, L., & Guiade Guiader, r, O. (2008). (2008). Pos Positiv itivee electrode electrode for an electrochemical generator with an alkaline electrolyte. Google Patents. [4] Ber Bertra tran, n, J. M. (2017). (2017). Mét Métod odos os de estimaci estimación ón del estado estado de carga de  baterías electroquímicas. Barcelona, Barcelona, España. [5] C. N. d. M. A. A. (CO (CONAM NAMA) A) an andd D. G. f. T. Z. G. Gm GmbH bH.. (s. f.) f.).. Guía Técnica sobre el manejo de baterías de plomo ácido usadas. Proyecto CONAMA / GTZ , 85. Recuperado a partir de http://www.sinia.cl/1292/articles-47018_recurso_1.pdf [6] Chang, Chang, S., Young Young,, K.-H. K.-H.,, & Lien, Lien, Y.-L Y.-L.. (201 (2017). 7). Rev Review iewss of Eur Europe opean an Patents on Nickel/Metal Hydride Batteries. Batteries, 3(3), 25. [7] Coun Council, cil, W. E E.. (2007 (2007). ). Transp Transport ort Tech Technolo nologies gies and po policy licy Scenarios Scenarios to to 2050. World Energy Council (World Ener). London, L ondon, United Kingdom. Fig. 5. Proyecto i-Cobat fluido MILVOLT. Fuente. Híbridos y Eléctricos, (2019)

IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES 

La ba bater tería ía de un vehíc vehícul uloo hibr hibrido ido debid debidoo a un unaa reacción química crea en su interior condiciones de calor calor donde donde la lass te tempe mperat ratura urass su supe perio riore ress a 30 30°C °C sign signif ific ican an qu quee su proc proces esoo de enve enveje jeci cimi mien ento to au aumen menta, ta, y a tempe temperat ratura urass su supe perio riore ress a 40 40°C °C la  batería puede resultar dañada. Para lograr una larga vida útil y la mayor eficacia posible, la batería debe funcionara en determinado rango de temperatura menores los un 30°C.

[8] Cowi Cowie, e, I. (2017 (2017). ). All Abo About ut Batt Batteries eries,, Part 3: Lead-Aci Lead-Acidd Batteries Batteries | EE Times. 2014. Recuperado a partir de https://www.eetimes.com/author.asp?sectio https://www.eet imes.com/author.asp?section_id=36&doc_id=1320644 n_id=36&doc_id=1320644