Nuevos refrigerantes mejoran el rendimiento de las baterías de los vehículos eléctricos
El transporte es responsable de aproximadamente el 20 % de la utilización de energía, y los vehículos eléctricos (VE) han hecho importantes incursiones en el mercado de los turismos. Sin embargo, en los sectores del transporte pesado, marítimo y aéreo, que representan la mayor parte del consumo energético del transporte, la penetración del VE ha sido muy escasa. Para que los vehículos eléctricos avancen en el sector del transporte deben superarse importantes retos tecnológicos. Los clientes exigen mayor autonomía, capacidad de las baterías y carga rápida. La mejora del rendimiento de los sistemas de gestión térmica de baterías (BTMS, por sus siglas en inglés) ayudará a conseguir estas mejoras. El proyecto I-BAT(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, pretende aumentar el rendimiento térmico de las baterías aportando innovaciones en fluidos refrigerantes, marcos de simulación y equipos de ensayo y medición que favorezcan la rápida industrialización de BTMS mejorados.
Sistemas de gestión térmica de baterías
Los VE funcionan con baterías de iones de litio, cuyo rango térmico oscila entre 5 °C y 60 °C. Mantener este rango térmico es fundamental, y los BTMS suelen utilizar aire, agua o glicol para refrigerar la batería. Los refrigerantes pueden actuar sobre la batería por contacto directo o indirecto, circulando alrededor de las celdas en un revestimiento. La investigación de I-BAT se centró en el flujo y la capacidad de transferencia de calor del líquido refrigerante. El equipo del proyecto también estudió cómo la configuración de las celdas de la batería puede optimizar el flujo. Los investigadores han trabajado en el diseño de baterías con vórtices de flujo controlados que maximizan el contacto del refrigerante a través de las estructuras superficiales de la batería.
Refrigerantes a base de aceite mineral
Los aceites minerales tienen propiedades dieléctricas, lo cual significa que no conducen la carga eléctrica, sino que la polarizan. Eso los hace adecuados para su uso como refrigerantes de baterías. El equipo de I-BAT introdujo aditivos en los fluidos a base de aceite para mejorar las características no newtonianas del refrigerante. La viscosidad de los fluidos no newtonianos varía bajo tensión, y esas propiedades viscoelásticas fabricadas facilitan el flujo eficiente del líquido alrededor de las celdas de una batería de vehículo eléctrico. Los refrigerantes de ingeniería producidos por I-BAT tienen un gran potencial. Como explica Michael Wensing, coordinador del proyecto: «Se ha creado una nueva clase de líquidos refrigerantes que cumple los requisitos de los sistemas de baterías y garantiza un flujo especialmente estable, lo cual permite una refrigeración por inmersión robusta y eficaz».
Marcos de simulación y sensores de termopila de capa atómica
La clave de la adopción de la solución del proyecto es la capacidad de probar las innovaciones del BTMS. El equipo de I-BAT desarrolló un marco de simulación multiescala que incluye dinámica molecular, modelización a mesoescala(se abrirá en una nueva ventana) y dinámica de fluidos computacional. Además, en I-BAT se desarrollaron sensores de termopila de capa atómica que utilizan sensores ultrafinos para proporcionar datos de alta resolución sobre el flujo térmico. «La promesa de la tecnología ya ha llevado a la fundación de la empresa emergente Hudyne(se abrirá en una nueva ventana) y creemos que tiene un potencial de mercado excepcional tanto para productos como para servicios relacionados», señala Wensing. La validación industrial acelerará la introducción en el mercado de las soluciones del proyecto. Poner herramientas complejas de análisis de fluidos y equipos de pruebas de alto rendimiento en manos de investigadores y desarrolladores facilitará el proceso. Como dice Wensing: «Los equipos de ensayo especializados son vitales para la industrialización, ya que permiten calibrar las simulaciones y evaluar las propiedades de los fluidos y el rendimiento del diseño». Los avances del proyecto también se están continuando en Fiona Systems(se abrirá en una nueva ventana), una empresa emergente en este ámbito. Las baterías deben superar varios obstáculos tecnológicos para que los vehículos eléctricos alcancen su potencial en la construcción de un futuro sin emisiones de carbono. Al centrarse en el BTMS, el equipo de I-BAT ha desarrollado una solución que aumenta el rendimiento térmico de las baterías.
