Gaur egun, litio-ioizko (Li-Ioi) bateriak dira energia elektrikoa metatzeko teknologiarik erabilienak ibilgailu elektrikoetan. Horien eraginkortasuna eta segurtasuna bermatu ahal izateko, ezinbestekoa da bateria-sistema osatzen duten zelulen operazio-tenperatura 20ºC eta 40ºC artean mantentzea. Tarte horretatik kanpo lan egiteak bateriaren zelulen degradazio oso azkarra dakar. Horrez gain, bateria-moduluak osatzen dituzten zelulen arteko tenperatura-gradienteak ahalik eta txikienak izatea komeni da ere (5ºC baino baxuagoak, hotzen eta beroen dauden zelulen artean), bateria-zelulen arteko degradazio-fenomeno ez-homogeneoak ahalik eta gehien murrizteko. Bateria horiek eraikitzeko beharrezkoak diren materialen ustiaketak, horiek fabrikatzeko kontsumitzen den energiak (eta ondorioz sortzen diren negutegi efektuko gas-isuriak), litioaren eta bestelako metalen (kobaltoa, manganesoa, etab.) birziklapenari dagozkion arazoak, etab. murriztu nahi badira, argi dago baterien bizi-zikloa luzatzea ahalbidetzen dituzten soluzioen ikerkuntza funtsezkoa dela. Horrela, etorkizunean ingurugiroarekiko errespetagarriagoak izango diren mugikortasun-elektrikorako teknologiak garatu ahal izango dira. Bateria-moduluen gestio termikorako soluzioek (BTMS, Battery Thermal Management System, ingelesez) paper garrantzitsua jokatzen dute horretan guztian.
Bateria-moduluak termikoki erregulatu behar dira, eta hori da BTMS baten funtzio nagusia. Alde batetik, zelulen tenperaturak estimatu eta monitorizatu behar dira mikrokontrolagailuetan denbora errealean exekutatzen diren algoritmoen bidez, ahalik eta zehaztasun handienarekin gainera. Informazio hori baliatuz, posible da ibilgailuaren potentzia-emaria mugatzea, edota ibilgailua alarma-egoerara eramatea, tenperaturak gehiegizkoak badira. Tenperaturen estimaziorako algoritmoak erabiltzea oso baliagarria da, normalean ez delako posible ibilgailuaren bateria-packa osatzen duten zelula guztien tenperatura sentsoreen bidez neurtzea, horrek dakartzan konplexutasun eta kostu ekonomiko altua direla bide (ehundaka zelula behar dira gaur egungo ibilgailu elektriko baten bateria-packa osatzeko). Gainera, zelulatik kanpo kokatzen dira sentsore horiek; ondorioz, ezin dira barne-tenperaturak zehaztasunez ezagutu.
BTMSaren hardwareari dagokionez, berriz, Li-Ioi zelulek sortzen duten beroa kanporatu beharra dago. Horretarako, aire edo likido bidezko hozte-sistemak erabiltzen dira, besteak beste. Aire bidezko hozte behartua, urperatze bidezko hozketa eta likido bidezko hozketa ez-zuzena dira gehien erabiltzen diren teknologiak. Bi aukera daude aire bidezko hozketa behartua gauzatzeko: haizagailuak instalatzea moduluetan, edota ibilgailuaren mugimendutik sortzen diren korronte naturalak erabiltzea. Urperatze bidezko hozketa erabiltzean likido dielektrikoan urperatzen dira zelulak. Fase bakarreko edota bi fasetako bero-transferentzia fenomenoetan oinarritu daitezke teknologia horretan gertatzen diren bero-transferentzia fenomenoak. Azkenik, oso erabilia da likido bidezko hozketa ez zuzena, non, kanalen bidez, ur-glikol nahasketak ponpatzen dira eta zelulen eta likidoaren arteko bero-transferentzia ahalbidetzen da. Oro har, urperatze bidezko eta eta likido bidezko hozketa ez zuzena eraginkorragoak dira aire bidezko teknologiak baino; hala ere, teknologia merkeagoa eta sinpleagoa da aire bidezkoa. Errendimendutik aparte oso garrantzitsua da kostu ekonomikoa automobilgintzan.
Testuinguru horretan, garrantzitsua da bateria-moduluetan zehar gertatzen diren bero-transferentzia fenomenoak deskribatzen dituzten modelo matematikoak garatzea, bai diseinurako eta dimentsionamendurako, eta baita denbora errealean tenperaturen estimazioa gauzatzeko ere. Alde horretatik, artearen egoeratik abiatuz, karga konputazional baxua duten modelizazio termikorako soluzioak aukeratu eta konbinatu dira, Tecnaliaren, EHUren eta Parmako Unibertsitatearen ikertzaileen elkarlanetik sortutako artikulu honetan. Errenkadan muntatutako bateria zilindrikoak dituen packa kontsideratu da ikerketan, hain zuzen ere. Ondorioztatu da gauzatutako modeloak mugak dituela, eta gai honetan ikertzen jarraitzeko ikerketa-ildoak identifikatu dira. Hala ere, ikusi da garatutako hurbilketa oso egokia dela denbora errealean exekutatzeko (tenperaturen estimaziorako), eta baita ere soluzio ezberdinen arteko analisi kualitatiboak gauzatzeko. Azken horri dagokionez, baieztatu da kontsideratutako urperatze bidezko hozketa-sistemak behartutako aire bidezkoak baino emaitza hobeak lortzen dituela, bai zelulen operazio-tenperaturei dagokienez, eta baita energia-kontsumoari eta hozketaren eraginkortasunari dagokionez ere.
Artikuluaren fitxa:
- Aldizkaria: Ekaia
- Zenbakia: 47
- Artikuluaren izena: Litio-Ioizko bateria-modulu baten modelizazio elektrotermikoa eta gestio termikorako soluzioen analisia.
- Laburpena: Gaur egun, Litio-Ioizko (Li-Ion) bateriak dira erabilienak ibilgailu elektrikoetan, horien ezaugarriak direla eta. Eraginkortasuna eta segurtasuna bermatu ahal izateko ezinbestekoa da horien operazio-tenperatura 20ºC eta 40 ºC artean mantentzea. Ondorioz, bateria-moduluak osatzen dituzten zeluletan sortzen den beroa kanporatu behar da, aire edo likido bidezko hozte-sistemak erabiliz, besteak beste. Ibilgailuentzako Litio-Ioi bateria-modulu baten modelo elektrotermikoa aurkezten da artikulu honetan. Artearen egoeratik abiatuz, karga konputazional baxua duten soluzioak aukeratu eta konbinatu dira modeloa garatzeko. Horrela, mikrokontroladore batetan denbora errealean exekutatzeko ahalmena izango du modeloak. Amaitzeko, gestio termikorako bi soluzio aztertu eta konparatzen dira. Analisitik ondorioztatzen da urperatze bidezko hozketak behartutako aire bidezkoak baino emaitza hobeak lortzen dituela, bai zelulen operazio-tenperaturei dagokienez, eta baita energia-kontsumoari eta eraginkortasunari dagokienez ere.
- Egileak: Ane Sainz de la Maza, Edorta Ibarra, Elena Trancho, Beñat Arteta, Eneko Otaola eta Nicola Delmonte
- Argitaletxea: EHUko argitalpen zerbitzua
- ISSN: 0214-9001
- eISSN: 2444-3255
- Orrialdeak: 299-328
- DOI: 10.1387/ekaia.26827
Egileez:
Ane Sainz de la Maza, Elena Trancho, Beñat Arteta eta Eneko Otaola Tecnalia ikerketa-zentroko ikertzaileak dira.
Edorta Ibarra EHUko Bilboko Ingeniaritza eskolako Teknologia Elektronikoa Saileko ikertzailea da.
Nicola Delmonte Parmako Unibertsitateko ikertzailea da.
Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.
