Etorkizuneko baterien kudeaketa-sistema (BMS). SoS-BAT proiektua
Litio-ioizko baterien sistemak funtsezkoak dira garraioaren elektrifikazioan eta energia-sektorearen deskarbonizazioan. Bateriei esker, energia berriztagarrien sorkuntza-soberakina gorde daiteke eta horien erantzun malgua lortu. Gainera, bateriak energia biltegiratzeko elementu eramangarriak dira eta funtsezkoak 0 isuriko garraioen trantsiziorako.
Hala ere, erabilera horiek berriak izanik, gaur egungo baterien kudeaketa-sistemek (BMS) antsietate soziala eragiten duten muga asko dituzte; adibidez, baterien degradazio- eta segurtasun-egoerak balioesteko, edota lortutako informazioa sistematik kanpo eskuragarri egiteko.
Gipuzkoa Next 2025 proiektuko testuinguruan, SoS-BAT proiektuak bateria-sistemen erabilera sustatu nahi du Euskal Herrian. Horretarako, segurtasuna eta osasuna urrunetik kudeatzeko gaitasunak gaur egungo BMS batera eranstea du helburu, etorkizuneko BMSak gaitasun horiek izatea espero baita.
SoS-BAT proiektua
Zubietan (Donostia) kokatutako CIDETEC Energy Storage ikerketa-zentroa ari da SoS-BAT proiektua aurrera eramaten. Gaur egungo BMS bat erabiltzen ari da sentsore aurreratuekin batera. Sentsore aurreratu horiek etorkizuneko BMSak edukiko dituen gaitasunak ahalbidetzen dituzte. Zehazki:
- Inpedantzia elektrokimikoko espektroskopia-neurgailu bat.
- Gas-sentsore espezifikoak.
- Internet-of-Things gailu bat.
Inpedantzia elektrokimikoko espektroskopia-neurgailuak tentsio alternoko seinale txiki bat aplikatzen dio bateriari, maiztasun eta frekuentzia ezberdinetan. Horren bidez, bateriak korrontea pasatzen uzteko dituen zailtasunak edo frenatze-maila (erantzun erresistiboa) neurtzen dira. Balore horiek aukera ematen dute baterien barne-egoera denbora errealean aztertzeko, hori hondatu gabe.
SoS-BAT proiektuaren barruan, inpedantzia elektrokimikoko espektroskopia-neurketak erabiliko dira ihes termikoa aurreikusteko eta litio-metalaren metaketa detektatzeko.
Gas-sentsoreei esker, bateriaren barruan izaten diren gasen igorpenak neurtzen dira. Baterien ihes termikoek prozesu bat jarraitzen dute eta fase bakoitzean gas isuri ezberdinak izaten dira. Haien artean daude CO2-a eta konposatu organiko hegakorrak.
SoS-BAT proiektuaren barruan, gas-neurketak erabiliko dira ihes termikoa aldez aurretik antzemateko.
Internet-of-Things gailuari esker, hodeirako konexioa lortuko da. Gailu horrek BMSak, sentsore aurreratuek eta inpedantzia elektrokimikoko espektroskopia-neurgailuak kable bitartez helarazten dituzten mezuak jaso eta Internetera bidaliko ditu 4G bitartez.
SoS-BAT proiektuaren barruan, kable bidezko mezuak irakurri eta web-zerbitzari batean idatziko dira, gero datu horiek sistematik kanpo (hodeian) dauden algoritmoekin landu ahal izateko.
SoS-BAT proiektuaren entseguak
Hasiera batean, zelula mailan entseguak egin dira. Zelulak baterien oinarrizko unitateak dira, pilak izango balira bezala. Entsegu horiek ihes termikoa eta litio-metalaren metaketa aztertzeko erabili dira. Guztira lau entsegu mota egin dira.
Lehendabizi, zelulen portaera elektrikoa aztertu da; 1. irudian ikus daiteke hori. Test horietan, bateriak zirkuitu irekian duen tentsioa neurtu da. Hori karga-egoera eta tenperatura ezberdinetan egin da. Aldi berean, bateriak duen inpedantzia estimatu da. Hori ere karga-egoera eta tenperatura ezberdinetarako estimatu da.
Bigarren entsegu mota barne-zirkuitu laburra detektatzean eta kuantifikatzean datza; 2. irudian ikus daiteke hori. Horretarako, bateriari erresistentziak gehitu zaizkio, barne-zirkuitu laburrak eraginez. Aldiro, 560 Ω, 100 Ω, 50 Ω eta 10 Ω balioko erresistentziak gehitu zaizkio. Entseguek hiru karga-deskargetan dute oinarri, non gehituriko erresistentziek bateria pixkanaka bere kabuz deskargatzea eragiten baitute (autodeskargak, zirkuitu laburra simulatzeko).
Hirugarren entsegu motak litio-metalaren metaketa aztertzeko egin dira. Horietan 10 karga-deskarga egin dira tenperatura baxuan, non karga-prozesu osoan martxan jarri baita minutuero inpedantzia elektrokimikoko espektroskopia-neurgailua.
Azkenik, ihes termikoa detektatzeko entsegua egin da. Entsegu hori ekipamendu berezi batean egin da, bateriaren leherketa bilatzen baita. Abusu-ganbara bat —bateriei muturreko egoerak edo egoera arriskutsuak nahita eragiteko segurtasun-gela bat— erabiltzen da eta bateria berogailu baten bidez berotzen da ihes termikoaren ondorioz eztanda lortu arte. Entsegu osoan, martxan jarri izan dira inpedantzia elektrokimikoko espektroskopia-neurgailua eta gas-sentsoreak.
Etorkizunari aurrea hartzen
Entsegu horien bitartez, bi estimatzaile garatu dira, bereziki. Alde batetik, osasun-egoera balioesten da litio-metalaren metaketa kontuan harturik. Bestaldetik, segurtasun-egoera estimatzen da, ihes termikoa, barneko zirkuitu laburra eta litio-metalaren metaketa kontuan harturik.
BMSa, inpedantzia elektrokimikoko espektroskopia-neurgailua eta gas-sentsoreak 39,2 Ah-ko litio-ioizko bateria modulu batean kokatuko dira, 2026ko irailean balioztatze-entsegu batzuk egiteko. Modulu bat konfigurazio konkretu batean jarrita dauden hainbat zelulaz osatutako bloke bat da.
BMSak eta beste sentsoreek lortutako seinaleak Internetera igoko dira Internet-of-Things gailuari esker. Era horretan, sistema ziberfisiko bat lortuko da —hainbat prozesu fisiko eta algoritmo batzen dituen sistema bat—, urrunean segurtasun- eta osasun-egoerak estimatuz. Balioztatze-entsegua modulu mailan karga-deskarga sinpleak aplikatu eta urrunetik osasun- eta segurtasun-egoerak estimatzean datza.
SoS-BATen sorturiko sistema ziberfisikoa espero den etorkizuneko BMSaren baliokidea izango da itsatsitako neurgailuei esker. Hurrengo belaunaldiko BMSak iristen direnean, CIDETEC prest egongo da baterien osasuna eta segurtasuna urrunetik kudeatzeko BMS horiek merkatura heldu bezain laster. Horrela, bai erabiltzaileek baita baterien segurtasunaren inguruko gertaeretan jarduten duen jendeak ere (suhiltzaileek, adibidez) egoeraren informazio gehiago edukiko dute eskuragarri, beharrezko ez diren arriskuak ekiditeko.
Erreferentzia bibliografikoak:
Koch, Daniel; Schweiger, Hans-Georg (2022). Possibilities for a Quick Onsite Safety-State Assessment of Stand-Alone Lithium-Ion Batteries,. Batteries, 8, 11, 213. DOI: 10.3390/batteries8110213
Dong, Peng; Liu, Zhongxiao; Wu, Peng; Li, Zhe; Wang, Zhenpo; Zhang, Jianbo (2021). Reliable and Early Warning of Lithium-Ion Battery Thermal Runaway Based on Electrochemical Impedance Spectrum. J. Electrochem. Soc., 168. lib., 9. zk., 090529. DOI: 10.1149/1945-7111/ac239b
Ren, Dongsheng; Feng, Xuning; Liu, Lishuo; Hsu, Hungjen; Lu, Languang; Wang, Li; He, Xiangming; Ouyang, Minggao (2021). Investigating the relationship between internal short circuit and thermal runaway of lithium-ion batteries under thermal abuse condition. Energy Storage Mater., 34. lib., 563–573 or. DOI: 10.1016/j.ensm.2020.10.020
Egileaz:
Jon Goiburu matematikaria da eta CIDETEC Energy Storage-ko Biltegiratze Sistemen Unitateko ikertzailea eta datu-zientzialaria da.
Zentroari buruz:
CIDETEC 1997an sortutako ikerketa aplikatuko erakunde pribatua da, eta enpresen lehiakortasuna eta berrikuntza-gaitasuna handitzea du helburu, ezagutza teknologikoa sortuz eta transferituz. Zientzia, Teknologia eta Berrikuntzaren Euskal Sareko (ZTBES) eta Basque Research and Technology Alliance-ko (BRTA) kide da.
Basque Research & Technology Alliance (BRTA) 17 zentro teknologiko eta ikerketa kooperatiboko zentroen aliantza bat da. Partzuergo honek Euskadiren etorkizuneko erronka sozioekonomiko globalei aurrea hartzen die, ikerketa eta garapen teknologikoaren bidez erantzuna emanez eta nazioartean proiektatuz. BRTAko zentroek ezagutza sortzen eta ezagutza hori euskal gizarteari eta industriari transferitzen laguntzen dute, berritzaileagoak eta lehiakorragoak izan daitezen.
BRTA aliantzak Eusko Jaurlaritzaren, SPRIren eta Araba, Bizkaia eta Gipuzkoako Foru Aldundien babesa du, eta, gaurtik aurrera, BRTA osatzen duten zentroen artikuluak publikatuko dira Zientzia Kaieran euren ikerlanen berri emateko.
