Desarrollo de un pack de baterías de baja capacidad y alta potencia para vehículos eléctricos con pila combustible

Abstract

Este proyecto se centra en el desarrollo de un pack de baterías de litio de alta potencia y baja capacidad energética para vehículos eléctricos con pila de combustible (FCEV). La motivación surge de la necesidad de avanzar hacia una movilidad más limpia y eficiente, en línea con las políticas chilenas de electromovilidad. En los FCEV, la batería cumple un rol complementario a la pila de combustible, entregando potencia instantánea en aceleraciones, recuperando energía en frenado regenerativo y estabilizando el sistema eléctrico. El estudio se estructura mediante una metodología secuencial, comenzando con el análisis del estado del arte sobre tecnologías de baterías, métodos de simulación, estrategias de gestión térmica y sistemas de protección para garantizar una operación eficiente y segura. A partir de este análisis, se definió el uso de celdas EVE-INR21700/40P. Antes de abordar el diseño completo del pack de baterías, resulta conveniente desarrollar primero un módulo de baterías con 6 celdas en series y 2 en paralelo, ya que este permite estudiar el comportamiento eléctrico y térmico a menor escala, validar las estrategias de control y gestión, y asegurar la viabilidad del diseño antes de su implementación en el conjunto total del vehículo. Para la gestión del módulo, y con el fin de asegurar una operación segura y un adecuado balanceo entre celdas, se selecciona un Sistema de Gestión de Baterías (BMS) pasivo por razones de factibilidad económica. Este sistema realiza el monitoreo de tensión y temperatura por celda, además del balanceo pasivo. La estimación del estado de carga (SOC) se implementó mediante un método híbrido que combina el conteo de carga y la curva de tensión de circuito abierto (OCV) y SOC de forma independiente al BMS. Aun así, el BMS cumple un rol fundamental en la protección del sistema, garantizando la seguridad del módulo frente a condiciones de sobrecarga, sobredescarga o sobretemperatura. En cuanto a la gestión térmica, se estudiaron tres estrategias, convección natural, ventilación forzada y refrigeración líquida. Si bien la última representa la solución más eficiente para FCEV, los ensayos experimentales se limitaron a las dos primeras debido a restricciones prácticas de laboratorio(...).