El alumno Jon Perez Blanco obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE con mención DOCTORADO INDUSTRIAL
El alumno Jon Perez Blanco obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE con mención DOCTORADO INDUSTRIAL
El alumno Jon Perez Blanco obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE con mención DOCTORADO INDUSTRIAL
- Título de tesis: Detection of aging and failure mechanisms in Li-ion Energy storage systems
Tribunal:
- Presidencia: Maitane Berecibar Uribe (Vrije Universiteit Brussel)
- Vocalía: Henk Jan Bergveld (Eindhoven University of Technology)
- Secretaría: Erik Garayalde Perez (Mondragon Unibertsitatea)
Resumen:
El aumento de vehículos eléctricos (VE) en el mercado y, por tanto, el incremento de casos aislados de embalamiento térmico (Thermal-Runaway) han agudizado la necesidad de tomar medidas al respecto en respuesta a las preocupaciones de seguridad entre la industria y la sociedad. El embalamiento térmico puede producirse a lo largo de un cierto periodo de tiempo debido a un abuso eléctrico o térmico, o de forma repentina debido a un abuso mecánico. Normativas como la UN ECE R100r3 o GTR-EVS han añadido normas de seguridad al respecto, estableciendo que un caso de embalamiento térmico debe detectarse al menos 5 minutos antes de que se produzca una situación de peligro dentro del habitáculo.
Este documento recoge el manuscrito de la tesis doctoral titulada "Detección de mecanismos de degradación y fallo en sistemas de almacenamiento de energía de Li-ion". El objetivo principal de esta tesis doctoral es conseguir una detección temprana de un evento de embalamiento térmico y los mecanismos que pueden causar o eventualmente terminar en dicho evento catastrófico. Para ello, se estudian las fases de detección, predicción y prevención de un evento de embalamiento térmico.
En primer lugar, se investigan los métodos de detección de embalamiento térmico mediante métodos basados en sensores e impedancia. Sensores comerciales de gas y presión, junto con técnicas basadas en medidas de Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), son evaluados experimentalmente mediante ensayos de abuso controlados. Se desarrolla y se valida una metodología de detección de un embalamiento térmico basado en medidas de impedancia en diversos casos de uso. Mediante esta metodología se alcanzan tiempos de detección temprana entre 6 y 12 minutos en eventos de embalamiento térmico de evolución rápida.
En segundo lugar, la predicción del embalamiento térmico se aborda a través de la detección y cuantificación de cortocircuitos internos. Se desarrollan marcos para la generación de datos para dar soporte al entrenamiento, desarrollo y validación de algoritmos bajo un amplio rango de severidades de fallo y condiciones de operación. Se analizan y comparan métodos de diagnóstico basados en modelos equivalentes y basados en técnicas de Inteligencia Artificial. Los métodos propuestos permiten la detección durante la operación en carga y un diagnóstico más preciso durante los periodos de reposo, siendo capaces de detectar fallos correspondientes a autodescargas de hasta una semana.
En tercer lugar, la prevención del embalamiento térmico se investiga mediante la detección del litio metal (Li-plating), como un mecanismo de degradación crítico desde el punto de vista de la seguridad. Se analizan métodos basados en tensión y en impedancia empleando celdas comerciales, pilas botón y configuración de tres electrodos. Estos métodos se combinan para detectar tanto el Li-plating reversible como el irreversible. A partir del análisis de ventajas y limitaciones de cada método, se propone una estrategia de operación de batería para la reducción del envejecimiento de las baterías.
Finalmente, los resultados obtenidos en esta tesis se integran en un indicador State-of-Safety multifísico basado en lógica difusa, que combina indicadores relacionados con la detección, la predicción y la prevención en una única métrica de seguridad interpretable. El marco propuesto se valida mediante múltiples ensayos de abuso que abarcan distintos mecanismos de degradación, químicas de celda y formatos, demostrando su idoneidad para aplicaciones en tiempo real en sistemas de gestión de baterías.