El alumno Manex Larrañaga Eceiza obtuvo la calificación SOBRESALIENTE con mención Doctorado Industrial
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- Título de tesis: Direct liquid cooling strategy for electric vehicles focused on lithium-ion pouch type battery cells
Tribunal:
- Presidencia: Maitane Berecibar Uribe (Vrije Universiteit Brussel)
- Vocalía: Bernhard Lechner (Virtual Vehicle Research GmbH)
- Vocalía: Peru Fdez. Arroiabe Txapartegi (Mondragon Unibertsitatea)
- Vocalía: Mohamed Ben-Marzouk (Total Energies)
- Secretaría: Unai Iraola Iriondo (Mondragon Unibertsitatea)
Resumen:
Esta investigación se enfoca en la formulación de una estrategia innovadora de refrigeración líquida directa dirigida específicamente hacia vehículos eléctricos, con un enfoque particular en las baterías de litio-ion en la configuración de tipología pouch de gran escala. El propósito central de este estudio radica en el desarrollo de una estrategia de refrigeración capaz de mantener la temperatura operativa de las baterías dentro del rango óptimo de rendimiento y seguridad, en respuesta a las rigurosas exigencias de las aplicaciones modernas de vehículos eléctricos. Esta innovadora estrategia, caracterizada por un diseño modular que minimiza el volumen de fluido requerido, se distingue por su capacidad para enfriar directamente la superficie de la batería, en contraposición al método convencional de refrigeración directa que implica la inmersión de todo el sistema en un fluido refrigerante.
Para la concepción de esta estrategia de refrigeración directa, en primer lugar, se ha concebido un prototipo a nivel de celda con el fin de someterlo a un análisis exhaustivo de sus prestaciones. La viabilidad de esta estrategia se ha evaluado a través de un proceso experimental, en el que se han aplicado pulsos de corriente, cargas y descargas profundas. Como resultado, se ha observado que la estrategia propuesta ha sido capaz de mantener la temperatura de la celda dentro del rango óptimo en todos los casos evaluados. Una vez validada la estrategia, se ha procedido a optimizar la geometría interna del circuito de refrigeración mediante un proceso de parametrización multiobjetivo, cuyo propósito ha sido maximizar la densidad energética de la estrategia, al tiempo que se minimizan las temperaturas de la celda y la potencia de bombeo requerida.
Finalmente, la estrategia se ha escalado a un módulo que comprende cuatro celdas, cuyas prestaciones en términos de densidad gravimétrica y volumétrica se asemejan a las de los módulos disponibles en el mercado. Para evaluar su viabilidad, se ha llevado a cabo una comparación experimental exhaustiva a nivel de subsistema entre el prototipo propuesto de refrigeración líquida directa y un sistema de batería que emplea refrigeración líquida indirecta, este último siendo la estrategia de referencia en el mercado de vehículos eléctricos. Ambos enfoques han sido sometidos a perfiles de pulsos de 1C y ciclos de conducción equivalentes. En los resultados obtenidos de los ensayos de pulsos, se ha logrado reducir la temperatura promedio del módulo en 8ºC mediante la estrategia propuesta, mientras que la heterogeneidad térmica ha disminuido de 7.9 a 2ºC. Por otra parte, en los resultados de los ciclos de conducción equivalentes, la estrategia propuesta ha demostrado una capacidad de respuesta más rápida, logrando una reducción instantánea de la temperatura del módulo de baterías hasta alcanzar el perfil de refrigeración después de cargas semi rápidas.
Estos resultados enfatizan el sobresaliente desempeño de la estrategia propuesta, que se distingue por su capacidad de gestionar con precisión la temperatura de las baterías, sin incurrir en un mayor consumo de potencia ni sacrificar las prestaciones en términos de densidad de energía gravimétrica y volumétrica. Como resultado, esta investigación contribuye con una solución pragmática y de alto rendimiento para la gestión térmica, especialmente adecuada para aplicaciones de vehículos eléctricos que emplean baterías de litio-ion de alta capacidad de tipología pouch.