Así de importante es una gestión térmica inteligente en los coches eléctricos
07-12-2020Desde el punto de vista de un ingeniero mecánico, los coches eléctricos son menos interesantes a primera vista: el motor de combustión, tan apasionante gracias a los numerosos y complejos componentes, ha tenido que dejar sitio a un motor eléctrico mucho más simple en comparación. También ha tenido que batirse en retirarse el grupo motopropulsor mecánico. La pregunta, aparentemente fatalista, suele ser: "¿qué queda por reparar en un coche eléctrico?".
Pero, por suerte, el asunto no es tan grave: otros componentes y tecnologías están cobrando más importancia. La gestión térmica, en particular, desempeña un papel importante en los coches eléctricos, y probablemente será aún más importante en el futuro. Los sistemas de gestión térmica de los automóviles eléctricos son generalmente más complejos que los de los vehículos convencionales. Por último, los coches puramente eléctricos, los llamados vehículos eléctricos con batería (BEV), tienen una serie de componentes que son particularmente sensibles al frío y al calor. Y también la calefacción y la refrigeración del interior del vehículo son aspectos de reconocida importancia.
Por qué afecta un habitáculo calefactado a la autonomía del vehículo
Debido a su alta eficiencia, los sistemas de propulsión eléctricos emiten poco calor hacia el entorno exterior en comparación con los motores de combustión convencionales. Para poder calentar razonablemente el interior con temperaturas exteriores bajas, necesita calefacción adicional. El problema: como consumidores adicionales de energía, obtienen una parte considerable de la energía almacenada en la batería. Cuanto más caliente esté el interior, menor será la autonomía. Los calefactores eléctricos adicionales, integrados en el sistema de ventilación, son sencillos y eficaces, pero también afectan a las reservas de energía. Por este motivo, ahora también se utilizan bombas de calor de alta eficiencia energética, que también pueden utilizarse como unidades de aire acondicionado para la refrigeración en verano.
EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN Y EL DE AIRE ACONDICIONADO DEBEN FUNCIONAR JUNTOS DE MANERA ÓPTIMA
Y hasta aquí en lo que respecta al confort. Para que un vehículo eléctrico funcione de manera razonable y con un grado de eficiencia particularmente elevado, las temperaturas del motor eléctrico, de la electrónica de potencia y de la batería deben mantenerse siempre dentro de un rango óptimo en términos de eficiencia. Esto se logra mediante un sofisticado y complejo sistema de gestión térmica en el que los circuitos de refrigeración y aire acondicionado interactúan de forma óptima. "Debido a los diferentes requisitos de temperatura de los componentes, en los vehículos eléctricos se utilizan generalmente varios circuitos de refrigeración a diferentes niveles de temperatura, a veces con diferentes medios de refrigeración", explica el Prof. Dr.-Ing. Boris Schilder, profesor de Termodinámica y Mecánica de Fluidos de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Fráncfort.
El circuito de refrigeración y el de refrigerante para vehículos eléctricos son algo muy complejo. Fuente: HELLA
La gestión térmica afecta al rendimiento y la durabilidad de la batería
La gestión térmica también tiene una influencia decisiva en el rendimiento y la durabilidad de la batería: las baterías deben funcionar dentro de una ventana de temperatura claramente definida. Las baterías de iones de litio se sienten particularmente cómodas en un rango entre 15 y 30 °C. Si la temperatura de funcionamiento es demasiado alta, la vida útil de la batería se reducirá y puede producirse un fallo prematuro.
Las células de la batería envejecen incluso a temperaturas muy bajas. La consecuencia: su durabilidad sufre. Pero hay algo que hace las cosas aún más difíciles: no solo la temperatura global de la batería debe permanecer dentro de la ventana descrita. También la diferencia de temperatura entre cada una de las células debe limitarse a unos valores determinados. Además, las cargas punta de breve duración en combinación con corrientes elevadas, como la recuperación o el "boost", tienen como resultado un calentamiento de las células.
Los complejos sistemas de gestión térmica generan un importante volumen de negocio en las empresas de automoción
Para poder hacer funcionar todos los componentes, especialmente la batería, en los rangos de temperatura óptimos, los fabricantes y proveedores de automóviles han desarrollado sistemas inteligentes de refrigeración de baterías y de gestión térmica. Estos también se encargan de que el trabajo del ingeniero mecatrónico automotriz no se vuelva aburrido, ni tan siquiera en la era del coche eléctrico, y aseguran además un importante volumen de negocio en la industria automotriz.
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