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Análisis y comparación de estrategias basadas en medidas de información para la detección de regeneraciones del estado-de-salud en baterías de ion-litioLacalle Alarcón, Matías Sebastián January 2013 (has links)
Ingeniero Civil Electricista / En la actualidad, los acumuladores de ion-litio han tomado fuerza como dispositivos de almacenamiento de energía. Su menor peso para acumular la misma cantidad de energía que otros sistemas de este tipo y su estabilidad en cuanto a seguridad se refiere, son las principales características que le entregan una fuerte ventaja competitiva.
Sin embargo, un problema importante que presenta el uso de este tipo de dispositivos tiene relación con la capacidad de predecir el fin de la vida útil de los mismos. En algunas aplicaciones específicas, como los vehículos aéreos no tripulados, resulta crítico contar con una buena estimación de este parámetro, debido al costo que conlleva el reemplazo de estas baterías y las graves consecuencias que puede traer una sobre-estimación de la vida útil remanente. La predicción de este parámetro se ve dificultada con la aparición de fenómenos de auto-regeneración espontánea que sufre el estado de salud de las baterías de ion-litio, lo cual afecta la tendencia de su degradación y puede conducir a errores considerables en la predicción de la vida útil remanente. Es posible atenuar el impacto que estos fenómenos pueden tener sobre algoritmos de estimación o pronóstico si son detectados y aislados correctamente, permitiendo que los algoritmos de predicción consideren únicamente la información que representa la tendencia de degradación de la capacidad de la batería.
El presente trabajo busca desarrollar métodos de detección de anomalías que permitan abordar el problema de incertidumbre causada por el fenómeno de regeneración mencionado; implementando módulos que utilicen métodos de detección en conjunto con algoritmos de filtro de partículas en su versión clásica y su versión sensible al riesgo. Dichos métodos deben ser capaces de identificar si un aumento en la capacidad de la batería se debe a un fenómeno de auto-regeneración o simplemente a la variación intrínseca al ruido de medición.
La investigación realizada compara cuatro métodos de detección que caracterizan empíricamente al estimador de la función de densidad de probabilidad del estado de salud del acumulador, determinando su desempeño en términos de errores de tipo I y II, precisión, exactitud y sus efectos en el sesgo de las estimaciones. Un método desarrollado consiste en la construcción de un test de hipótesis, mientras que otras tres metodologías utilizadas están basadas en medida de teoría de la información y que consisten en la medida de entropía, diferencia de entropía y el método de divergencia de Kullback-Leibler.
Los resultados de este estudio reflejan que los métodos basados en medidas de teoría de la información presentan resultados similares. Sin embargo, la metodología de medición de entropía presenta un mejor desempeño comparativo en la zona de menor tasa de falsos positivos, la cual corresponde a la zona de mayor interés si se pretende no subestimar el estado de salud de la batería.
No obstante, el método de test de hipótesis, presenta un desempeño marcadamente superior a los métodos de teoría de la información desarrollados, logrando una mayor tasa de detección para cualquier caso. Siendo consistente con el criterio de evitar la subestimación, se prefiere utilizar este método con el algoritmo de filtro de partículas clásico.
Como línea de desarrollo futuro, se propone diseñar un método de test de hipótesis alternativas (Neyman-Pearson), para caracterizar así la función de probabilidad de las regeneraciones.
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Desarrollo de modelo algorítmico para dimensionamiento y gestión técnico-económico óptimos de banco de baterías para clientes alimentados del sistema eléctrico chileno y/o fuentes de energía solaresBlanc Barrenechea, Johann Max January 2015 (has links)
Ingeniero Civil Industrial / En esta Memoria para optar al título profesional de Ingeniero Civil Industrial de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, se explica la arquitectura y argumenta el desarrollo de un nuevo y sencillo algoritmo y modelo matemático para calcular el dimensionamiento óptimo de un banco de baterías (BESS), esto para cualquier tipo de cliente regulado del sector eléctrico chileno. Para funcionar, el algoritmo solo necesita tomar el perfil de consumo eléctrico del cliente, su tipo de Tarificación y un posible perfil de generación ERNC-Solar. Con los datos anteriores se llega a un resultado de dimensionamiento óptimo del cual nace un plan de gestión de funcionamiento del BESS en su vida útil. Además de este plan de gestión se entrega vital información de Utilidad económica y Ahorro asociado al BESS.
El trabajo desarrollado por el Memorista se analizó con apoyo de profesionales del Centro de Energía, Centro de Investigación del Litio (CIL) y matemáticos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Chile. El requerimiento de esta necesidad nace desde el mismo CIL, fue dentro del proyecto de baterías de Litio E-LiBatt, requieren el desarrollo de un modelo para dimensionar eficientemente el producto desarrollado y con ello, abrirlo finalmente al mercado.
El Modelo diseñado se programó en una planilla de cálculo y los resultados encontrados en los diferentes casos de estudio entregan interesantes conclusiones. La primera, es que la entrada de la tecnología al mercado residencial aun depende del alto costo de la tecnología. Se calculó, que para una exitosa integración económica se necesitan precios un 50% de los actuales. La segunda conclusión muestra que, lo anterior, no es tan determinante en instalaciones comerciales o industriales, donde gestionar potencia logra entregar un beneficio económico suficiente para obtener utilidades positivas. Esto, queda fuertemente demostrado en el caso de estudio industrial en el sur del país, donde el altísimo costo de la potencia, permitiría a esta industria ahorrarse un 13% anual en cargo por potencia. Esto, con la integración inteligente de un BESS de ~ 4,5 [kWh]. Por correlación, el potencial beneficio económico de un BESS también depende, en nuestro país, de la ubicación geográfica del usuario. Una tercera conclusión, muestra que gestionar la demanda mayoritariamente en horas no punta es fundamental. Una cuarta y última conclusión, indica que demandas de potencia con alta varianza y concentradas en horas específicas, permiten mayores beneficios económicos que consumos constantes.
Finalmente, la Herramienta desarrollada entrega un alto valor por su aporte al conocimiento tecnológico existente, al directo aporte económico mostrado a los usuarios, al indirecto aporte al sistema eléctrico y al medio ambiente por el uso eficiente de la energía. Es importante además mencionar que la lógica del Modelo puede ser utilizada con cualquier tipo de acumulador de energía electroquímico y entregando también una base para utilizarse con otros sistemas tarifarios. Se pretende que este desarrollo sea visto como una herramienta de eficiencia energética que además apoya la sustentabilidad de los usuarios y la integración de nuevas tecnologías.
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Modeling of diffusion-induced stress in a lithium ion battery using isogeometric analysisCanales Sepúlveda, Iván Eduardo January 2018 (has links)
Ingeniero Civil Mecánico / El desarrollo de baterías de litio de alta potencia es la piedra de tope para el surgimiento de vehículos eléctricos económicos y autónomos, así como para el almacenamiento de electricidad producida por fuentes renovables intermitentes.
El principal desafío es la presencia de niveles de deformación y esfuerzo demasiado altos en las zonas activas de los electrodos, a causa del proceso cíclico de intercalación de litio durante la carga y la descarga, llegando incluso a producirse deformación plástica, nucleación de grietas, y fracturas, limitando la vida útil de las baterías.
Modelar el fenómeno de la intercalación de litio es complejo, pues los gradientes químicos inducen campos de esfuerzos y, a su vez, los esfuerzos favorecen o dificultan la difusión química a través de la microestructura.
Existen modelos que involucran la cinética molecular y la deformación de la microestructura del electrodo. Otros modelos continuos, más sencillos y más fáciles de implementar, han permitido resolver las ecuaciones diferenciales acopladas que dan cuenta del balance termodinámico del sólido involucrado. La mayoría de los modelos están restringidos a geometrías
unidimensionales o muy simples.
El objetivo de este trabajo es extender el uso de modelos continuos existentes a dos dimensiones, y resolver numéricamente, mediante el análisis isogeométrico, un sistema de ecuaciones diferenciales y acopladas.
Con este procedimiento, se espera caracterizar la distribución de esfuerzos y concentratión en una partícula de electrodo de batería, y obtener los niveles de concentración de esfuerzos alrededor de los vacíos y las discontinuidades.
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Determinación de indicadores de estado de salud de baterías de ion-litio, mediante el uso de espectroscopía de impedancia electroquímica y caracterización del término de la vida útil basado en la generación de calor dada por la impedancia internaBenavides Flores, Matías Ignacio January 2018 (has links)
Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica.
Ingeniero Civil Eléctrico / En la actualidad, es cada vez más importante el rol que juegan las baterías de ion-litio en el mundo. Desde dispositivos tan pequeños como relojes inteligentes hasta grandes bancos de baterías en autos eléctricos, estos acumuladores de energía son muchas veces indispensables en diversas labores. Por esta razón, es que conocer el estado de carga y el estado de salud de las baterías es de gran relevancia.
El objetivo de este trabajo es determinar un indicador del estado de salud de una batería de ion-litio, basado en el análisis de la evolución de la impedancia interna de la batería en el proceso de degradación, y además estudiar una nueva definición del término de la vida útil de una batería de ion-litio, considerando el incremento en la ineficiencia relacionado al efecto joule, por el aumento de la parte real de la impedancia interna en la degradación.
La metodología aplicada consiste en un ciclado de una batería de ion-litio con un protocolo de descarga basado en la combinación de ciclos a 1C y 2C. El ciclado es realizado en una cámara de temperatura a 25ºC. Mediciones de espectroscopía de impedancia electroquímica son realizadas cada 20 ciclos, con la batería en reposo y cargada en un 100% del SoC, con el fin de conocer la evolución de la impedancia interna a medida que la batería se degrada.
Luego de 770 ciclos, la batería presenta una degradación cercana al 25%, la resistencia interna presenta un incremento de 25% y 60% para mediciones realizadas en un 70% y 30% del SoC nominal de la batería. Además del análisis realizado con PCA y PLSR sobre los parámetros ajustados de un modelo de circuito equivalente y las frecuencias de excitación de las mediciones de impedancia, es posible obtener un modelo lineal basado en 3 parámetros del modelo de circuito equivalente, que estime el SoH, con un coeficiente de determinación de 0.9794. Para el caso de frecuencias de excitación, el modelo basado en las frecuencias 191[Hz] y 256[Hz], se obtiene un coeficiente de 0.8925, mientras que para el modelo basado en las frecuencias 1.89[Hz] y 2.62[Hz], se obtiene un coeficiente de 0.9476. Por otra parte, se tiene que a pesar de que la generación de calor no aumenta de forma considerable en la degradación, la evolución de la proporción de calor generado en el tiempo, sí aumenta de forma notable, debido a que los ciclos presentan una menor duración. Como consecuencia de esto, la batería experimenta un aumento en la temperatura según la ventilación que posea.
Se concluye que se pueden obtener indicadores del estado de salud con un buen desempeño, tanto basados en frecuencias, como en un modelo de circuito equivalente. Además se establece la proporción de calor generado en el tiempo, como métrica para la definición del término de la vida útil de una batería de ion-litio.
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Evaluación económica de un sistema de baterías para la optimización de cargos por potencia en el mercado chilenoHormann Valenzuela, Sebastián January 2017 (has links)
Ingeniero Civil Industrial / El presente trabajo se desarrolla en un contexto de cambio de paradigma en el mercado energético. La penetración de las energías renovables y la evolución de las redes inteligentes hacen necesaria la modernización de los sistemas eléctricos. En este sentido, el almacenamiento de energía cumple un rol fundamental para entregar servicios que satisfagan las nuevas necesidades de los actores, abriendo paso a una serie de oportunidades de negocio.
La estructura tarifaria chilena de suministro eléctrico hace interesante la posibilidad de administrar la curva de consumo de un cliente regulado para disminuir su demanda máxima leída en horas de punta, cargo que representa cerca 30% del total de las cuentas de electricidad. En base a esto, el objetivo de esta memoria es evaluar la rentabilidad económica de implementar un sistema de baterías para la administración de cargos por potencia en el mercado chileno.
El proyecto consiste en la utilización de sistemas de almacenamiento mediante baterías que optimizan la curva de consumo de clientes perteneciente al segmento comercial o industrial, a través de la acumulación de energía desde la red durante periodos fuera de punta y la descarga de energía hacia la red durante periodos pertenecientes a las horas de punta , donde el precio de la potencia es mayor. De esta forma, se desarrolla una solución de ingeniería aplicada que optimiza el consumo eléctrico sin generar cambios en el comportamiento del cliente.
Para estudiar la rentabilidad económica del proyecto tanto para el cliente como para una empresa dedicada a la comercialización de los sistemas de baterías y la entrega de servicios de optimización de cargos por potencia, se desarrolló una plataforma de cálculo que permite el dimensionamiento del sistema y la optimización de la operación en base a la maximización del valor del proyecto.
Por un lado, se analiza un caso de estudios cuyos resultados indican que el proyecto es rentable para el cliente, con un VAN de MM$ 1,8, una TIR de 16% y recuperando la inversión a los 6,83 años. Por otro lado, se realiza una evaluación económica para la empresa comercializadora, la cual financia parte de la inversión de los proyectos y renta en base a los ahorros que genera el sistema. Los resultados para la empresa, sobre un horizonte de evaluación de 5 años y una tasa de descuento de 9,8%, indican un VAN de 103 MM$, una TIR de 15,5% y retorno de la inversión al quinto año.
Si bien para la viabilidad económica del proyecto es necesario levantar un alto capital de trabajo de 263 MM$, las proyecciones de mercado, las caídas en los costos de los sistemas de baterías y las iniciativas de distintas instituciones para el desarrollo de estas tecnologías hacen que sea recomendable la ejecución del proyecto. El mercado del almacenamiento de energía aún no alcanza su madurez, especialmente en Sudamérica, y ser uno de los primeros entrantes del mercado puede significar una ventaja competitiva importante, adquiriendo el 𝑘�����𝑛�����𝑜�����𝑤����� ℎ𝑜�����𝑤����� del negocio para aprovechar de mejor forma las oportunidades disponibles y levantando barreras de entrada diferenciadoras que permitan generar un mayor valor para la empresa y para el cliente.
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Análisis térmico de sistemas de almacenamiento energético basados en baterías de ión-litioFuenzalida Ramírez, Sebastián Emilio January 2014 (has links)
Ingeniero Civil Mecánico / Chile es líder en la producción de litio, materia prima fundamental requerida en la fabricación de baterías de ión-litio. Es por esto que surge la necesidad de explorar aplicaciones con mayor valor agregado para el litio como una forma de mejorar la competitividad de la industria nacional. En este sentido, una alternativa es que en el país se desarrolle o diseñe tecnología que pueda ser de utilidad para los fabricantes y diseñadores de baterías y/o sistemas de almacenamiento energético (por ejemplo, los vehículos eléctricos).
Para desarrollar tecnología basadas en la utilización de baterías de ión-litio se debe cumplir con un conjunto de restricciones técnicas, dentro de las cuales se encuentra el manejo térmico de los bancos de batería. Esto, ya que a bajas temperaturas el rendimiento de las baterías disminuye, mientras que las altas temperaturas reducen su ciclo de vida.
En este Trabajo de Título se estudia y analiza el comportamiento térmico de baterías compuestas por celdas de ión-litio. La finalidad del estudio recae en determinar los factores que influyen en el aumento de temperatura y la disminución de la eficiencia en un banco de baterías. Estas propiedades dependerán básicamente de las variables eléctricas y geométricas que caracterizan el diseño de un banco. Por lo tanto, determinar la mejor configuración para el empaquetamiento de las celdas de ión-litio, desde el punto de vista del ámbito térmico, requiere de mucho estudio.
Para el análisis, se desarrolla un modelo paramétrico aplicando conocimientos de transferencia de calor, específicamente un modelo basado en el método de resistencias térmicas y de diferencias finitas. Para la validación del modelo desarrollado se emplea un programa de mecánica de fluidos computacional (ANSYS [14]), con el cual se comparan los resultados obtenidos, donde se obtienen resultados con un error máximo de 10% correspondiente a tres grados de temperatura.
El modelo es utilizado para realizar un estudio al comportamiento de las celdas frente a una aplicación de potencia variable, como lo es un vehículo eléctrico. Finalmente se obtienen resultados para distintas condiciones de operación del vehículo, los cuales determinan que el objetivo más importante es la disminución de la potencia eléctrica del sistema de refrigeración (ésta influye en la disminución de la eficiencia del sistema y en el aumento de temperatura del banco de baterías) y la disminución del área ocupada por las celdas dentro del banco. Los factores que más influyen en el comportamiento térmico de las baterías son finalmente el espaciado entre celdas, la disposición de filas y columnas de las celdas y el caudal de entrada del fluido de refrigeración, aparte de las variables eléctricas propias de las celdas de ión-litio.
La memoria se lleva a cabo en el contexto del proyecto Innova-CORFO 11IDL1-10466 "Empaquetamiento Óptimo de Baterías de Litio".
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Análisis comparativo de técnicas avanzadas de estimación Bayesiana aplicado al pronóstico del tiempo de descarga de celdas de ion-litioTampier Cotorás, Carlos Andrés January 2014 (has links)
Ingeniero Civil Eléctrico / El problema de aseguramiento de la autonomía de equipos energizados con baterías es de creciente importancia en la sociedad actual, en la que cada vez más dispositivos y vehículos de diversas clases obtienen de ellas la energía necesaria para su funcionamiento. Por ello resulta imperante conocer el estado de carga y predecir cuándo la batería se descargará, con la mayor precisión y exactitud posible.
El objetivo de este trabajo, enmarcado en el proyecto de investigación FONDECYT Regular 1140774, es estudiar, implementar y comparar técnicas de estimación de estado basadas en filtro de partículas y filtro de Kalman unscented, aplicadas al problema de pronóstico del tiempo de descarga de una celda de ion-litio. Para ello se utiliza como base un esquema de filtro de partículas, consistente en módulos tanto estimación, como de pronóstico, y el cual fue programado con anterioridad en el contexto del mismo proyecto. En dicho esquema, se modifica el módulo encargado de la etapa de estimación del estado-de-carga de la batería, incluyendo un diseño de lógica de ajuste de híper-parámetros del ruido del modelo, llamada en forma genérica lazo de corrección externo. Paralelamente, se implementa un filtro de Kalman unscented como alternativa para la reemplazar al filtro de partículas en la misma etapa mencionada. Por último, también a éste se le agrega la mecánica de corrección con lazos externos.
Para los métodos sin lazos externos de corrección, el basado en filtro de partículas logra corregir la condición inicial erróneamente supuesta sobre el estado de carga de la celda, aproximándose al estado real con una discrepancia que en general no supera el 4%. Una excepción a lo anterior se produce cuando la diferencia inicial entre el estado supuesto y el real es demasiado grande, en cuyo caso se produce un sesgo en la estimación. Por otro lado, el filtro unscented corrige rápidamente el supuesto inicial erróneo, pero su cómputo del estado se aleja del real cuando se obtienen mediciones poco congruentes con las predicciones generadas por el modelo, alcanzando un error de hasta 8%. La adición de los lazos externos de corrección mejora levemente el desempeño en cuanto al error de estimación del filtro de partículas, pero tiene un notorio impacto positivo en la consistencia de los resultados entre distintas realizaciones del algoritmo. Para el filtro de Kalman unscented, la mejora es significativa y su desempeño se torna superior a todos los demás casos, siempre que el lazo de corrección sea capaz de reducir lo suficiente el ruido de proceso. En cuanto al tiempo de ejecución se obtienen resultados comparables para los distintos esquemas.
Se concluye que el filtro de partículas permite trabajar el problema con una mayor tolerancia a la incertidumbre, mientras que si se cuenta con un modelo de batería adecuado, el filtro de Kalman unscented con lazo de corrección externo puede lograr un mejor rendimiento.
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Estudio y caracterización de ánodos de litio metálicoAravena Valenzuela, Claudia Andrea January 2015 (has links)
Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química / Ingeniera Civil Química / La necesidad de reducir el uso de combustibles fósiles en los sistemas de transporte - que producen aproximadamente el 23% del CO2 emitido a nivel mundial - ha impulsado la investigación y el desarrollo de vehículos eléctricos e híbridos con nulas o bajas emisiones de CO2. Una alternativa para energizar estos vehículos es el uso de baterías con ánodos de litio metálico, ya que estos electrodos presentan una alta densidad de energía teórica (3.860 mAh g-1). Sin embargo, el uso de litio metálico como ánodo en baterías recargables se ve restringido por la formación y crecimiento de dendritas en su superficie durante la operación de las baterías, lo que provoca bajas eficiencias de ciclado y, eventualmente, cortocircuitos y problemas de seguridad en estos dispositivos.
El presente trabajo de tesis tiene como objetivo general el estudio y caracterización de ánodos de litio metálico, enfocándose en el diseño estructural de éstos, de manera que sus características de ciclabilidad y la morfología de los depósitos formados durante la operación de las baterías mejoren en relación a lo reportado en la literatura. Para ello, se estudiaron experimentalmente a partir de técnicas electroquímicas dos tipos de electrodos dentro de un capilar de vidrio, sumergidos en un electrolito 1 M LiPF6/EC-DMC: uno nivelado con los bordes del capilar (electrodo plano) y otro a 1 mm de profundidad dentro del capilar (electrodo en capilar). Estos electrodos fueron producidos a partir de la electrodeposición de litio sobre la sección transversal de un alambre de cobre de 0,32 mm de diámetro. Se observó que las diferencias entre ambos diseños influyeron en la distribución de corriente del sistema.
En primer lugar, se caracterizó la nucleación de litio metálico sobre cobre. La deposición de litio ocurrió mediante un proceso de nucleación instantánea, con crecimiento de núcleos controlado por transferencia de carga para potenciales aplicados entre -75 y -200 mV vs Li+/Li0. Luego, se estudió la distribución de corriente secundaria sobre un electrodo dentro de un capilar (variando la razón entre su profundidad δ_c y radio r_c), debido a que los efectos cinéticos son relevantes en este sistema experimental por lo observado en la nucleación. La corriente se homogeniza a partir de δ_c/r_c =0,4. Para esta razón, la densidad de corriente en el centro del electrodo es un 99,3% del promedio, mientras que para δ_c=0 (electrodo plano) es de un 90,4%. El electrodo en capilar de los experimentos cumple δ_c/r_c =6,25, por lo que la distribución de corriente secundaria es uniforme sobre él. Posteriormente, se estudió la eficiencia de ciclado en función del número de ciclos para los electrodos, para potenciales catódicos aplicados entre -100 y -400 mV vs Li+/Li0 en cada ciclo. Se obtuvo que la eficiencia de ciclado fue más alta para un electrodo en capilar (60-90%, generalmente) que para uno plano (10-60%, generalmente). Además, se observó mediante micrografías SEM la morfología de depósitos de litio en experimentos potenciostáticos, obteniendo que éstos fueron más homogéneos, con menor presencia de dendritas y mayor recubrimiento sobre un electrodo en capilar. La distribución de corriente más uniforme en este caso promueve una deposición más homogénea, con una capa SEI estructuralmente más estable y, por lo tanto, con menor presencia de dendritas. Esta mayor uniformidad en los depósitos mejora la ciclabilidad por la disminución de la presencia de dendritas, las que pueden aislar parte del material activo durante el ciclado.
En conclusión, a partir de los resultados de distribución de corriente, ciclabilidad y morfología, se recomienda emplear y evaluar ánodos diseñados con una razón δ_c/r_c ≥0,4 para su futuro uso en baterías recargables de litio metálico.
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Modelamiento térmico de empaques de baterías de litioReyes Marambio, Jorge Esteban January 2012 (has links)
Ingeniero Civil Mecánico / Las baterías de litio, ampliamente ocupadas en distintos equipos electrónicos y automóviles eléctricos, se deben diseñar incluyendo el manejo térmico en sus empaques. Debido a que bajas temperaturas disminuyen el rendimiento de éstas, y una altas temperaturas disminuyen su ciclo de vida.
En este trabajo se analizó la dependencia de las variables de empaquetamiento, como por ejemplo la velocidad de entrada del flujo de aire de refrigeración, el espaciamiento horizontal y el espacia miento vertical, a través de números adimensionales con el fin de encontrar una parametrización de los fenómenos de transferencia de calor que se producen en un empaquetamiento de baterías de litio.
Así mismo, se encontró una relación inversamente proporcional de las variables escritas con la inercia térmica de un empaque, es decir, a mayor espaciamiento o velocidad de entrada, las celdas se enfriarán con mayor rapidez. Esta relación deja de ser válida cuando las celdas están lo suficientemente alejadas para que la interacción aire-celda no se produzca, y con ello, jets de velocidad que son aprovechados para enfriar las celdas.
En síntesis, debido al gran costo computacional que implica realizar una simulación fluido dinámica, se llevó a cabo una modelación matemática. La cual lleva a una buena aproximación de los fenómenos que ocurren en el enfriamiento de celdas con mayor rapidez que una simulación.
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Simulación de emulador de descarga para baterías de litio-ion basado en circuitos equivalentes eléctricos obtenidos con las técnicas de espectroscopia de impedancia electroquímica y extracción de parámetros en el dominio del tiempoHidalgo Leon, Ruben Lizandro January 2017 (has links)
Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / El presente documento muestra los resultados de las simulaciones de un emulador de descarga
para baterías Litio-ion. La batería real (celda) estudiada es de 3,7V-4A.h. El emulador está
conformado principalmente por: un modelo de batería en su configuración en línea y un
conversor de voltaje boost tipo multifases. Existen diversidad de modelos de batería pero
en el presente trabajo se utiliza el Thevenin-Shepherd el cual consta de un circuito eléctrico
basado en Thevenin en conjunto con la ecuación modificada de voltaje de circuito abierto
de Shepherd. Este tipo de modelo es adecuado para la representación de baterías reales de
Litio-ion. Además, este modelo representa de mejor manera 4 importantes comportamientos
de la batería real: la variación del voltaje de circuito abierto, la caída de voltaje a través
de la resistencia interna, pérdidas por transferencia de carga y el efecto de capacitancia de
doble capa. Estos comportamientos son representados por un circuito equivalente eléctrico
(CEE) conformado por dos redes RC en serie con un resistencia. Las técnicas "Espectroscopia
de la Impedancia Electroquímica (EIS siglas en ingles)" y "Extracción de Parámetros en el
Dominio de Tiempo (EPDT)" son utilizadas para obtener el CEE de la batería real. La
obtención adecuada de la resistencia interna de la batería real nos permite tener un modelo
de batería con gran precisión. Además, el modelo permite establecer el nivel de SOC para
los experimentos. Los valores de resistencias internas así como de los elementos de los CEE
obtenidos son mantenidos constantes durante las simulaciones. Cabe indicar que, las pruebas
experimentales fueron realizadas a temperatura constante, además las pérdidas de voltaje
ocasionadas por fenómenos de difusión y en alta frecuencia no son analizadas en el presente
trabajo. El software PLECS es utilizado para la realización de las simulaciones.
El emulador con cada uno de estos CEE es evaluado comparando los resultados de sus
simulaciones con varios perfiles de voltaje de descarga real. Estos perfiles son obtenidos de
la aplicación de pulsos de corriente de descarga a una batería real en el respectivo banco
de prueba. Cabe indicar que, para la reducción del nivel de rizado del voltaje de salida
del emulador se utiliza el conversor de voltaje boost tipo multifases(3 fases). El control del
conversor es realizado por controladores PI en conexión en cascada. Además, las ecuaciones
del modelo y las funciones de transferencia de los controladores PI son llevados a un modelo
discreto. La comparación entre las respuestas de voltaje simuladas y reales muestran que el
emulador con un CEE obtenido mediante la técnica EIS tiene una mejor aproximación a los
perfiles de voltaje de la batería real incluso cuando hay altas corrientes de descarga.
Es importante destacar que, el banco de almacenamiento del vehículo eléctrico "Eolian" de la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile está conformado por este tipo de batería.
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