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Estimaci�n y recuperaci�n del sistema de almacenamiento de energ�a
electroqu�mica aplicado en veh�culos el�ctricos
Estimation and recovery of the
electrochemical energy storage system applied in electric vehicles
Estimativa e recupera��o do sistema de
armazenamento eletroqu�mico de energia aplicado em ve�culos el�tricos
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Correspondencia: jguasumba@tecnoecuatoriano.edu.ec
Ciencias de la T�cnicas y Aplicadas
Art�culos de investigaci�n
*Recibido: 16
de julio de 2021 *Aceptado: 30 de agosto
de 2021 * Publicado: 08 de septiembre
de 2021
I.
Mag�ster en Dise�o Mec�nico, Docente
Investigador, Coordinador de Carrera de Mec�nica y Electromec�nica Automotriz,
Instituto Superior Tecnol�gico Tecnoecuatoriano, Ecuador.
II.
Magister en Educaci�n Menci�n Gesti�n
del Aprendizaje. Mediado por Tic, Docente investigador.
Director de Vinculaci�n con la sociedad, Miembro del Consejo Acad�mico Superior
ISTTE, Instituto Superior Tecnol�gico Tecnoecuatoriano,
Ecuador.
�III.
Participante Investigador, Estudiante Tecnolog�a Superior en Electromec�nica Automotriz, Instituto
Superior Tecnol�gico Tecnoecuatoriano, Ecuador.
�IV.
Participante Investigador, Estudiante
Tecnolog�a Superior en Electromec�nica Automotriz, Instituto Superior
Tecnol�gico Tecnoecuatoriano, Ecuador.
Resumen
La promoci�n de
veh�culos el�ctricos requiere el desarrollo de sistemas de almacenamiento
de energ�a a gran escala confiables, seguros y de bajo costo. Existe
varias tecnolog�as en bater�as y una de las m�s importantes la bater�a de
pol�mero de litio de estado s�lido se considera una de las tecnolog�as
prometedoras a cumplir. los requisitos de EV. La
estimaci�n de una bater�a energ�tica contribuye a predecir el comportamiento
que esta tendr�, cuando se encuentren funcionando en el veh�culo el�ctrico,
pero sus reacciones qu�micas son dif�ciles de predecir, y estas var�an en funci�n
de ciertos par�metros como: la temperatura, el uso que se le haya dado, o
tambi�n puede ser el tiempo que se mantengan funcionando. Se concluye que las
bater�as de ion-litio se someten a cargas y descargas muy r�pidas, reducir�n su
vida �til dr�sticamente, por lo que recomiendan hacer una mezcla en su
funcionamiento, si se realiza una carga con pocos amperios se debe realizar una
descarga con muchos amperios, con esto se obtendr� el doble de ciclos de vida
de una bater�a, esta forma es esencial para alargar la vida �til de las
bater�as para nuestros veh�culos el�ctricos
Palabras
clave: veh�culo; Almacenamiento de energ�a; veh�culo
el�ctrico; medio ambiente; estimaci�n de bater�a.
Abstract
The promotion of electric vehicles requires the
development of reliable, safe, and low-cost large-scale energy storage systems.
There are several battery technologies and one of the most important, the
solid-state lithium polymer battery, is considered one of the promising
technologies to deliver. EV requirements. The
estimation of an energy battery helps to predict the behavior that it will
have, when they are operating in the electric vehicle, but their chemical
reactions are difficult to predict, and these vary depending on certain
parameters such as: temperature, the use that is you
have given, or it can also be the time that they keep running. It is concluded that lithium-ion batteries are subjected to very
fast charges and discharges, they will drastically reduce their useful life, so
they recommend making a mixture in their operation, if a charge with few amps
is carried out, a discharge with many amps, with this you will get double the
life cycles of a battery, this way is essential to extend the useful life of
the batteries for our electric vehicles.
Keywords: vehicle; Energy storage; electric vehicle;
environment; battery estimate.
Resumo
A promo��o de ve�culos el�tricos requer o desenvolvimento
de sistemas de armazenamento de energia em grande escala confi�veis, seguros e
de baixo custo. Existem v�rias tecnologias de bateria e uma das mais
importantes, a bateria de pol�mero de l�tio de estado s�lido, � considerada uma
das tecnologias promissoras a serem fornecidas. Requisitos de EV. A estimativa
de uma bateria de energia ajuda a prever o comportamento que ela ter�, quando
estiver operando no ve�culo el�trico, mas suas rea��es qu�micas s�o dif�ceis de
prever, e estas variam dependendo de certos par�metros como: temperatura, o uso
que � voc� deu, ou tamb�m pode ser o tempo que eles continuam correndo.
Conclui-se que as baterias de �on-l�tio est�o sujeitas a cargas e descargas
muito r�pidas, v�o reduzir drasticamente sua vida �til, por isso recomendam
fazer uma mistura em seu funcionamento, se for realizada uma carga com poucos
amperes, uma descarga com muitos amperes , com isso
voc� ter� o dobro da vida �til de uma bateria, desta forma � essencial para
estender a vida �til das baterias dos nossos ve�culos el�tricos.
Palavras-chave: ve�culo; Armazenamento de energia; ve�culo el�trico;
meio Ambiente; estimativa da bateria..
Introducci�n
Desde los a�os 70, cuando tuvo lugar la 1� crisis del petr�leo, se
comenz� a tener una inquietud acerca del futuro de dicha energ�a, llegando al
punto de iniciar una b�squeda de nuevas fuentes de energ�a, m�s baratas y que
pudieran ser obtenidas de forma m�s independiente. Dicha crisis, junto con los
estudios realizados durante los a�os 80 y 90 sobre la contaminaci�n en el
planeta, especialmente el denominado �efecto invernadero�, que podr�a acabar
con la capa de ozono de la atm�sfera debido al excesivo uso de todo tipo de
gases, dio pie a una nueva conciencia relativa a la investigaci�n sobre el uso
de energ�as renovables m�s favorables con el medio ambiente (Pelayo, 2013).
Junto con esos estudios, otra raz�n que impuls� el inicio de la investigaci�n
de veh�culos el�ctricos ha sido el hecho de que cada vez quedan menos reservas
de petr�leo, lo que aumenta su precio considerablemente (Chowdhury et al.,
2018)
El comportamiento medioambiental de los veh�culos el�ctricos est�
directamente relacionado con la combinaci�n de electricidad que se utiliza
durante el proceso de carga. Hoy en d�a, con un aumento constante de la
electricidad renovable que se est� introduciendo, su uso no siempre es �ptimo
(Oliveira et al., 2015). Con las crecientes demandas de energ�a, se requieren
nuevas qu�micas de bater�a m�s all� de la tecnolog�a de iones de litio para
hacer frente a un mayor consumo de energ�a y promover la electrificaci�n del
veh�culo. En particular, las �reas de conocimiento relacionadas con los
veh�culos el�ctricos han ganado importancia en todas las tecnolog�as de bater�as
examinadas, lo que refleja el impulso para producir sistemas de bater�as de
alta energ�a (Aaldering & Song, 2019).
Los veh�culos el�ctricos (VE) ya fueron testados antes de los propios
veh�culos de combustible. Sin embargo, fueron desplazados por estos �ltimos
debido a que necesitaban un enorme tiempo de recarga para un �ptimo
funcionamiento y a la dificultad para almacenar grandes cantidades de energ�a,
lo cual sigue siendo hoy en d�a el principal problema (Pelayo, 2013). La cadena
energ�tica que conduce a la alimentaci�n de cualquier veh�culo el�ctrico,
coche, autob�s, furgoneta, etc., parte de la generaci�n de energ�a primaria
atendiendo a la estructura mixta que suponen las distintas centrales, la cual a
su vez var�a seg�n los entornos geogr�ficos de referencia (Martin y Bargallo
Pernina, 2015; Pfleging, 2021).
Tabla 1 Datos de
funcionamiento de veh�culos el�ctricos (Fierro y Siguenza, 2017)
CARACTERISTIC
AS |
KIA SOUL |
BYD E5 |
RENAUL T KANGOO |
NISSAN LEAF |
RENAULT TWIZY |
Tipo de Motor
el�ctrico |
Motor el�ctrico
s�ncrono de im�n permanente |
Motor s�ncrono de imanes permanentes |
Motor
El�ctrico 2.4 (S�ncrono reversible) |
Motor
s�ncrono de corriente el�ctrica |
motor
el�ctrico as�ncrono |
Tipo de
corriente |
AC |
AC |
AC |
AC |
AC |
Potencia
m�xima CV |
109CV |
107CV |
60 CV |
109CV |
17 CV |
Potencia
m�xima kW/rpm |
81.4 kW/rpm |
160 kW/rpm |
44 kW/rpm |
80 kW/rpm |
13 Kw/rpm |
Par m�ximo |
285 Nm/rpm |
310 Nm/rpm |
226 Nm/rpm |
254 Nm/rpm |
57Nm/rpm |
Velocidad
m�xima |
145 km/h |
130 km/h |
130 km/h |
150km/h |
80km/h |
Aceleraci�n
de 0-100 km/h |
11.2 s |
14 s |
20,3 s |
* |
0 a 45 km/h en 6,1
segundo |
Consumo
el�ctrico |
21 kWh cada 100 km |
* |
155 Wh/km |
20,4 kWh cada 100 |
63 Wh/km |
Autonom�a
NEDC o EPA |
212 km |
220 km |
170 km |
117km |
100km |
El reemplazo de autom�viles convencionales por veh�culos el�ctricos de
bater�a (BEV) ofrece una oportunidad para reducir significativamente las
futuras emisiones de di�xido de carbono (Gorlin et al., 2016; Bebelis et al.,
2013). Los veh�culos el�ctricos (EV) se han desarrollado recientemente en
niveles avanzados y, en particular, tambi�n se han desarrollado tecnolog�as de
bater�as. Aunque se ha avanzado en el desarrollo de la tecnolog�a de la
bater�a, el uso no acompa�a por completo al consumo de energ�a (Udhaya Sankar
et al., 2019)..
A inicios del 2016 se inici� en Ecuador la comercializaci�n de veh�culos
100% el�ctricos para venta directa a usuarios en dos concesionarios locales, en
otros casos se deb�a recurrir a procesos de importaci�n a trav�s de agencias a
fin de acceder a este tipo de movilidad. En funci�n de esta opci�n se considera
5 veh�culos el�ctricos, en la tabla 1 se menciona varios veh�culos. Estos
veh�culos tipos: biplaza, sedan o todoterreno, cuentan con un motor s�ncrono en
su mayor�a y potencias de 17 a 109 CV, y desarrollan velocidades hasta de 145
km/hr (Fierro y Siguenza, 2017). En este trabajo se aprecia varias
caracter�sticas de la estimaci�n y recuperaci�n del sistema de almacenamiento,
adem�s de su evoluci�n en la aplicaci�n de los veh�culos el�ctricos.
Estimaci�n del sistema de almacenamiento
en prototipos de veh�culos el�ctricos
Las bater�as son la fuente de energ�a para cualquier veh�culo el�ctrico,
a una velocidad, un voltaje mayor aumenta el rango y puede aumentar el par de
torsi�n ascendente, sin embargo, un voltaje mayor no lo hace, se necesita una
bater�a de tama�o compacto para instalar en el scooter. El rendimiento del
motor var�a con la carga aplicada, se asumi� que el peso colocado en el motor
es de 110 kg, siendo el total del conjunto del scooter que incorpora el motor,
chasis, bater�a y adicionalmente el del usuario. El scooter contiene una
bater�a de plomo-�cido de capacidad 24v, 10Ah; por lo tanto, se puede cargar de
200 a 250 Wh, funcionando a una velocidad adecuada de 15 km / h (Ganesh Murali
et al., 2021). En suma, de veh�culos similares un modelo impulsado por dos
motores BLDC colocados en las ruedas traseras controlados independientemente
por un controlador no lineal denominado Backstepping. El modelo se simul� a
trav�s del entorno Matlab/Simulink, para ello la bater�a se someti� a
diferentes condiciones (carga y velocidad) y lleg� mostrar un resultado en la
tabla 2 (Chergui, Nasri y Korhan, 2020).
Tabla 2. Variaci�n de la
corriente de la bater�a, potencia de la bater�a y SOC, en diferentes fases de
trayectoria.
Tiempo (s) |
CONSUMO DE
BATER�A |
|||||
Intensidad
(A) |
Potencia (W) |
SOC (%) |
||||
|
PI |
Backstepping |
PI |
Backstepping |
PI |
Backstepping |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
50 |
50 |
1 |
6,72 |
4,31 |
1432 |
921 |
49,98 |
49,99 |
6 |
17,03 |
12,06 |
3561 |
2551 |
49,89 |
49,91 |
20,18 |
21,68 |
18,44 |
4454 |
3815 |
49,37 |
49,39 |
25,17 |
5,5 |
8,69 |
1144 |
1805 |
48,97 |
49 |
Fuente: (Chergui, Nasri y
Korhan, 2020).
La simulaci�n para la estimaci�n de una bater�a energ�tica contribuy� a
predecir el comportamiento que esta tendr�, cuando se encuentren funcionando en
el veh�culo el�ctrico. El modelado de la bater�a es un proceso complejo, sus
reacciones qu�micas son dif�ciles de predecir, y estas var�an en funci�n de
ciertos par�metros como: la temperatura, el uso que se le haya dado, o tambi�n
puede ser el tiempo que se mantengan funcionando, pero para este proyecto se
utilizar� un modelo sencillo que garantiza buenos resultados. Para calcular la
tensi�n del circuito abierto, que depende de la profundidad de descarga (DoD),
y del estado de carga (SoC), siendo SoC=1- DoD, el bloque de configuraci�n de
las bater�as que viene dado por el esquema planteado en la figura 1 (Moreno,
2015).
Figura 1. Bloque de
constantes para la configuraci�n de la bater�a (Moreno, 2015)
Para ingresar en Simulink, se necesita integrar el resultado en funci�n
del tiempo, como se observa en la figura 2. Para el bloque de estado de carga,
se necesit� dividir la carga entre la capacidad original de la bater�a, una vez
realizados todos los bloques, se procedi� a la uni�n de todos ellos, teniendo
en cuenta que es necesario unir la salida del estado de carga (SoC) con la
entrada de tensi�n del circuito abierto y se tiene como resultado el porcentaje
del estado de carga de la bater�a en cada instante del tiempo que dura la
simulaci�n (Moreno, 2015)
Figura 2. Bloque de
carga (Moreno, 2015)
La bater�a del transporte el�ctrico es el n�cleo de la vida �til de la
bater�a del veh�culo el�ctrico y la estabilidad del rendimiento, por lo cual el
soporte o la ca�da de su rendimiento determina la calidad general del veh�culo
el�ctrico. Los cargadores de autom�viles el�ctricos est�n afectando de manera
directa la eficiencia y la vida �til de la bater�a. Este dise�o utiliz� el
microordenador de un solo chip como control primordial, capacidad de control de
microcontrolador confiable, el puerto de E/S y los beneficios de bajo voltaje y
bajo consumo de energ�a. Este dise�o realiz� una carga r�pida y pudo alimentar
autom�ticamente el cargador del veh�culo el�ctrico anal�gico, para que el
proceso sea m�s seguro, por lo cual se puede utilizar extensamente (Wang y Wu,
2016).
Las estimaciones del estado de carga (SOC) y del estado de salud (SOH)
de la bater�a de iones de litio son importantes en un sistema de gesti�n de
bater�as. En este art�culo, se presenta un m�todo para la estimaci�n conjunta
de SOC y SOH basado en un observador de modo deslizante dual (DSMO)
considerando el factor de desvanecimiento de la capacidad. Se construye un
modelo de circuito equivalente con una red de condensadores y resistencias para
representar los comportamientos din�micos de las bater�as de iones de litio.
SOC y SOH no son variables medibles y deben estimarse, por lo tanto, los
observadores deben reconstruir los estados y par�metros internos del sistema.
El diagrama de bloques de DSMO para la estimaci�n conjunta de SOC y SOH se
muestra en la figura 3 (Chen, Ma y Chen, 2018).
Figura 3. Diagrama
de bloques de DSMO para estimaci�n de SOC y SOH (Chen, Ma y Chen, 2018).
El modelo de bater�a propuesto y el DSMO son programados por Matlab /
Simulink, debe verificar la viabilidad de la estimaci�n conjunta de SOC y SOH
basada en DSMO. Las simulaciones basadas en DSMO se llevan a cabo en el ciclo
de pruebas urbanas est�ndar japon�s JC08. El valor SOC de la bater�a disminuy�
del 81,5% al 73,4%, el SOC estimado sigue de cerca la referencia y el error de estimaci�n
del SOC converge a61%. Adem�s, los resultados de la simulaci�n de la estimaci�n
de SOH basada en DSMO se muestran en la figura 4. El error de estimaci�n de SOH
es cercano a cero, lo que significa que el DSMO propuesto tiene una alta
precisi�n de estimaci�n y un buen rendimiento de seguimiento (Chen, Ma y Chen,
2018).
Figura 4. Resultados
de SOH estimados bajo JC08 (Chen, Ma y Chen, 2018).
En el siguiente estudio, se simul� en la plataforma MATLAB-Simulink, los
componentes relevantes del sistema el�ctrico, as� como se identificaron las
ecuaciones correspondientes para la verificaci�n de este. El controlador de
carga de la bater�a es una herramienta responsable de la longevidad de las
bater�as, su importancia radica en emplear un sistema de gesti�n (BMS) de
bater�a en el dise�o de BEV's de sistema el�ctrico. Un BMS muestra el voltaje
de la bater�a, la corriente, temperatura, estado de carga (SoC), medici�n y el
equilibrio celular. El estado de carga expresa la capacidad restante de la
bater�a que podr�a verse afectada por la temperatura, la tasa de descarga y
duraci�n de la bater�a. La relaci�n entre la carga residual disponible y la
capacidad nominal es el SoC (Abulifa et al., 2018). En la figura 5, el voltaje
y la corriente de la bater�a est� expuesta, la curva de corriente de la bater�a
sigue al motor y las curvas de par requeridas vencen al aumento en la demanda
de par, pudiendo notar el aumento de corriente de la bater�a (Abulifa et al.,
2018).
Figura 5. Resultados
de voltaje y corriente (Abulifa et al., 2018).
La simulaci�n de BMS, sistema que gestiona una bater�a recargable. Para
veh�culos el�ctricos, todo el modelo y todos los dem�s bloques funcionales de
BMS se implementan en la caja de herramientas Simulink de MATLAB. El BMS se
implement� para proteger la bater�a y que funcione m�s all� de sus l�mites de
seguridad, monitoreando su estado de carga (SoC) y su estado de salud (SoH). El
FLC (Controlador de l�gica Difuso) est� dise�ado para estimar la SoC de bater�a
de plomo �cido, denotando que la vida �til de la bater�a se reduce con el
aumento de temperatura, o a su vez esta se acorte seg�n su tiempo de uso. Con
los resultados obtenidos en la figura 6, se concluye que el modelo implementado
en MATLAB, tiene un sistema de gesti�n muy eficiente para indicar el estado de
la bater�a SoC y SoH (Kumar, Khare y Chaturvedi, 2016).
Figura 6. Vida �til
de bater�a vs temperatura (Kumar, Khare y Chaturvedi, 2016).
El conjunto de bater�a que simula el comportamiento de una bater�a real
y genera se�ales que llevan informaci�n sobre el estado de la bater�a para el
controlador de carga, el alcance y configuraci�n del solucionador requerido
para los modelos correctos. El resultado pr�ctico de la investigaci�n es el
modelo inform�tico del dispositivo de carga de bater�a multifuncional destinado
a la prueba virtual de los par�metros del sistema de control bajo diferentes
estrategias de carga y algoritmos de control (Martyanov, Solomin y Korobatov,
2015). En el mismo sentido, el an�lisis de datos para Li-Ion, los an�lisis
basados en la entrada y salida de los par�metros de descarga se procesaron en
SimulinkMATLAB. Calculando la carga actual que utiliza el tel�fono celular, cuando
se usa para llamadas, internet en WiFi y visualizaci�n de pel�culas es de
aproximadamente 0.24A, 0.25A y 0.26 A respectivamente. El esquema se traz� en
la biblioteca Simulink con una corriente de descarga cargada de 0,24 A, 0,25 A,
0,26 A y 0,1 A, respectivamente (Kurniawan et al., 2016). Adem�s, la primera
secci�n representa la ca�da de voltaje exponencial cuando la bater�a est�
completamente cargada. El ancho de esta regi�n es de unos veinte minutos, la
segunda secci�n representa la carga que se pudo extraer de 1.2661 Ah, en m�s de
dos horas. Simulink proporciona un entorno para el an�lisis de la descarga de
la bater�a de iones de litio como se observa en la figura 7. Las bater�as de
iones de litio tienen ventajas en voltaje constante, voltaje exponencial y
descarga de corriente nominal, la recomendaci�n para futuros estudios e
investigaciones es hacer un an�lisis completo, no solo de descarga sino tambi�n
de las caracter�sticas de carga (Kurniawan et al., 2016).
�
Figura 7.
Caracter�stica de descarga a la corriente nominal (Kurniawan et al., 2016).
En el mismo sentido se discute el estado de carga de la bater�a de iones
de litio modelada por Matlab / Simulink. El dise�o y la simulaci�n de la
bater�a de iones de litio de carga multiestado basada en el paquete de opciones
con las que trabaja el software se muestra en la figura 8, en donde la
caracter�stica del modelo de bater�a es de 12 voltios y 30 Ah. El estado de
carga (SOC) se mide y se aplica para evaluar la caracter�stica de carga /
descarga de la bater�a. Los m�ltiples estados de carga aplicados para llenar la
capacidad de la bater�a se eval�an con el fin de lograr una alta eficiencia.
Los resultados de la simulaci�n de carga en el nivel de bater�a voltaje, SOC,
corriente de carga normal y carga multiestado con Vth = 11,5V y Vth = 12,5V se
pueden apreciar en la figura 9 (Poonsuk y Pongyupinpanich, 2017).
Figura 8. Carga en
el nivel de bater�a voltaje, SOC y corriente de carga (Poonsuk y
Pongyupinpanich, 2017).
El siguiente art�culo realiza la simulaci�n de una bater�a ZEBRA
mediante el entorno MATLAB/Simulink. El objetivo principal de este trabajo es
desarrollar un procedimiento operativo est�ndar para el dise�o, simulaci�n y
an�lisis de bater�as para Veh�culos El�ctricos H�bridos. El modelo consta de
una fuente de voltaje ideal (EO) y una resistencia en serie interna equivalente
constante (ESR), as� mismo puede aumentar la vida �til de la bater�a en un 15%,
lo que a su vez tiene un gran impacto en el costo de mantenimiento de los
veh�culos el�ctricos. El modelo de bater�a Zebra propuesto en la figura 9, se
puede analizar en el futuro en el modo t�rmico para reducir la temperatura, lo
que mejora a�n m�s el rendimiento (VimalRaj et al., 2019).
Figura 9. Modelo
simulink de sistema h�brido (VimalRaj et al., 2019).
Se analiza un modelo emp�rico de envejecimiento para una celda de �xido
de litio y manganeso, que se basa en mediciones de envejecimiento. Al
principio, se comparan los dos modelos PMSM diferentes en cuanto a precisi�n y
tiempo de c�lculo, posteriormente los resultados del modelo de bater�a para el
envejecimiento del calendario se comparan con el envejecimiento medido, al
final se mostraron los resultados generales del modelo para el tren motriz. Los
modelos PMSM se implementaron y probaron utilizando una parte del ciclo de
certificaci�n de emisiones de motocicletas armonizado en todo el mundo (WMTC),
que se redujo para adaptarse a la potencia del scooter. En la figura 10, la
velocidad de rotaci�n resultante ωmech se visualiza, la l�nea punteada
roja muestra la demanda de velocidad y la l�nea continua la velocidad alcanzada
ωt cuando se usa el modelo sin inversor destinado a un horizonte de
simulaci�n largo (Rechkemmer, Zhang y Sawodny, 2017).
Figura 10. Velocidad
Wmech resultante (Rechkemmer, Zhang y Sawodny, 2017).
Uno de los desaf�os que enfrentan las bater�as de iones de litio es la
degradaci�n. La predicci�n precisa de la vida �til restante de la bater�a es
esencial para que el sistema de gesti�n de la bater�a garantice un funcionamiento
confiable y un mantenimiento oportuno, y tambi�n es fundamental para las
aplicaciones de la bater�a de segunda vida. Despu�s de presentar los mecanismos
de degradaci�n, este documento proporciona una revisi�n completa y oportuna de
enfoques h�bridos, basados en modelos y basados en datos para el pron�stico de
la vida �til de la bater�a (Hu et al., 2020)
Prueba de autonom�a de las bater�as
Los veh�culos el�ctricos presentan ventajas indiscutibles frente a los
veh�culos de combusti�n interna especialmente en el tema ambiental, sin
embargo, todas estas ventajas se ven opacadas por la autonom�a que puede
brindar la bater�a del veh�culo el�ctrico, el combustible de un veh�culo
convencional se lo puede cargar en cuesti�n de minutos, pero la energ�a de las
bater�as requiere algunas horas para que puedan estar en �ptimas condiciones de
funcionamiento (Colomer Ferr�ndiz, Saiz Gabald�n y Colomer Font, 2016). Para la
prueba de la autonom�a de la bater�a se utiliza la siguiente ecuaci�n, donde: 𝐶𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎= capacidad de la bater�a; 𝐶𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜=capacidad promedio; 𝑣𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜=velocidad promedio
��������������������������������������� 𝑪𝒃𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂 ∗ 𝑽𝒑𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐
𝑨𝒖𝒕𝒐𝒏𝒐𝒎𝒊𝒂 =
�������������������������������������������������
𝑪𝒑𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐
Esta ecuaci�n sirve para encontrar la autonom�a del veh�culo mediante
c�lculos, se tiene que comprobar dicha autonom�a en diferentes ciclos de
conducci�n, esto debido a que en estos se encontraran con pendientes y los
distintos tipos de carreteras, la vida �til de las bater�as es a�n un problema,
ya que no pueden otorgarle un sistema de recarga, ni de protecci�n a las
bater�as, es por ello por lo que se vuelve primordial el uso adecuado de las
bater�as en cuanto a un modelo de conducci�n adecuado para otorgar una
autonom�a aceptable.
El sistema de almacenamiento de energ�a es el sistema m�s importante, ya
que cumple funciones como manejar y determinar el flujo de energ�a, es por ello
por lo que la bater�a de los motores el�ctricos es el principal tema de
estudio, y el constante avance por mejorar autonom�a y brindar m�s capacidad de
almacenaje (Sharma, Panwar y Tripathi, 2020). Hoy en d�a tenemos en nuestros
medios diversos tipos de bater�as clasificadas entre bater�as primarias,
secundarias y supercondensadores, las cuales funcionan a trav�s de un
electrolito, que se encarga de permitir el desplazamiento de electrones a
trav�s de reacciones qu�micas, hoy existen muchos almacenadores de energ�a
(Sharma, Panwar y Tripathi, 2020). Es por ello que para su an�lisis no solo se
enfoca en componentes individuales de la bater�a o solo su comportamiento en
sus terminales, para obtener un resultado diferente e �ntegro se requiere
modelar el flujo de energ�a absorbido y entregado por la bater�a, es decir se
necesita el modelo el�ctrico din�mico, para no solo analizar el comportamiento
el�ctrico y t�rmico en sus ciclos de descarga y carga, sino tambi�n se puede
generar una configuraci�n la cual permita con su modelo analizar distintos
veh�culos el�ctricos e h�bridos, el mismo modelo ayudara a la creaci�n al
desarrollo de un nuevo veh�culo el�ctrico el cual podr� evitar estudios de
autonom�a y menorar tiempos de an�lisis individuales, por el hecho de ya poseer
un modelo de configuraci�n adecuada (Benabdelaziz y Maaroufi, 2017).
Recuperaci�n de energ�a de bater�as
Se denomina ciclo de vida de la bater�a a la descarga completa y luego
de recarga completa. El rango de vida de una bater�a esta aproximadamente entre
los 2000 y 8000 ciclos y en promedio el tiempo de vida de una bater�a esta
aproximadamente en el rango de 18 meses a 36 meses. Al llegar a su vida �til
estas no mueren, sino que su eficiencia columbia se va deteriorando
considerablemente es decir la carga de la bater�a a descargarse m�s r�pido y su
capacidad de recarga disminuye por completo. La carga repetida debilita a la
bater�a, as� como el calentamiento repetido, con la finalidad de reducir los
efectos adversos producidos por la carga repetida se recomienda utilizar
cargadores bater�as establecidos por el fabricante, como referencia se tiene la
figura 11(Guambo Daquilema, 2019).
Las bater�as, son consideradas como las bater�as recargables, las cuales
permiten un almacenamiento, y un sistema de carga y descarga para mejorar el
rendimiento de un veh�culo el�ctrico, en la tabla 3 se aprecia las reacciones
de energ�a electroqu�micas (Park, 2012).
Figura 11. Ciclo de
vida de la bater�a (Guambo Daquilema, 2019)
Tabla 3 Bater�as
Secundarias (Sharma, Panwar y Tripathi, 2020)
Bater�as secundarias |
Material del c�todo |
Material del �nodo |
Electrolito /
reacci�n |
Voltaje
nominal (V) |
Capacidad pr�ctica (W � h / kg) |
Plomo-�cido |
PbO 2 |
Pb |
H 2 SO 4
soluci�n acuosa Pb + SO 4
2− ↔ PbSO 4 + 2e - (�nodo) PbO 2 + 4H + + SO 4 2− + 2e - ↔ PbSO 4� + 2H 2 O
(c�todo) PbO 2 + 2PbSO 4� +
Pb ↔ PbSO 4 + 2H 2 O
(reacci�n total) |
2 |
30�50 |
Niquel Cadmio |
NiOOH |
CD |
Soluci�n
acuosa de KOH Cd + 2OH -
↔ Cd (OH) 2 + 2e - (�nodo) 2NiOOH + 2H 2
O + 2e - ↔ 2Ni (OH) 2 + 2OH
- (c�todo) 2NiOOH + Cd +
2H 2 O ↔ Ni (OH ) 2 + Cd (OH) 2
(reacci�n total) |
1.2 |
50 |
Hidruro de n�quel-metal |
NiOOH |
Aleaci�n de
hidr�geno adsorbido |
Soluci�n
acuosa de KOH H 2 + 2OH -
↔ 2H 2 O + 2e - (�nodo) 2NiOOH + 2H 2
O + 2e - ↔ 2Ni (OH) 2 + 2OH
- (c�todo) 2NiOOH + H 2
↔ 2Ni (OH) 2 (total reacci�n) |
1.2 |
100 |
Iones de
litio |
LiCoO 2 |
C + Li / Li |
Electrolito
org�nico con sal de litio Li (C) ↔ Li (1- x ) (C) + x Li + + x e - (�nodo) x
Li + + x e - + Li (1- x ) CoO 2 ↔ LiCoO 2 ( c�todo) Li (C) + Li
(1- x ) CoO 2 ↔ LiCoO
2 (reacci�n
total) |
3.6 |
150-200 |
Litio-azufre |
S |
Li |
Electrolito
l�quido Li 2 S 8 + 2e
- + 2Li + ↔ 2Li 2 S 4 Li 2 S 4 + 2e - + 2Li + ↔ 2Li 2 S 2 Li 2 S 2 +
2e - + 2Li + ↔ 2Li 2 S |
2.15 |
2600�2800 |
Litio-aire |
LiCoO 2 |
C |
Electrolito
l�quido o en gel 2Li + O 2 ↔ Li 2 O 2 4Li + 6H 2 O
+ O 2 ↔ 4 (LiOH � H 2 O) |
3.1 |
3620�5200 |
Es por ello por lo que al analizar el veh�culo el�ctrico con bater�as de
Plomo-�cido, como Li-ion obtuvimos una eficiencia de ambos tipos de bater�as muy
semejante, pero las pruebas y ciclos de conducci�n realizados otorg� mejores
resultados y m�s aceptables con las bater�as de Li-ion, por muchos factores
como por ejemplo peso que es un factor muy importante en un tren de potencia de
motor el�ctrico, as� como la eficiencia de sistema que permite entregar la
potencia y torque sin p�rdidas, y la eficiencia del sistema de almacenamiento,
que nos otorga mayor autonom�a, mejorando nuestros ciclos de conducci�n, como
se puede observar en la tabla 4. Seg�n Soares Dos Santos et al., (2020) se pudo
demostrar que �en las aplicaciones de dos bancos de bater�as, en momentos en
los que se necesitaban picos de velocidad superiores a 78,5 km / h, el veh�culo
con la arquitectura propuesta no pod�a cumplir con la solicitud�, de la misma
manera al analizar la temperatura de funcionamiento encontramos que las
bater�as de plomo-�cido trabajan con temperaturas m�s bajas que las de Li-ion,
lo mismo que no se presenta como un inconveniente puesto que tienen rangos de
temperatura de trabajo diferentes y esto no se presenta como una falla o
inconveniente (Soares Dos Santos et al., 2020), de esta forma se rompen
barreras para la comercializaci�n de los veh�culos el�ctricos, h�bridos o
enchufables en el parque automotor ecuatoriano puesto que despu�s de todo el
an�lisis se observa de manera global que los avances continuos en bater�as est�
superando a los sistemas de los MCI (Cueva S�nchez et al., 2018).
Tabla 4: Comparaci�n de los
par�metros de los modelos propuestos (Soares Dos Santos et al., 2020)
Tipo de
arquitectura de simulado |
Eficiencia del motor (%) |
Eficiencia desde el banco de pilas
(%) |
Peso del
veh�culo (Kg) |
Peso del
banco de pilas (Kg) |
Plomo �cido
Pb |
82 |
77 |
1,583 |
275 |
Ion litio
(Li- ion) |
82 |
88 |
1,372 |
64 |
MCI |
22 |
- |
1,467 |
- |
El desarrollo de bater�as mejoradas de litio y azufre, nuestro trabajo
se centra en la comprensi�n mec�nica de los procesos que ocurren dentro de la
bater�a. En particular, estudiamos el mecanismo del proceso de carga y
obtenemos informaci�n resuelta espacialmente sobre los intermedios en soluci�n
y en fase s�lida en dos ubicaciones de una bater�a Li2S-Li en funcionamiento:
el c�todo y el separador. Utilizando los datos generados, identificamos un
mecanismo de carga en un electrolito est�ndar basado en DOL-DME, que es
consistente tanto con el primer proceso de carga como con los posteriores
(Gorlin et al., 2016).
Existe una soluci�n al cambiar su arquitectura para acoplar la bater�a
con un supercondensador para tener un ciclo de bater�a de alta velocidad y una
mejor capacidad. Un supercondensador proporciona m�s energ�a a la bater�a en
caso de que se necesite m�s energ�a. En este dise�o y arquitectura, el
supercondensador y la bater�a se consideran unidades diferentes y, desde el
punto de vista de la ingenier�a el�ctrica, se considera un sistema h�brido
(Udhaya Sankar et al., 2019).
Uno de los problemas clave es el consumo de energ�a no mon�tono
acompa�ado de cambios frecuentes durante el proceso de descarga de la bater�a.
Una soluci�n pr�ctica es acoplar la bater�a con un supercondensador, que es
b�sicamente una celda electroqu�mica con una arquitectura similar, pero con una
capacidad de velocidad m�s alta y mejor ciclabilidad. En este dise�o, el
supercondensador puede proporcionar el exceso de energ�a requerida mientras la
bater�a no lo hace. Adem�s de la bater�a y el supercondensador como unidades
individuales, el dise�o de la arquitectura del sistema h�brido correspondiente
desde el punto de vista de la ingenier�a el�ctrica es de suma importancia
(Kouchachvili et al., 2018).
Los procesos que empleaban una combinaci�n de procesamiento mec�nico y
pasos hidro y pirometal�rgicos parec�an capaces de obtener materiales adecuados
para la (re) fabricaci�n de bater�as de iones de litio. Por otro lado, los
procesos que se basan en pasos pirometal�rgicos son robustos, pero solo capaces
de recuperar componentes met�licos (Vel�zquez-Mart�nez et al., 2019).
Los nuevos sistemas electroqu�micos basados en bater�as para la
recuperaci�n de litio se han considerado m�todos prometedores de recuperaci�n
de litio, aunque no se han considerado para aplicaciones de agua de mar debido
a la concentraci�n extremadamente baja de Li +. ac� se mira la capacidad de capturar
Li + en un per�odo de tiempo sustancialmente corto en comparaci�n con los
procesos convencionales a una velocidad al menos 3 veces m�s r�pida que la de
los procesos de adsorci�n, y nuestro enfoque no requiri� productos qu�micos
�cidos o t�xicos a diferencia de otras tecnolog�as de recuperaci�n. Adem�s,
mediante el funcionamiento consecutivo del sistema, se obtuvo una soluci�n de
recuperaci�n de litio que conten�a 190 mM de Li + con solo un peque�o consumo
de energ�a (3,07 Wh gLi-1), y la pureza de Li + se increment� al 99,0% (Kim et
al., 2019).
El aumento de las prestaciones electroqu�micas debido al texturizado
l�ser de los materiales de almacenamiento de energ�a est� probado actualmente a
escala de laboratorio. Se presentar� el procesamiento l�ser de componentes de
electrodos, a saber, colectores de corriente, �nodos y c�todos. Se generaron
diferentes tipos de arquitecturas de electrodos, como agujeros, rejillas y
l�neas; se ilustra su impacto en el rendimiento de la bater�a. El aumento del
rendimiento de la bater�a se activa al controlar la cin�tica de difusi�n de
iones de litio en electrodos porosos llenos de electrolito l�quido (Pfleging,
2021).
M�todos de recuperaci�n de energ�a
Estimaci�n de la bater�a SOC para un veh�culo el�ctrico h�brido usando
el m�todo de recuento de Culombio. En la actualidad los veh�culos el�ctricos
poseen la aceptaci�n de un gran n�mero de transportistas y peatones como una
tecnolog�a prometedora para la reducci�n de emisiones de gases de efecto
invernadero los cuales son muy perjudiciales para el medio ambiente, los
veh�culos el�ctricos de encuentran como principales pioneros para desarrollar
un sistema de transporte aut�nomo. Actualmente la principal tecnolog�a de
almacenamiento de energ�a que se utilizan en veh�culo el�ctricos son las
bater�as de iones de litio, el avance de la tecnolog�a ha permitido aumentar la
autonom�a y prestaciones de estas bater�as. Para poder evaluar las prestaciones
que nos brinda los veh�culos el�ctricos es necesario disponer de modelos que realizan
simulaciones reales tanto de las bater�as como del mismo veh�culo el�ctrico. La
autonom�a que puede brindar un veh�culo el�ctrico es considera como el punto
clave, tanto para el desarrollo como para la comercializaci�n de estos. La
autonom�a que pueda brindar las bater�as est� relacionada con la cantidad de
energ�a almacenada y la energ�a restante que dispone la bater�a, que es el
estado de carga (SOC). Los veh�culos el�ctricos requieren una fuente de
alimentaci�n a bordo, el cual suministre la energ�a al motor y este pueda
proporcionar movimiento al veh�culo. Las bater�as electroqu�micas han venido
realizando ese papel, actualmente estas bater�as est�n sujetas a un rendimiento
en termino de volumen de energ�a y masa. Una carga y descarga inadecuada producir�n
una ca�da en el rendimiento de la bater�a, reduciendo considerablemente su vida
�til y el correcto funcionamiento de esta, el SOC indica c�mo mejorar una
bater�a, su confiabilidad, extender su vida �til y optimizar la estrategia de
distribuci�n de energ�a de los veh�culos (Zine et al., 2018).
El m�todo de integraci�n de corriente (m�todo de columbio), se basa en
el n�mero de amperios- hora dentro y fuera de la bater�a del veh�culo
el�ctrico. La precisi�n del m�todo depende del sensor de corriente, la
eficiencia coulombica debe ser reflejada en el m�todo de recuento de columbio
dependiendo de la carga y descarga de la bater�a. Para La determinaci�n del
estado de carga se requiere el conocimiento del estado de carga inicial, la
estimaci�n de la bater�a pro este m�todo se define de la siguiente manera (Zine
et al., 2018). Mientras el estado de carga inicial sea conocido el m�todo de
recuento de culombios se vuelve bastante exacto, pero, si no se tiene el estado
de carga inicial el m�todo se vuelve menos preciso. Adem�s, la eficiencia
coulombica que nos ofrece la bater�a depende mucho de las condiciones de
funcionamiento como la temperatura, la corriente, etc. El m�todo de recuento de
culombio es utilizado ampliamente debido a su simplicidad y efectividad ya que
fue probado en varios experimentos en bater�as de ion-litio (Zine et al.,
2018).
M�todo experimental. La bater�a utilizada para este estudio es una
bater�a AGM Plomo-acido con voltaje nominal de 12V y una capacidad de 100Ah.
Tabla 5: Caracter�sticas de
la bater�a
par�metro |
valor |
Fabricante |
VISION |
Modelo |
6FM100E-X |
Capacidad
nominal |
100Ah |
Voltaje
nominal |
12V |
Cargando/
descargando |
Tensi�n de
corte (13,8/10,8 V) |
Corriente de
carga recomendada (0.25C) |
25 A |
Corriente de
descarga m�xima |
(tiempo corto<5s)900A |
Vida de
dise�o |
10 a�os |
Temperatura
de funcionamiento (carga/descarga) |
-10C� -60C�/
-20C� -60C� |
Material de
la carcasa |
ABS |
Peso |
29 Kg |
Proceso de carga y descarga, Se realiza la carga de la bater�a con una
fuente de energ�a estable, esta fuente se regula a 14 voltios y a unos 5,5 A y
se mide respectivamente el voltaje y la corriente utilizando un mult�metro y un
sensor de pasillo cada 10 minutos hasta que la bater�a este completamente
cargada. Al momento de desconectar la bater�a, debe estar en 13,92V y 0,89A,
esta prueba se lo realiza durante 5 d�as lo que equivale a 91 080 segundos o
23.5 horas, la resistencia variable es conectada a la bater�a a una temperatura
ambiente, la resistencia se regula a 10 Amperios en el proceso de descarga y el
valor de esta resistencia no var�a durante este proceso. Adem�s, el voltaje y
corriente de la bater�a se miden cada 5 minutos, luego de 10 horas con 17
minutos la tensi�n de corte alcanza 10.8 V, al llegar a este valor se procede a
desconectar la resistencia, figura 12 (Zine et al., 2018; Cueva et al., 2018).
Figura 12. Banco de
Pruebas (Zine et al., 2018).
En el an�lisis de los factores que intervienen en el desgaste y
estimaci�n de las bater�as de ion-litio, para conocer las variables externas y
de estado interna con el que se pudo estudiar el comportamiento de las celdas
que componen una bater�a de ion-litio. Continuando con la parte del modelado
te�rico, se tom� en cuenta f�rmulas que permitieron calcular las variables de
las bater�as que afectan a los par�metros el�ctricos y t�rmicos de las celdas,
como se observa en la figura 13, con la ayuda del programa Matlab Simulink
(Pico, Pazmi�o y Ponce, 2021).
Figura 13. C�lculo de
carga y descarga (Pico, Pazmi�o y Ponce, 2021)
De estas f�rmulas se especifica que (i) representan la corriente de la
bater�a, (E) la tensi�n en los bornes, (EO) la tensi�n del circuito abierto,
(K) es la constante de resistencia, (QMAX) es la m�xima capacidad de la
bater�a, (A) es la tensi�n exponencial, (B) es la capacidad exponencial y el
(SoC) es el estado de carga. Tambi�n se toma en cuenta f�rmulas para la
representaci�n calor�fica en el simulado de bater�a (Pico, Pazmi�o y Ponce,
2021). Se especifica que (H) es el calor que se genera y (T) es la temperatura
de las celdas, est�s dos se las considera uniformes. La conexi�n de las celdas
se puede dar en serie o en paralelo dependiendo los resultados que se necesite
obtener de las bater�as, para este estudio se utiliz� la conexi�n en serie,
luego se procedi� a realizar las simulaciones en Matlab- Simulink, partiendo
como base los datos especificados de 15 celdas con una conexi�n en serie y una
intensidad de 55 Ah, que son con las que cuenta la bater�a utilizada para el
estudio. La primera parte consisti� en simular el desgaste prematuro de la
bater�a teniendo en cuenta las diferentes profundidades de descargas con lo que
se obtuvieron los resultados expresados en la figura 14 (Pico, Pazmi�o y Ponce,
2021).
�
Figura 14. Ciclos vs
profundidad de descarga (Pico, Pazmi�o y Ponce, 2021).
Las tres curvas tienen la siguiente descripci�n: curva celeste (100%),
curva naranja (90%) y la curva gris (80%), sometiendo cada una a diferentes
profundidades de descarga. Con esto se pudo deducir que con una carga de 90% y
una descarga de 80% se pudo lograr 3408 ciclos. En otro caso podemos observar
que cuando se carga 90% y se descarga un 20% se llegan a tener 662 ciclos.
Estos an�lisis permitieron deducir que, cuando la bater�a se carga a un l�mite
menor de su capacidad m�xima, se obtendr� un mayor n�mero de ciclos teniendo
una vida m�s prolongada. Las curvas obtenidas en la figura 15, muestran que las
bater�as de ion-litio con la carga y descarga del (80%) al (30%), representada
por la curva naranja, presentan un mayor n�mero de ciclos, obteniendo as� mayor
duraci�n que la curva celeste representada por un (80%) a (20%) (Ortega y
Gomez, 2019)
Figura 15. Barrido de
carga a diferentes "C" (Pico, Pazmi�o y Ponce, 2021).
Con los resultados obtenidos se demostr� que cuando las pilas secundarias
de ion-litio se someten a cargas y descargas muy r�pidas, reducir�n su vida
�til dr�sticamente, por lo que recomiendan hacer una mezcla en su
funcionamiento, si se realiza una carga con pocos amperios se debe realizar una
descarga con muchos amperios, con esto se obtendr� el doble de ciclos de vida
de una bater�a que si se realizara una carga y descarga con altas corrientes.
Tambi�n se confirm� que cuando las bater�as funcionan a una temperatura bajo
0�C, los ciclos de vida tambi�n disminuyen en gran cantidad, as� como tambi�n
sucede en el caso de trabajar a altas temperaturas, concluyendo as� que las
bater�as de ion-litio deben evitar ciclos de carga y descarga a temperaturas
muy bajas o altas para poder prolongar su vida �til (Pico, Pazmi�o y Ponce, 2021).
En la figura 16 se presente el voltaje de descarga en funci�n del
tiempo, si esta simulaci�n se compara con la hoja de datos podemos ver que
var�an ligeramente, esta variaci�n puede darse por la impresi�n al extraer los
par�metros del modelo de la bater�a. Al transcurrir las 10 horas el voltaje de
descarga se encuentra en 10.8 V y esto de lo denomina voltaje de corte, el 10.8
V no corresponde a la descarga completa pero este valor es adecuado para el
estado de carga m�nimo que se lo puede representar con casi el 20% (SOC=20%).
El an�lisis de la gr�fica 1-1 da a conocer que la descarga experimental se
ajusta a la simulaci�n, al final se apreciar que la tenci�n de 10.8 voltios se
alcanza luego de 10 horas con 17 minutos, esto indica que la capacidad de la bater�a
var�a seg�n los par�metros en la cual la bater�a est� funcionando, par�metros
como la temperatura, modo de carga, corriente de descarga etc. Adem�s, el
voltaje brindado por el fabricante est�n relacionadas con condiciones de
funcionamiento ideales (Zine et al., 2018). Para realizar la simulaci�n se
tomaron en cuenta las siguientes condiciones: 𝑆𝑂𝐶0 = 100%; 𝑉𝑑𝑖𝑠𝑖𝑛𝑡 = 12.6 𝑉; 𝑉𝑑𝑖𝑠𝑒𝑛𝑑 = 10.8 𝑉; 𝑇𝑑𝑖𝑠𝑠𝑢𝑚 = 36000 𝑠
El voltaje de carga en funci�n del tiempo, el valor de 12.6 voltios se
mantiene tanto para la simulaci�n y para la hoja de datos, esto se da por el
estado de carga inicial que es del 20%, el voltaje de carga aumenta r�pidamente
hasta llegar a estabilizarse en 13.8 voltios hay varios rangos en donde se
existen cambios notorios. La fase de carga depende de varios factores como lo
son la temperatura ambiental, voltaje y corriente de carga, modo de carga, etc.
Para evitar sobrecarga la bater�a, el voltaje que suministra el cargador es
cortado al verificar que la corriente es igual a 0.85 Amperios correspondiente
a un tiempo de 20 horas (Zine et al., 2018).
Figura 16. Voltaje de
descarga en funci�n del tiempo (Zine et al., 2018)
Conclusiones y recomendaciones
En este art�culo presentamos las aplicaciones, las prestaciones
electroqu�micas debido a los materiales de almacenamiento de energ�a esto pasa
por varios componentes como los electrodos, colectores de corriente, �nodos y
c�todos, que influyen directamente en el rendimiento de la bater�a, sin perder
de vista el electrolito l�quido de nuestros veh�culos el�ctricos.
Las bater�as de iones de litio son actualmente uno de los dispositivos
de almacenamiento de energ�a electroqu�mica m�s importantes, que alimentan los
veh�culos el�ctricos y algunas m�s que son requeridas para su optimizaci�n. La
conexi�n de las celdas se puede dar en serie o en paralelo dependiendo los
resultados que se necesite obtener de las bater�as, se aplica gran variedad de
modelos y simulaciones en Matlab- Simulink, con el fin de estimar la vida �til
y simularse el desgaste prematuro de la bater�a.
Se estableci� que cuando las pilas secundarias de ion-litio se someten a
cargas y descargas muy r�pidas, reducir�n su vida �til dr�sticamente, por lo
que recomiendan hacer una mezcla en su funcionamiento, si se realiza una carga
con pocos amperios se debe realizar una descarga con muchos amperios, con esto
se obtendr� el doble de ciclos de vida de una bater�a que si se realizara una
carga y descarga con altas corrientes. De forma general esto es esencial para
alargar la vida �til de las bater�as para nuestros veh�culos el�ctricos.
Referencias
1.
Aaldering, L. J., & Song, C. H.
(2019). Tracing the technological development trajectory in post-lithium-ion battery technologies: A patent-based approach. Journal of Cleaner Production, 241.
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118343
2.
Bebelis, S., Bouzek, K., Cornell, A., Ferreira, M. G. S., Kelsall,
G. H., Lapicque, F., Ponce de Le�n, C., Rodrigo, M.
A., & Walsh, F. C. (2013). Highlights during the development
of electrochemical engineering.
Chemical Engineering Research and Design, 91(10),
1998�2020. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2013.08.029
3.
Gorlin, Y., Patel, M. U. M., Freiberg, A., He, Q., Piana, M., Tromp,
M., & Gasteiger, H. A. (2016). Understanding the Charging Mechanism of Lithium-Sulfur Batteries Using Spatially Resolved Operando
X-Ray Absorption Spectroscopy. Journal of The Electrochemical Society, 163(6), A930�A939.
https://doi.org/10.1149/2.0631606jes
4.
Hu, X., Xu, L., Lin, X., & Pecht, M. (2020). Battery Lifetime Prognostics. In Joule (Vol. 4, Issue
2, pp. 310�346). https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.11.018
5.
Kim, S., Joo, H., Moon, T., Kim, S. H., & Yoon,
J. (2019). Rapid and selective lithium
recovery from desalination brine using an electrochemical
system. Environmental Science: Processes and Impacts, 21(4), 667�676. https://doi.org/10.1039/c8em00498f
6.
Kouchachvili, L., Ya�ci, W., & Entchev, E. (2018). Hybrid battery/supercapacitor energy storage system for the
electric vehicles. In Journal of Power Sources (Vol. 374, pp. 237�248).
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.11.040
7.
Oliveira, L., Rangaraju, S., Messagie, M.,
& Van Mierlo, J. (2015). Increasing
the environmental potential of electric vehicles and renewable energies with grid
attached energy storage. World Electric Vehicle Journal, 7(3), 459�467.
https://doi.org/10.3390/wevj7030459
8.
Park, J. K.
(2012). Principles and Applications
of Lithium Secondary Batteries. In Principles and Applications of Lithium Secondary Batteries.
https://doi.org/10.1002/9783527650408
9.
Pfleging, W. (2021). Recent progress in laser texturing of battery materials: A review of tuning electrochemical performances, related
material development, and prospects
for large-scale manufacturing. In International Journal
of Extreme Manufacturing (Vol. 3, Issue
1). https://doi.org/10.1088/2631-7990/abca84
10. Udhaya Sankar, G., Ganesa Moorthy, C., & RajKumar, G. (2019). Smart Storage Systems
for Electric Vehicles�A Review. In Smart Science (Vol. 7,
Issue 1, pp. 1�15). https://doi.org/10.1080/23080477.2018.1531612
11. Vel�zquez-Mart�nez, O., Valio,
J., Santasalo-Aarnio, A., Reuter, M., &
Serna-Guerrero, R. (2019). A critical review of lithium-ion battery recycling processes from a circular economy perspective. In Batteries (Vol. 5, Issue 4).
https://doi.org/10.3390/batteries5040068
12. PELAYO, C., 2013. ESTUDIO SOBRE INSTALACI�N, MONTAJE
Y FUNCIONAMIENTO DE UN CODIFICADOR PARA DETERMINAR POSICI�N Y VELOCIDAD DE UN
VEH�CULO EL�CTRICO [en l�nea]. S.l.: Universidad de Almer�a.
13. MARTIN, H. y BARGALLO PERNINA, R., 2015. El Veh�culo
El�ctrico Y La Eficiencia. , no. February, pp. 11-14.
14. FIERRO, P. y SIGUENZA, A., 2017. MODELADO Y
SIMULACI�N NUM�RICO- MATEM�TICO DE PAR�METROS DE FUNCIONAMIENTO PARA UN
VEH�CULO EL�CTRICO EN LA CIUDAD DE CUENCA-ECUADOR [en l�nea]. S.l.: Universidad
Polit�cnica Salesiana.
15. GANESH MURALI, J., AJITH, S., JOHNSON STEPHENRAJ,
P., SANJAY, R. y SARAN, KUMUR, S.T., Design and Development of a Motorized. InTechOpen [en l�nea], 2021. vol. 25, no. 6, pp. 617-626.
16. CHERGUI, H., NASRI, A. y KORHAN, K., NON-LINEAR
BACKSTEPPING SPEED CONTROL FORASIAN ELECTRIC SCOOTER USES H. [en l�nea], 2020.
vol. 0, no. 1112-9867.
17. MORENO, A., Simulaci�n y validaci�n de un modelo de
veh�culo el�ctrico para futuras aplicaciones en el �mbito militar. Centro
Universitario de la Defensa en la Escuela Naval Militar [en l�nea], 2015. vol.
0, pp. 2014-2015.
18. WANG, L. y WU, X., The simulation of design electric vehicle charging circuit. [en l�nea],
2016. no. Amitp, pp. 415-417.
19. CHEN, Y., MA, Y. y CHEN, H., State
of charge and state of health estimation for lithium-ion battery through dual sliding mode observer
based on AMESim-Simulink co-simulation. Journal of Renewable and Sustainable Energy [en l�nea],
2018. vol. 10, no. 3. ISSN 19417012. DOI 10.1063/1.5012602.
20. ABULIFA, A.A., RAJA AHMAD, R.K., CHE SOH, A., RADZI,
M.A.M. y HASSAN, M.K., Modelling and simulation of battery electric vehicle by using MATLAB-Simulink. IEEE Student Conference on Research
and Development: Inspiring Technology for Humanity, SCOReD 2017 - Proceedings [en l�nea], 2018, Janua,
pp. 383-387. DOI 10.1109/SCORED.2017.8305360.
21. KUMAR, B., KHARE, N. y CHATURVEDI, P.K., Advanced battery management system using MATLAB/Simulink. INTELEC,
International Telecommunications Energy
Conference (Proceedings)
[en l�nea], 2016. pp. 1-6. ISSN 02750473. DOI 10.1109/INTLEC.2015.7572447.
22. MARTYANOV, A.S., SOLOMIN, E. V. y KOROBATOV, D. V., Development of control algorithms
in MATLAB/Simulink. Procedia
Engineering [en l�nea], 2015. vol. 129, pp. 922-926.
ISSN 18777058. DOI 10.1016/j.proeng.2015.12.135.
23. KURNIAWAN, E., RAHMAT, B., MULYANA, T. y ALHILMAN,
J., Data analysis of Li-Ion and lead acid batteries discharge parameters with Simulink-MATLAB. 2016 4th
International Conference on
Information and Communication
Technology, ICoICT 2016 [en
l�nea], 2016. vol. ௧, no. 2, pp. 0-4. DOI 10.1109/ICoICT.2016.7571959.
24. POONSUK, J. y PONGYUPINPANICH, S., Design and estimation of state-charging applied for lithium-ion battery based on
Matlab-Simulink. 2016 Management and Innovation Technology
International Conference, MITiCON
2016 [en l�nea], 2017. pp. MIT176- MIT179. DOI 10.1109/MITICON.2016.8025222.
25. VIMALRAJ, S., SURESH KUMAR, G., THOMAS, S. y KANNAN,
N.,MATLAB/SIMULINK based simulations on state of charge on battery for
electrical vehicles. Journal of Green Engineering [en
l�nea], 2019. vol. 9, no. 2, pp. 255-269.
26. RECHKEMMER, S.K., ZHANG, W. y SAWODNY, O., Modeling of a Permanent Magnet Synchronous Motor of an E-Scooter for Simulation with Battery Aging Model.
IFAC- PapersOnLine [en l�nea], 2017. vol. 50, no. 1,
pp. 4769-4774. ISSN 24058963. DOI 10.1016/j.ifacol.2017.08.956.
27. COLOMER FERR�NDIZ, J.V., SAIZ GABALD�N, M.A. y
COLOMER FONT, O., 2016. La utilizaci�n de flota de veh�culos el�ctricos para la
Unidad de Hospitalizaci�n Domiciliara del Hospital de Alcoy. S.l.: s.n., [En
l�nea], 2016, (Espa�a), DOI����������� 10.4995/cit2016.2016.4260.�
28. SHARMA, S., PANWAR, A.K. y TRIPATHI, M.M. Storage technologies for electric vehicles. S.l.: s.n. [En
L�nea], 2020, (India). DOI 10.1016/j.jtte.2020.04.004�������
29. BENABDELAZIZ, K. y MAAROUFI, M. Battery
dynamic energy model for use in electric vehicle simulation. International Journal
of Hydrogen Energy, vol.
42, no. 30, pp. 19496- 19503. 2017 (Marruecos). ISSN 03603199. DOI 10.1016/j.ijhydene.2017.05.165.�����
30. DAQUILEMA GUAMBO, Geovanny Marcelo. Dimensionamiento
de la fuente de acumulaci�n de energ�a mediante la determinaci�n de la
eficiencia energ�tica del ion-litio cubierto con gel para alcanzar 2500 km en
un veh�culo solar de competencia. (Trabajo de titulaci�n) Escuela Superior
Polit�cnica del Chimborazo, (Ecuador) 2019. pp 32-34
31. SOARES DOS SANTOS, G., JOSE GRANDINETTI, F., AUGUSTO
ROCHA ALVES, R. y DE QUEIROZ LAMAS, W. Design and simulation of an energy storage system with batteries
lead acid and lithium-ion for an electric
vehicle: Battery vs. conduction cycle efficiency analysis. IEEE Latin America Transactions,
vol. 18, no. 8, pp. 1345-1352. [En L�nea], 2020 (Brasil).� ISSN 15480992. DOI 10.1109/TLA.2020.9111669.
32. CUEVA S�NCHEZ, E.J., LUCERO, J., GUZMAN, A., ROCHA,
J. y ESPINOZA, L. Revisi�n del estado del arte de bater�as para aplicaciones
automotrices. Enfoque UTE, vol. 9, no. 1, pp. 166-176. [En L�nea], 2018
(Ecuador). ISSN 1390-9363. DOI 10.29019/enfoqueute.v9n1.202.
33. ZINE, B., MAROUANI, K., BECHERIF, M. y YAHMEDI, S.,
2018. Estimation of Battery
Soc for Hybrid
Electric Vehicle using
Coulomb Counting Method.
International Journal of Emerging
Electric Power Systems,
vol. 19, no. 2. ISSN 1553779X. DOI 10.1515/ijeeps-
2017-0181.
34. MART�N MORENO, J.A., 2013. Herramienta de simulaci�n
de veh�culos el�ctricos [en l�nea]. S.l.: Universidad Carlos III de
Madrid.�
35. ORTEGA, J. y G�MEZ, A. Sistema de recarga de
veh�culos el�ctricos: revisi�n tecnol�gica e impacto en el sistema el�ctrico.
Econom�a industrial, no. 411, pp. 35-44., 2019 (Espa�a). DOI:
10.1007/978-3-030-50633-9_3�
36. CHOWDHURY, N., HOSSAIN, C.A., LONGO, M. y YA�CI, W.,
2018. Optimization of solar energy
system for the electric vehicle
at university campus in Dhaka, Bangladesh. Energies, vol. 11, no. 9. [En L�nea], 2018 (Bangladesh).
ISSN 19961073. DOI 10.3390/en11092433.
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2021 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n
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