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La gestión térmica de las baterías desempeña un papel central en el rendimiento, la seguridad y la vida útil de los autobuses eléctricos, camiones y otros vehículos comerciales.
Los paquetes de baterías de alta tensión operan en condiciones exigentes, como ciclos de trabajo prolongados, elevada potencia de carga, variaciones en la carga de pasajeros o mercancías y cambios importantes en la temperatura ambiente. Para mantener un rendimiento estable, las celdas deben conservarse dentro de un rango de temperatura controlado y protegerse frente al exceso de calor o frío.
Las celdas de iones de litio generan calor durante la carga y la descarga. Si este calor no se gestiona de manera eficaz, puede acelerar la degradación, reducir la capacidad utilizable y disminuir el rendimiento de carga.
Las temperaturas extremas también pueden generar riesgos operativos y de seguridad. El exceso de calor puede aumentar la probabilidad de daños en las celdas o de fuga térmica, mientras que las bajas temperaturas pueden reducir la potencia disponible y limitar la velocidad de carga.
Un sistema de gestión térmica de baterías, o BTMS, regula la temperatura mediante la refrigeración o calefacción del paquete de baterías según las condiciones de funcionamiento.
Los sistemas de refrigeración de baterías pueden dividirse generalmente en soluciones pasivas y activas.
Los sistemas pasivos dependen de la disipación natural del calor a través de la carcasa de la batería, disipadores térmicos o materiales de cambio de fase. Son relativamente sencillos y requieren poca energía adicional, pero su capacidad de refrigeración y su precisión de control son limitadas.
Los sistemas activos utilizan componentes como ventiladores, bombas, compresores e intercambiadores de calor para gestionar la temperatura con mayor precisión. Estas soluciones son más adecuadas para grandes paquetes de baterías de vehículos comerciales que operan con cargas elevadas o en condiciones de carga rápida.
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En los vehículos eléctricos se utilizan varias arquitecturas de refrigeración.
Los sistemas refrigerados por aire utilizan un flujo forzado para extraer el calor del paquete de baterías. Son comparativamente sencillos y económicos, pero su rendimiento térmico y la uniformidad de temperatura pueden ser limitados, especialmente cuando la temperatura ambiente es elevada.
Los sistemas refrigerados por líquido hacen circular refrigerante a través de placas de refrigeración situadas cerca de los módulos de la batería. El calor se transfiere desde las celdas al refrigerante y después se elimina mediante un enfriador o un intercambiador de calor.
Este enfoque ofrece una mayor capacidad de transferencia térmica y un control más uniforme de la temperatura, por lo que se utiliza ampliamente en autobuses eléctricos y otros vehículos comerciales con baterías de gran capacidad.
La refrigeración por inmersión coloca las celdas o los módulos de la batería en contacto directo con un fluido dieléctrico. Este método puede ofrecer una alta capacidad de refrigeración y una buena uniformidad térmica, pero también introduce costes adicionales, requisitos de sellado y una mayor complejidad de mantenimiento.
Su uso en vehículos comerciales producidos en serie sigue siendo relativamente limitado.
Un sistema típico de gestión térmica de baterías con refrigeración líquida funciona mediante un circuito cerrado de refrigerante.
Cuando el sistema de gestión de la batería detecta que la temperatura del paquete ha superado un límite definido, una bomba hace circular refrigerante a través de placas situadas debajo o junto a los módulos.
El refrigerante absorbe el calor de las celdas y lo transporta hasta un enfriador, donde su temperatura se reduce. Después, el fluido refrigerado regresa al paquete de baterías y el ciclo continúa.
En condiciones frías, un calentador PTC u otro elemento calefactor puede calentar el refrigerante antes de que llegue a los módulos. De este modo, el mismo sistema puede proporcionar tanto refrigeración como calefacción.
El BTMS suele comunicarse con la unidad de control del vehículo y el sistema de gestión de la batería mediante la red CAN. La potencia de refrigeración o calefacción puede ajustarse según la temperatura de la batería, la carga del vehículo y las condiciones de funcionamiento.
Las placas de refrigeración son componentes de transferencia térmica instalados en contacto directo con los módulos de la batería.
Normalmente están fabricadas en aluminio y contienen canales internos por los que circula el refrigerante. Su diseño influye en la uniformidad con la que se elimina el calor del paquete.
En los vehículos comerciales, la uniformidad térmica es especialmente importante. Las grandes diferencias de temperatura entre módulos pueden provocar un envejecimiento desigual, una reducción del rendimiento y una menor eficiencia del paquete.
Por este motivo, el diseño de las placas debe considerar la geometría de los canales, el caudal del refrigerante, la pérdida de presión, la selección de materiales, el sellado y la integración con la carcasa de la batería.
Un BTMS para vehículos comerciales debe cumplir requisitos que van más allá del rendimiento térmico.
Entre las principales consideraciones de ingeniería se incluyen:
La certificación del producto puede apoyar el proceso de validación, pero los fabricantes y operadores también deben evaluar los ensayos específicos de la aplicación, la integración en el vehículo y el rendimiento en condiciones reales.
TKT ofrece una gama modular de sistemas BTMS para autobuses eléctricos, camiones y otros vehículos comerciales.
La familia de productos incluye capacidades de refrigeración de entre 3 y 10 kW, con calefacción PTC opcional. Las unidades utilizan comunicación CAN 2.0 y están diseñadas para conectarse directamente con la unidad de control del vehículo y el sistema de gestión de la batería.
La plataforma incluye un compresor, una bomba de agua, un ventilador de refrigeración, sensores de temperatura y componentes de protección frente a la presión. Las diferentes variantes de capacidad comparten una arquitectura eléctrica común, lo que permite adaptar el sistema a distintas plataformas de vehículos.
La empresa también informa de ensayos de compatibilidad electromagnética que cubren emisiones radiadas, inmunidad y condiciones eléctricas transitorias. Los fabricantes de vehículos deberían revisar los métodos de ensayo, las normas aplicadas y las condiciones de uso al evaluar el sistema para un proyecto concreto.
Al evaluar un sistema de gestión térmica de baterías, los operadores y fabricantes no deberían considerar únicamente la capacidad nominal de refrigeración.
El sistema seleccionado debe adaptarse al tamaño de la batería, la estrategia de carga, el perfil de la ruta, las condiciones ambientales y el ciclo de trabajo diario previsto.
En los autobuses eléctricos, también deben tenerse en cuenta la operación con paradas frecuentes, las cargas rápidas repetidas, las altas cargas de pasajeros, las condiciones del depósito y las variaciones estacionales de temperatura.
Un BTMS correctamente integrado puede contribuir a un rendimiento más estable de la batería, un comportamiento de carga más uniforme y una vida útil más prolongada. Sin embargo, su eficacia depende del diseño completo del sistema, incluidos el paquete de baterías, las placas de refrigeración, los controles, los sensores y la estrategia operativa del vehículo.
