Impulsan modelo paramétrico térmico para hacer más eficiente el diseño de baterías en automóviles e industria

El modelo permitirá predecir y monitorear la temperatura de las celdas sin necesidad de complejos métodos numéricos de computación de dinámica de fluidos.

El investigador asociado del SERC Chile (Solar Energy Research Center), Pablo Estévez, señaló que, tras al menos siete años de investigación, hoy pueden impulsar entre la comunidad científica, industria y sociedad un modelo paramétrico térmico “diferencial y simple” que permite eficientar el diseño de baterías para automóviles y para la industria. 

Estévez especificó que se trata de un modelo optimizado para las baterías, con expresiones simples e interpretables que marcan un hito sobre la forma estándar de trabajo con métodos numéricos de computación de dinámica de fluidos que se basan en sistemas de ecuaciones diferenciales parciales. 

“Estos métodos son muy precisos, pero complejos desde el punto de vista computacional. Por eso, nos propusimos un modelo paramétrico térmico basado en ecuaciones diferenciales ordinarias y expresiones más simples, que, para el caso de las baterías litio, requieren un ajuste que se realiza mediante la optimización de tres parámetros: coeficiente de arrastre, factor de fricción y número de Nusselt, donde este último está relacionado con la transferencia de calor”, indicó Estévez. 

Sobre esta línea, agregó que el modelo propuesto permite conocer el efecto de cambiar el espaciamiento entre celdas, tema muy importante en el diseño de bancos de baterías y de sistemas de gestión térmica de baterías, ya que se encargan de que la celdas puedan operar en óptimas condiciones de temperaturas.

“Un modelo térmico de baterías de litio permite predecir y monitorear la temperatura de las celdas. Se conoce que la vida útil de una batería depende entre otras cosas de la máxima temperatura y de la diferencia de temperatura entre celdas”, añadió Estévez. 

Proyecto interdisciplinario

Estévez explicó que esto se trató de un proyecto interdisciplinario donde intervinieron ingenieros eléctricos, mecánicos y de computación, ya que era un tema “difícil” para encontrar expresiones matemáticas simples e interpretables físicamente para los parámetros del modelo térmico a partir de datos.

 “Por ejemplo, para el coeficiente de arrastre, la pregunta que planteamos fue -¿cuál es la ecuación que relaciona este coeficiente con el espaciamiento entre celdas y el número de Reynolds?- este tipo de problema se llama regresión simbólica, y lo pudimos resolver mediante la aplicación de algoritmos evolutivos que se inspiran en la evolución biológica”, describió Estévez. 

Sobre los pasos a seguir para avanzar en esta materia a futuro, el investigador contó que serían expandir el modelo de manera de considerar, por ejemplo, el desgaste en el tiempo de las celdas. “Debemos incluir otros tipos de fluidos refrigerantes como líquidos, y también distintas configuraciones del paquete de baterías, de manera de hacerlo más general y por tanto más aplicable en distintas condiciones”, resaltó Estévez. 

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