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En autobuses eléctricos y otros vehículos eléctricos pesados, el rendimiento de la batería depende no solo de las estrategias de carga y conducción, sino también de mantener unas temperaturas de funcionamiento adecuadas.
Los sistemas de gestión térmica de baterías (BTMS) están diseñados para controlar la temperatura de la batería y las diferencias térmicas entre las celdas. Mediante la refrigeración o calefacción cuando es necesario, pueden contribuir a la durabilidad, seguridad, autonomía y estabilidad del rendimiento durante operaciones comerciales intensivas.
Los autobuses eléctricos y otros vehículos eléctricos pesados trabajan en condiciones exigentes. Las cargas frecuentes, la alta demanda de potencia, las largas jornadas de operación, las variaciones de carga y los cambios de temperatura ambiente pueden someter las baterías a un estrés térmico considerable.
Las estrategias de carga, los hábitos de conducción y el mantenimiento periódico pueden ayudar a reducir la degradación, pero no controlan directamente la temperatura a la que funciona la batería.
Aquí es donde el BTMS adquiere especial importancia.
En vehículos comerciales con una utilización intensiva, mantener temperaturas adecuadas y relativamente uniformes entre las celdas puede contribuir a conservar un rendimiento más estable durante el ciclo de vida del vehículo.
📷La forma en la que se utiliza el vehículo también influye en la batería. Entre las prácticas habituales se encuentran evitar periodos prolongados con estados de carga muy altos o muy bajos, limitar la carga rápida de alta potencia cuando no sea necesaria, reducir picos extremos de corriente y realizar inspecciones periódicas.
Las condiciones ambientales también influyen. Las temperaturas muy elevadas pueden aumentar el estrés de la batería, mientras que cargar a temperaturas muy bajas puede generar riesgos adicionales de degradación.
Estas medidas ayudan a reducir el desgaste, pero el aumento del tamaño de las baterías, las mayores potencias de carga y las jornadas operativas intensivas hacen que la gestión térmica activa sea cada vez más importante.
Las baterías de iones de litio son sensibles tanto al exceso de calor como a las bajas temperaturas.
Las temperaturas elevadas pueden acelerar los mecanismos de envejecimiento de las celdas, mientras que la carga a bajas temperaturas puede aumentar la resistencia interna y generar un estrés electroquímico adicional.
Por lo tanto, un BTMS no se limita a refrigerar la batería. Dependiendo de las condiciones, puede:
refrigerar la batería durante la carga rápida o las operaciones de alta potencia;
calentarla en entornos de baja temperatura;
reducir las diferencias de temperatura entre las celdas;
responder dinámicamente a la información del sistema de gestión de baterías (BMS);
contribuir a proteger la batería ante condiciones térmicas anormales.
La uniformidad térmica es especialmente importante en baterías de gran tamaño. Si determinadas celdas trabajan de forma constante a temperaturas superiores, pueden degradarse más rápidamente y acabar limitando el rendimiento del conjunto.
Las arquitecturas BTMS pueden dividirse, de forma general, en sistemas pasivos y activos.
Los sistemas pasivos utilizan tecnologías como materiales de cambio de fase o tubos de calor para absorber o transferir energía térmica con un consumo energético adicional limitado. Su arquitectura relativamente sencilla puede resultar adecuada para cargas térmicas moderadas o como solución complementaria.
Los sistemas activos utilizan componentes como ventiladores, bombas, intercambiadores de calor y circuitos de refrigeración para enfriar o calentar activamente la batería. Proporcionan un mayor nivel de control y están mejor adaptados a cargas de alta potencia, ciclos de trabajo exigentes y condiciones climáticas extremas.
Dentro de los sistemas activos, la refrigeración líquida resulta especialmente adecuada para baterías de gran capacidad utilizadas en vehículos comerciales.
En comparación con la refrigeración por aire, un circuito líquido puede proporcionar una mayor capacidad de transferencia térmica y un control más preciso de la temperatura durante cargas rápidas y operaciones prolongadas de alta potencia.
Una arquitectura típica puede combinar un circuito de refrigerante de agua y glicol, placas de refrigeración, un chiller y un sistema eléctrico de calefacción. Estos componentes permiten realizar funciones de refrigeración, calentamiento y homogeneización térmica dentro de una misma arquitectura.
Por ello, la refrigeración líquida resulta especialmente relevante para autobuses eléctricos y otros vehículos pesados que operan durante muchas horas o utilizan sistemas de carga de alta potencia.
Cuando las celdas generan calor, este se transfiere a través de la estructura de la batería hacia las placas de refrigeración. El líquido que circula por estas placas transporta el calor fuera del paquete de baterías.
Posteriormente, el refrigerante caliente puede intercambiar calor con el circuito frigorífico del vehículo mediante un chiller antes de regresar a la batería.
En condiciones de baja temperatura, el mismo circuito puede utilizarse para calentar la batería antes de la carga o de una operación de alta potencia.
El sistema puede trabajar en diferentes modos dependiendo de la temperatura de la batería, las condiciones de funcionamiento del vehículo y las instrucciones procedentes del BMS.
La gestión térmica de baterías adquiere mayor importancia a medida que los vehículos comerciales eléctricos incorporan baterías de mayor capacidad, cargas más rápidas y ciclos operativos más intensivos.
En los autobuses eléctricos, un BTMS eficaz puede contribuir a mantener temperaturas adecuadas, reducir las diferencias térmicas entre las celdas y favorecer un rendimiento estable durante la vida operativa del vehículo.
Las futuras generaciones continuarán evolucionando hacia sistemas más integrados, arquitecturas con bombas de calor, un control de temperatura más preciso y estrategias predictivas de gestión térmica.
