Análisis y validación experimental de un modelo de envejecimiento para baterías de LiNixCoyMnzO2 e implementación de un sistema de control y protección de baterías

Este proyecto forma parte de la tesis doctoral de Jorge Nájera Álvarez que se está llevando a cabo en el área de Ingeniería Eléctrica de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Madrid. En particular, este TFG se basa en el estudio y análisis del envejecimiento de las baterías de ion litio, además de la implementación de un sistema de gestión de baterías (BMS). El trabajo se ha desarrollado en torno a la instalación desarrollada para el Proyecto STORE en el laboratorio de Máquinas Eléctricas de la ETSII UPM. Esta instalación tiene como finalidad permitir el flujo de energía bidireccional entre la red eléctrica y un sistema de almacenamiento alimentado en corriente continua, que puede ser una batería de ion litio, una batería de NiMH, una serie de ultracondensadores, etc. Para este trabajo, como sistema de almacenamiento de energía se utiliza únicamente una batería de 14 celdas de ion litio con capacidad nominal de 55 Ah. La instalación consta de dos convertidores electrónicos como elementos principales que son controlados desde el centro de mando y que permiten el paso de la corriente de la red a la batería o viceversa. Además, existe una serie de equipos de medida que permiten el monitoreo de los principales parámetros de la batería (tensión en bornes, corriente, capacidad, energía, …). Cabe destacar la existencia de un oscilo-vatímetro que mide, con gran precisión, y representa las formas de onda de los parámetros anteriores. Además, la instalación está provista de múltiples sistemas de protección frente a las distintas anomalías que pueden ocurrir durante la operación. Una serie de fusibles e interruptores automáticos garantizan la protección frente a sobrecargas y cortocircuitos. Sin embargo, actualmente existen unos equipos más sofisticados que se utilizan como complemento a los sistemas de protección tradicionales y que, además, permiten el control y monitoreo individual de cada celda de la batería. Estos sistemas se denominan sistemas de gestión de baterías (Battery Management System BMS). Una de las partes más importantes del proyecto ha sido el diseño e implementación de un BMS en la instalación mencionada anteriormente. Las tareas que se han desarrollado en relación con este dispositivo han sido las siguientes: el estudio previo de los componentes y requisitos técnicos del sistema; el diseño de la posición y de las conexiones entre los distintos elementos; la realización de un esquema de la instalación; la adquisición de todos los componentes (conectores, cables, sensores, …); el montaje físico del sistema, incluyendo cableado, soldaduras y conexión de los elementos; y la puesta en marcha de la instalación para la verificación del correcto funcionamiento del sistema