Diseño de sistemas eficientes de almacenamiento de energía electroquímica

Abstract

Los sistemas eficientes de almacenamiento de energía basados en reacciones electroquímicas están compuestos por dos partes. Una de ellas es el sistema electroquímico almacenador de energía eléctrica propiamente dicho, y la otra es el sistema de gestión encargado de la energía electroquímica almacenada, de manera que el conjunto brinde una respuesta adecuada frente a una cierta demanda de corriente. En aplicaciones de baterías, al sistema de gestión se lo conoce como BMS. Una de las principales tareas que realiza el BMS es el cálculo de variables e indicadores como el estado de carga, el envejecimiento, el tiempo remanente, la energía disponible y otros, a partir de las mediciones de corriente, voltaje y temperatura. En esta tesis, en particular, se estudia la estimación del estado de carga y la predicción del tiempo remanente. Para esto es necesario conocer los modelos existentes y proponer aquellos que mejor interpreten al sistema. Estos modelos son la base para la optimización de los algoritmos de estimación. En este sentido, se propone el uso de un modelo electroquímico de orden reducido que permite obtener la predicción de tiempo remanente en un menor tiempo de cálculo. Complementariamente, se presenta una extensión del modelo que permite modelar celdas electroquímicas de combustible microbianas. Finalmente, se desarrolla la idea de un módulo inteligente de baterías, que consiste en equipar a cada una de las baterías que lo conforman, con un sistema distribuido de monitoreo y control con la capacidad de procesar sus propias mediciones. De esta manera, se tiene un módulo formado por baterías que pueden intercambiar información entre ellas, para lograr un funcionamiento descentralizado y eficiente de todo el conjunto. Se presenta un prototipo desarrollado para este propósito.