Artikulu honen helburua da osagai horietako bakoitzaren beharrak eta ezaugarri termikoak identifikatzea, ibilgailu elektrikoan integratutako kudeaketa termikoaren arloko sektorearen egungo eta etorkizuneko joerak aztertuz.

Motor elektrikoa (e-motorra)

Baterien paketearekin batera, e-motorra ibilgailu elektrikoaren osagai kritikoetako bat da. E-motorra termikoki kudeatzerakoan, ez da inoiz planteatzen berotzeko beharrik, eta, beraz, merkataritza-mailan proposatutako irtenbide guztien helburua osagaiak hoztea da. Izan ere, e-motorraren hoztea oso garrantzitsua da, konbertsio elektro-mekanikoaren eraginkortasuna nabarmen murrizten baita tenperaturaren igoerarekin.

Hori kontuan hartuta, ibilgailu elektrikoaren barruan, e-motorra beroa sortzen duen osagaitzat hartu behar da, eta ibilgailu barruan beroa eskatzen duten beste sistema batzuetan harrapatu eta berrerabil daiteke, eraginkortasun energetikoa hobetzeko eta ibilgailuaren autonomia zabaltzeko azken helburuarekin.

Sektoreko enpresek proposatutako irtenbideak aztertuz, hala nola Volkswagen AG, YASA edo Punch Powertrain NV, batez ere, e-motorrean hozteko bi aukera daude. Alde batetik, motorretik kanpoko "alkandora" bat erabiliko litzateke, eta, bestetik, barrutik, errotorearen ardatzean zehar. Bi kontzeptu horietan, likidoak fluido berogailu gisa erabiltzea proposatzen da (ura, hozgarriak edo olio termikoak). E-motorraren hozte-teknologia hautatzea haren potentziaren mende dago zuzenean, eta potentzia handiko motorren kasuan, bien konbinazioa beharrezkoa da. Fluidoa hautatzeari dagokionez, ibilgailuaren gainerako osagaietan erabilitakoaren araberakoa izango da. Muturreko kasuetan, hala nola lehiaketa-ibilgailuetan, motorra oliotan murgiltzeko beharra ere kontuan hartzen da, beharrezko hozte-potentziak lortzeko metodo bakar gisa.

Erosotasun termikoa kabinan

Barne-errekuntzako motorrak (ICE) ezabatzean ibilgailu elektrikoan sortzen den eztabaida bat da nola bete kabinaren eskaera termikoa bidaiarien erosotasuna lortzeko. ICE ibilgailuetan, bero hori "doakoa" da; izan ere, motorraren eraginkortasunik ezetik dator eta tasa handietan sortzen da, soberakina kanpora ebakuatu behar delarik. Hala ere, EIren osagaietan eraginkortasun ezagatik beroa sortzea askoz ere txikiagoa da, eta egoera askotan ez da nahikoa eskaera osoari erantzuteko. Ildo horretan, beharrezkoa da baterian metatutako energiatik beharrezko beroa sortuko duen sistema osagarri bat izatea.

Esparru horretan, ibilgailuan doazenen erosotasuna asetzeko modurik eraginkorrenean jartzen da fokua. Alternatiben artean, kabina berotzeko airea erabiltzea baloratzen da, tradizioz egin izan den bezala, azalerak berotzea soilik, hala nola eserlekuak, bolantea eta abar, edo bien konbinazio bat.

Airearen erabilerari dagokionez, modurik errazena eta merkeena erresistentzia elektrikoak erabiltzea da. Hala ere, alternatiba honek eraginkortasun txikiak ditu bero-ponpen erabilerarekin alderatuta (garestiagoak). Gainazalen zuzeneko beroketaren erabilera energia-erabilera optimizatzeko eta erosotasun termikoa bermatzeko alternatiba gisa ikusten da, okupatzaileak dauden gela-eremuak soilik berotzeko.

Itxuraz, ez dago adostasunik irtenbide estandar bati buruz. Gaur egun, badirudi sektorearen edukitza desberdina dela utilitario txikien eta premium ibilgailuen kasuan. Lehenengoetan, kostuak murriztea lehenesten da, eta airea oinarri duen klimatizazio-sistema bat izaten dute, erresistentziek berotua, seriekoa, eta, aukeran, bero-ponpa eskaintzen dute, kontsumo elektrikoa minimizatzeko eta, ondorioz, ibilgailuaren irismena handitzeko. Hala ere, premium ibilgailuetan, serie-soluzioa bero-ponparen (airea) eta gainazalen beroketaren (eserlekuak eta bolantea) konbinazioa izan ohi da.

Kargatzailea

Ibilgailu elektrikoa kargatzean, martxan jartzen diren ibilgailuaren elementuak (konexioak, eroanbideak, potentzia-elektronika, bateriak, etab.), batez ere, Joule efektuagatik berotzen dira. Horrek esan nahi du karga-eragiketan barreiatutako potentzia koadratikoki hazten dela aplikatutako korrontearekin.

Oro har, fabrikatzaileek karga motelak edo erdi-azkarrak egitea gomendatzen dute, bateria-paketearen balio-bizitza handitzeko. Hala ere, sektorea lanean ari da bateriak onar ditzakeen karga-potentziak handitzeko, karga-denborak minimizatzeko helburuarekin, batez ere bateriaren irispidea baino distantzia handiagoko ibilbideak egiten diren kasuetan.

Une honetan, sektorearen erronka gelaxkako elektrokimikak lortzea da, 4eko C-rateak (350 kW-rainoko potentziak) luzaroan kargatzeko gai direnak, hau da, ibilgailuaren irismenaren % 50 10 minutu baino gutxiagoan kargatu ahal izatea. Karga mota hau karga estra azkarra (XFC,ingelesez) bezala ezagutzen da. Hala ere, oraindik badago bide bat egiteko. Adibide gisa, gaur egun, maila komertzialean karga-potentzia handiena homologatzen duen fabrikatzailea Tesla, bere Model S- eta Model X-ekin, da, 142 kW-rainoko gehieneko kargak ahalbidetzen dituena.

Hala ere, erronka ez dago soilik gelaxkako elektrokimikan, baita beharrezko hozte-sisteman ere; izan ere, karga estra azkarrak irauten duen bitartean, 15 kW-rainoko hozte-potentziak beharko direla uste da. Behar horri erantzuteko, automobil-sektoreak aukera bideragarri bakartzat jotzen du, gaur egun, fluido dielektrikoetan murgiltzean oinarritutako sistemak erabiltzea.

Bateria paketea

Arestian aipatutako sistemetan ez bezala, baterien paketea berotu (klima hotzak, karga azkar baten aurretik, etab.) edo hoztu (udan, karga azkarretan, deskarga-prozesuan, etab.) behar izan daiteke. Ezaugarri horrek areagotu egiten du kudeaketa termiko globaleko sistemaren konplexutasuna, eta gainerako osagaiekiko integrazio eraginkorra egitera behartzen du. Gainera, aurreikusten da osagai horren kudeaketa termikoaren beharrak nabarmen aldatuko direla epe labur/ertainean, batez ere egoera solidoko bateriak ibilgailu elektrikoan sartzeak gidatuta. Nahiz eta elektrolito likidoa duten Li-ioneko bateriek (gaur egun erabiltzen direnak) 15 eta 35 ºC arteko eragiketa-tarte optimoa duten, baina hortik kanpo lan egiteko gai diren, egoera solidoko bateriek tenperatura altuetan lan egiten dute (gaur egun 70 ºC inguruan, nahiz eta dagoeneko giro-tenperaturara jaisteko lanean ari diren). Egoera berri horrek baterien paketearen eskaera termikoa handituko du, eta beroketa-sistema osagarriak beharko ditu lanean hasteko.

Gaur egun, sektoreak baztertu egiten ditu baterietarako airez behartutako konbekzioan oinarritutako kudeaketa termikoko sistemak, batez ere kontsumo handiagatik, eraginkortasun txikiagatik eta potentzia mugatuagatik, likidoetan oinarritutako sistemekin (zeharkakoa) alderatuta. Azken hori da, gaur egun, irtenbiderik zabalduena. Bereziki, fabrikatzaile gehienek "plater hotzak" (cold plates) deritzenen alde egiten dute, egungo ibilgailu elektrikoaren beharrak asetzeko teknologia heldu, sendo, eraginkor eta seguru gisa sendotuz.

Etorkizuneko joerei dagokienez, ikus daiteke sektoreko enpresen ahalegin nagusiak fluido dielektrikoetan murgiltzean zentratuta daudela; izan ere, a priori, karga estra azkarrerako zenbatetsitako hozte-potentziak emateko gai den teknologia bakarra da.

Simulazio-tresnen rola kudeaketa termikoan

Aurreko paragrafoetatik ondoriozta daitekeenez, ibilgailu elektrikoaren osagaiak integratzeko premia argia dago, ibilgailu elektrikoaren funtzionamendua termikoki optimizatzeko. Azken helburua beroa sortzeko energia elektrikoaren kontsumoa minimizatzea da.

Helburu hori betetzean eta diseinuaren eta fabrikazioaren denborak eta kostuak murriztean, simulazio-tresnek funtsezko zeregina dute. Izan ere, gero eta ohikoagoa da sektoreko enpresa garrantzitsuen azterlanak aurkitzea horrelako tresnak erabiliz, hala nola Ford OTOSAN, RIMAC Automobili, MAGNA, CAF, Volkswagen AG, etab.

Batez ere, ibilgailu elektrikoaren kudeaketa termikoko sistemaren diseinuan eta optimizazioan aplikatzen diren simulazio-tresnen bi tipologia daude: osagai mailan egiteko aukera ematen duten softwareak, hala nola CFD tresnak (fluido konputazionalen dinamika), hala nola COMSOL Multiphysics, ANSYS Fluent, SimScale GmbH, eta abar, eta sistema mailan ahalbidetzen dutenak, adibidez, MATLAB-Simulink.

Biltegiratze termikoaren rola

Gaur egun ibilgailu elektrikoan integratuta ez dagoen baina rol garrantzitsua izango duen osagaia beroa biltegiratzeko sistema da, batez ere egoera solidoko gelaxkak sendotzen direnean eta karga estra azkarra izateko aukera dagoenean.

Blogaren aurreko sarrera batean azaldu zen bezala, horrelako sistemek aukera ematen dute bero-sorkuntza (karga-eragiketa, e-motorraren funtzionamendua, etab.) eskaritik bereizteko (bateriak berotzea, kabinaren erosotasun termikoa, etab.). Ezaugarri hori dela eta, sistema ezin hobea da beroa sortzen eta eskatzen duten azpisistemak ibilgailu elektrikoan integratzeko.

Helbide honetan, adibidez, IVECO S.P. A., bere ibilgailuetan biltegiratze termikoko sistema bat ezartzea aztertzen ari dena, neguan eraginkortasun energetikoa % 20ra arte hobetu dezaketela uste baitute.

Aplikazio honetarako abantailarik handiena duen biltegiratze termikoko teknologia fase-aldaketako materialetan (PCM) oinarritutakoa da, batez ere heldutasun-mailagatik, dentsitate energetiko handiagatik eta tenperatura konstantean energia hornitzeko gaitasunagatik. Izan ere, VALEO bezalako ibilgailuetarako osagaien hornitzaileek tipologia horretako gailuak dituzte beren katalogoan.

CIC energiGUNEren zeregina kudeaketa termikoko sistemetan

Ibilgailu elektrikoen salmenta asko igo denez, argudia daiteke, zalantzarik gabe, dagoeneko fase heldu batean dagoela; hala ere, oraindik ere badira horren inguruko erronkak, kudeaketa termikoko sistemari zuzenean eragingo diotenak, teknologikoki aurreratuagoak diren konponbideetaranzko joera argiarekin.

CIC energiGUNEn erronka hori onartzen dugu, eta horregatik, energia termikoko soluzioen (TES) arlotik simulazio-tresnak garatzen eta baliozkotzen lan egiten dugu hainbat mailatan, kudeaketa termiko aurreratuko soluzioak diseinatzeko eta optimizatzeko aukera emango digutenak, gelaxka mailako propietate eta portaera termiko eta elektrokimikoen karakterizazioko eta iragarpeneko plataforma batean palankatuta, eta soluzio-banku termikoen kudeaketan integratuta.