{"id":2220,"date":"2021-05-21T11:46:17","date_gmt":"2021-05-21T14:46:17","guid":{"rendered":"https:\/\/thermtest.com\/latinamerica\/?p=2220"},"modified":"2024-10-17T18:20:42","modified_gmt":"2024-10-17T18:20:42","slug":"propiedades-termofisicas-y-gestion-termica-de-los-vehiculos-electricos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/thermtest.com\/latinamerica\/propiedades-termofisicas-y-gestion-termica-de-los-vehiculos-electricos","title":{"rendered":"Propiedades termof\u00edsicas y gesti\u00f3n t\u00e9rmica de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos"},"content":{"rendered":"\t\t
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Influencia de las diferentes propiedades del transporte t\u00e9rmico en la eficiencia de un veh\u00edculo el\u00e9ctrico alimentado a bater\u00eda.<\/p><\/blockquote>

Introducci\u00f3n<\/h2>

Ya es sabido que la demanda mundial de veh\u00edculos el\u00e9ctricos est\u00e1 aumentando continuamente. Sin embargo, a\u00fan existen algunos obst\u00e1culos importantes que debe superar la industria antes de adquirir popularidad entre los consumidores. Algunos de los obst\u00e1culos incluyen la ampliaci\u00f3n del rango de conducci\u00f3n, la extensi\u00f3n de la vida \u00fatil de la bater\u00eda y el aumento del confort y la seguridad del pasajero. Los veh\u00edculos el\u00e9ctricos son una alternativa m\u00e1s sostenible y ecol\u00f3gica que los veh\u00edculos con motor de combusti\u00f3n, pero es poco probable que los reemplacen en el mercado global sin antes abordar estos problemas b\u00e1sicos. Una forma de abordar dichos desaf\u00edos que deben enfrentar los fabricantes es el dise\u00f1o del sistema de gesti\u00f3n t\u00e9rmica, a trav\u00e9s de la medici\u00f3n y la comprensi\u00f3n de la conductividad t\u00e9rmica, la efusividad t\u00e9rmica (efusi\u00f3n t\u00e9rmica)<\/a> y las propiedades asociadas. Dicho sistema abarca varios componentes distintos del veh\u00edculo y tiene un impacto importante en la eficiencia y el funcionamiento general de la bater\u00eda el\u00e9ctrica. Si bien la gesti\u00f3n t\u00e9rmica ya es una consideraci\u00f3n clave del dise\u00f1o de muchos veh\u00edculos el\u00e9ctricos, no existe un consenso sobre la mejor forma de dise\u00f1ar el sistema para obtener un rendimiento \u00f3ptimo. Los fabricantes expresan varias opiniones opuestas sobre la mejor forma de construir y dise\u00f1ar un veh\u00edculo el\u00e9ctrico. Debido a este disenso, se observan muy pocas similitudes entre los grandes actores de la industria de los autos el\u00e9ctricos con respecto al dise\u00f1o de elementos tales como la calefacci\u00f3n-refrigeraci\u00f3n del habit\u00e1culo, las celdas de bater\u00eda, los m\u00f3dulos, la fabricaci\u00f3n de los paquetes y el tipo de motor el\u00e9ctrico. Un fabricante utiliza celdas cil\u00edndricas en sus paquetes con un circuito interconectado de refrigerante a base de agua con glicol. Por otro lado, otro fabricante utiliza celdas prism\u00e1ticas y algunos otros a\u00fan emplean la refrigeraci\u00f3n b\u00e1sica con aire. Cada uno de estos dise\u00f1os del sistema presenta ventajas y desventajas; sin embargo, a medida que avancen las investigaciones para mejorar el dise\u00f1o y la mec\u00e1nica t\u00e9rmica de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos, varios fabricantes deber\u00e1n modificar su dise\u00f1o t\u00e9rmico para seguir siendo competitivos en el creciente mercado de consumo.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"Carga\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
Figura 1:<\/b> Carga de un veh\u00edculo el\u00e9ctrico.<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Sistema de gesti\u00f3n t\u00e9rmica: M\u00f3dulo de la bater\u00eda<\/h2>

Para lograr un funcionamiento eficaz y eficiente de un veh\u00edculo el\u00e9ctrico, la temperatura del m\u00f3dulo de la bater\u00eda debe permanecer dentro de un rango de control riguroso, normalmente entre -30 \u00b0C y -60 \u00b0C. Se pueden medir los efectos de estas condiciones ambientales en la conductividad t\u00e9rmica y la efusividad t\u00e9rmica. Si se almacena la bater\u00eda fuera de este rango, experimentar\u00e1 dificultades en la carga o descarga, y podr\u00eda sufrir un da\u00f1o permanente. Al exponer una bater\u00eda a temperaturas superiores al rango operativo ideal, la vida \u00fatil general disminuir\u00e1 significativamente y podr\u00eda causar un da\u00f1o irreversible. Las temperaturas inferiores a este rango, en particular menores a 0 \u00b0C, pueden provocar un descenso de la capacidad de tensi\u00f3n y carga de la bater\u00eda. En ambos escenarios, se reducen significativamente el rendimiento y la vida \u00fatil de la bater\u00eda, lo que redunda en costos m\u00e1s elevados para el consumidor y una menor fidelidad del veh\u00edculo. Debido a la sensibilidad extrema de la bater\u00eda, es esencial almacenar los m\u00f3dulos dentro del rango de temperatura definido. Para hacerlo, es necesario contar con un sistema de gesti\u00f3n t\u00e9rmica efectivo.<\/p>

Al comprender las propiedades termof\u00edsicas de los materiales, un sistema de gesti\u00f3n t\u00e9rmica bien definido mantendr\u00e1 las bater\u00edas dentro de un rango de temperatura definido cuando el veh\u00edculo est\u00e9 expuesto a condiciones m\u00e1s c\u00e1lidas y m\u00e1s fr\u00edas. La mayor\u00eda de las bater\u00edas de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos genera una cantidad significativa de calor durante la carga y la descarga, que se debe disipar con un sistema de refrigeraci\u00f3n de suficiente capacidad. Es posible que se necesite calefacci\u00f3n cuando el veh\u00edculo funcione en climas m\u00e1s fr\u00edos. Idealmente, el sistema de gesti\u00f3n t\u00e9rmica deber\u00eda mantener una temperatura uniforme en todas las celdas de bater\u00eda en todo el paquete de bater\u00eda, independientemente de la temperatura del aire circundante. De existir una diferencia de temperatura entre estas celdas, las condiciones generales y la capacidad de carga de la bater\u00eda se ver\u00edan afectadas significativamente.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 2:<\/b> Paquete de bater\u00eda est\u00e1ndar para veh\u00edculo el\u00e9ctrico.<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Elementos del dise\u00f1o t\u00e9rmico<\/h2>

Existen m\u00faltiples m\u00e9todos de calefacci\u00f3n y refrigeraci\u00f3n que se pueden emplear en un veh\u00edculo el\u00e9ctrico para promover un sistema de gesti\u00f3n t\u00e9rmica estable. Las principales automotrices utilizar\u00e1n una combinaci\u00f3n de t\u00e9cnicas diferentes para aumentar la eficiencia del dise\u00f1o de sus veh\u00edculos el\u00e9ctricos. Podemos clasificar dos de las t\u00e9cnicas m\u00e1s comunes de refrigeraci\u00f3n como m\u00e9todos pasivos o activos. Existen numerosos estudios que comparan las diferencias entre estos dos m\u00e9todos de calefacci\u00f3n y refrigeraci\u00f3n. Estos concluyeron que se requieren tanto las t\u00e9cnicas activas como las pasivas para que un veh\u00edculo el\u00e9ctrico funcione en un amplio rango de temperatura. La mayor\u00eda de los primeros modelos de veh\u00edculos el\u00e9ctricos utilizaban aire para la calefacci\u00f3n y la refrigeraci\u00f3n del paquete de la bater\u00eda; sin embargo, en los \u00faltimos estudios se demostr\u00f3 que este m\u00e9todo convencional de disipaci\u00f3n de calor es insuficiente, en particular para los m\u00f3dulos de bater\u00edas m\u00e1s grandes. Un calentador el\u00e9ctrico puede ser una alternativa para calefaccionar bater\u00edas, en especial en ambientes con temperaturas m\u00e1s bajas. El uso de un l\u00edquido refrigerante, como el fluido diel\u00e9ctrico de los transformadores, tambi\u00e9n supera al aire para calefaccionar y refrigerar una bater\u00eda. Un sistema refrigerador dedicado puede resultar extremadamente \u00fatil para mantener el l\u00edquido refrigerante a una temperatura ideal al conducir. La desventaja de incorporar equipos grandes, como un sistema de refrigeraci\u00f3n o un evaporador, en el dise\u00f1o de un veh\u00edculo el\u00e9ctrico es que pueden ser extremadamente abultados, complejos y costosos. Idealmente, un sistema de gesti\u00f3n t\u00e9rmica deber\u00eda ser liviano, f\u00e1cil de embalar, confiable y efectivo en cuanto al costo.<\/p>

Calefacci\u00f3n y refrigeraci\u00f3n de la cabina<\/h2>

Mantener una temperatura agradable y uniforme en la cabina tambi\u00e9n puede contribuir al funcionamiento m\u00e1s fluido y eficiente del veh\u00edculo el\u00e9ctrico. Los veh\u00edculos a gasolina reutilizan el calor del escape del motor para producir el aire caliente que se emplea para calefaccionar la cabina. Un veh\u00edculo el\u00e9ctrico no cuenta con esta fuente de calor, por lo que utilizar\u00e1 la energ\u00eda general de la bater\u00eda para regular la temperatura de la cabina. Los aires acondicionados convencionales emplean un calentador el\u00e9ctrico como fuente de energ\u00eda. Este tipo de calefacci\u00f3n aumentar\u00e1 en gran medida el consumo de energ\u00eda y agotar\u00e1 la bater\u00eda del autom\u00f3vil, por lo que no resultar\u00e1 en una opci\u00f3n deseable para usar en un veh\u00edculo el\u00e9ctrico debido a la significativa reducci\u00f3n en su autonom\u00eda. La bomba de calor es una alternativa al aire acondicionado convencional. Este sistema se utiliza frecuentemente para calefaccionar y refrigerar la cabina de un veh\u00edculo el\u00e9ctrico y tiene un impacto m\u00ednimo en su autonom\u00eda. Una bomba de calor puede regular la temperatura en el interior de la cabina del autom\u00f3vil, utilizando la diferencia de temperatura entre un refrigerante y el aire externo. Esto brinda un efecto de calefacci\u00f3n sin consumir demasiada energ\u00eda. El condensador externo, uno de los principales componentes de la bomba de calor, absorbe el calor de la atm\u00f3sfera y lo comprime para crear aire forzado a alta temperatura. Luego, el aire fr\u00edo en la cabina se calienta a medida que ingresa el aire caliente comprimido desde las rejillas del aire acondicionado. Una vez que se descomprime el calor a una temperatura menor, se libera hacia el exterior del auto. Durante el verano, se absorbe el calor desde el interior de la cabina y se libera al exterior a trav\u00e9s del condensador externo. Estos sistemas bidireccionales de calefacci\u00f3n y refrigeraci\u00f3n hacen que la bomba de calor se destaque frente a otros m\u00e9todos convencionales que solo utilizan aire.<\/p>

Materiales utilizados en la cabina<\/h2>

Un componente adicional de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos que puede tener un rol cr\u00edtico para mantener la eficiencia de un sistema de gesti\u00f3n t\u00e9rmica interior se relaciona con la efusividad t\u00e9rmica (efusi\u00f3n t\u00e9rmica) de los materiales utilizados en el interior de los mismos. La efusividad t\u00e9rmica describe la sensaci\u00f3n de fr\u00edo o calor al tocar un material<\/a>, lo que explica la raz\u00f3n por la cual el metal se siente m\u00e1s fr\u00edo al tacto que la madera, aun cuando estos dos materiales diferentes est\u00e9n expuestos a la misma temperatura circundante. La transferencia de calor que se produce desde la piel hasta el metal ocurre m\u00e1s r\u00e1pido que la transferencia de calor entre la piel y la madera. La efusividad t\u00e9rmica es igual a la ra\u00edz cuadrada del producto de la conductividad t\u00e9rmica y la capacidad t\u00e9rmica de un material. Un material con alta conductividad t\u00e9rmica tambi\u00e9n tiene una elevada efusividad t\u00e9rmica. Por ejemplo, la conductividad t\u00e9rmica de la plata es 406\u00a0W\/(m\/K) y presenta una efusividad t\u00e9rmica de 32 520 W\u221as<\/span>\/m\u00b2K. La relaci\u00f3n entre estas dos propiedades t\u00e9rmicas es evidente al comparar estos valores con los de la madera. La madera posee una conductividad t\u00e9rmica promedio de 0,194 W\/(\/K) y una efusividad t\u00e9rmica de 526 W\u221as<\/span>\/m\u00b2K. Los interiores del veh\u00edculo, como la espuma o los pol\u00edmeros, exhiben propiedades t\u00e9rmicas similares a la madera. Con frecuencia, se los elige durante el dise\u00f1o del veh\u00edculo debido a su capacidad de ahorro de energ\u00eda por tener baja conductividad t\u00e9rmica y efusividad t\u00e9rmica. Esta medici\u00f3n se puede utilizar para dise\u00f1ar materiales que transmitan sensaci\u00f3n de calidez a cualquier temperatura de cabina, lo que reducir\u00eda el nivel de calefacci\u00f3n necesario de la superficie activa o de toda la cabina para generar la misma sensaci\u00f3n y, a su vez, reducir\u00eda el consumo de energ\u00eda. La efusividad t\u00e9rmica se puede utilizar tambi\u00e9n para lograr una sensaci\u00f3n de frescura en los elementos del interior, utilizando materiales sint\u00e9ticos para lograr el equivalente aut\u00e9ntico. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"Interior\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
Figura 3:<\/b> Interior moderno de veh\u00edculo el\u00e9ctrico.<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Conclusi\u00f3n<\/h2>

La medici\u00f3n de las propiedades termof\u00edsicas de los materiales puede utilizarse en el dise\u00f1o y la ingenier\u00eda a fin de crear un sistema de gesti\u00f3n t\u00e9rmica m\u00e1s eficiente. La efusividad t\u00e9rmica es un buen ejemplo, dado que puede emplearse para medir y escoger un material con baja efusividad t\u00e9rmica, lo que disminuye la cantidad de calor que se absorbe y recircula dentro de la cabina. Estos materiales resultan ideales para el tapizado de las butacas o el revestimiento del tablero dado que alivian significativamente la carga sobre el aire acondicionado y reducen el consumo de energ\u00eda. Una cabina t\u00e9rmicamente optimizada minimizar\u00e1 la carga de calor en el interior del veh\u00edculo, lo que disminuir\u00e1 las emisiones, el consumo de combustible y la incomodidad t\u00e9rmica. El dise\u00f1o de un veh\u00edculo el\u00e9ctrico deber\u00eda considerar todas las propiedades termof\u00edsicas para facilitar un sistema de gesti\u00f3n t\u00e9rmica efectivo. El entendimiento de estas propiedades, adem\u00e1s de la gesti\u00f3n t\u00e9rmica activa y pasiva, pueden lograr un gran impacto en la vida \u00fatil del m\u00f3dulo de la bater\u00eda del veh\u00edculo que, a su vez, puede tener un efecto sobre el funcionamiento de todo el veh\u00edculo. Muchos fabricantes l\u00edderes en la industria intentan continuamente dise\u00f1ar un sistema de gesti\u00f3n t\u00e9rmica m\u00e1s eficiente, experimentando con diferentes t\u00e9cnicas t\u00e9rmicas. Las nuevas tecnolog\u00edas han facilitado que estos sistemas se vuelvan m\u00e1s refinados, lo que genera un aumento en la demanda del consumidor. Los veh\u00edculos el\u00e9ctricos son una alternativa pr\u00e1ctica y efectiva a los motores de combusti\u00f3n convencionales, que actualmente son da\u00f1inos para el medioambiente debido a sus emisiones t\u00f3xicas. Con la asistencia de sistemas de gesti\u00f3n t\u00e9rmica eficientes, la popularidad de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos seguir\u00e1 en aumento, como as\u00ed tambi\u00e9n lo har\u00e1n su confort, vida \u00fatil y seguridad.<\/p>

Autora: Kallista Wilson | Escritora t\u00e9cnica junior | Thermtest<\/p>

Referencias<\/h2>

Duan, X., Naterer, G.F. 2010. Heat transfer in phase change materials for thermal management of electric vehicle modules. International Journal of Heat and Mass Transfer. 53(23-24): 5176-5182. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.ijheatmasstransfer.2010.07.044<\/a><\/p>

Rashid, R.M. 2018. Thermal Management of Vehicle Interior Temperature for Improvement of Fuel Economy. Electronic Theses and Dissertations. 7564.
https:\/\/scholar.uwindsor.ca\/etd\/7564<\/a><\/p>

NISSAN MOTOR Co., L. (n.d.). Heat-Pump Cabin Heater. Extra\u00eddo el 10 de julio, 2020, de https:\/\/www.nissan-global.com\/EN\/TECHNOLOGY\/OVERVIEW\/heat_pump_cabin_heater.html<\/p>

Glossary of Terms and Definitions. (2020, April 22). Extra\u00eddo el 10 de julio, 2020, de https:\/\/thermtest.com\/thermal-resources\/glossary<\/a><\/p>

Fotos<\/h3>

Foto de buffaloboy en Shutterstock.com. ID de imagen: 1082414501. https:\/\/www.shutterstock.com\/image-photo\/power-supply-connect-electric-vehicle-charge-1082414501<\/a><\/p>

Foto de Roman Zaiets en Shutterstock.com. ID de imagen: 739515940. https:\/\/www.shutterstock.com\/image-photo\/charging-batteries-elecric-motor-disassembling-battery-739515940<\/a><\/p>

Interior moderno de VE, BigTunaOnline en Shutterstock.com. ID de imagen: 1339116905.
https:\/\/www.shutterstock.com\/image-photo\/door-handle-power-window-control-buttons-1339116905<\/a><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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