Castrol y Sprint Power colaboran en un proyecto para desarrollar celdas y packs de batería de carga ultrarrápida para vehículos eléctricos (BEV) e híbridos de pila de combustible (FCHEV) gracias al uso de un nuevo fluido refrigerante.
Dos módulos de batería diseñados por Sprint Power, que emplearán fluidos térmicos Castrol ON para vehículos eléctricos, se cargan en un 80% en solo 12 minutos. Esto convertirá los vehículos en una alternativa aún más viable para quienes todavía no hayan elegido la movilidad eléctrica.
La colaboración entre Castrol y Sprint Power es fruto del Proyecto CELERITAS, un plan de 11,2 millones de euros, con 5,5 millones de euros financiados a través de la APC 18, con el objetivo de abordar las preocupaciones actuales de los consumidores en relación con las velocidades de carga de los vehículos eléctricos actuales. Además de por Castrol y Sprint Power, el consorcio está formado por BMW, AMTE Power, Clas-SiC y Eltrium.
La británica Sprint Power es una empresa líder en sistemas eléctricos de propulsión, electrónica de potencia y sistemas de batería. Ha desarrollado dos sistemas de batería, uno para aplicaciones eléctricas y otro para aplicaciones híbridas, que integran toda la electrónica del sistema e incorporan varios protocolos de carga para ahorrar peso y espacio. También integran un convertidor CC-CC de 800 V a 14 V, un sistema de gestión de la batería (BMS, por sus siglas en inglés) y capacidad de “refrigeración directa”, en la que las celdas se encuentran sumergidas en una solución refrigerante no conductora.
El fluido térmico para vehículos eléctricos Castrol ON tiene una fórmula específica para aplicaciones de refrigeración directa, con el fin de garantizar que estos sistemas de batería Sprint Power puedan cargarse más rápidamente y ofrecer más rendimiento y protección. Además, Castrol está utilizando sus instalaciones de modelado y pruebas de última tecnología; de esta forma se quiere garantizar que los dos sistemas de batería de Sprint Power se benefician de un diseño final optimizado. Y, además, también hay que asegurar que es capaz de soportar las condiciones más exigentes que conlleva la carga ultrarrápida.
Módulos de batería avanzados
Los módulos de batería de Sprint Power incluyen un bloque de celdas modular que puede adaptarse a distintas aplicaciones, desde coches deportivos hasta vehículos eléctricos de despegue y aterrizaje vertical (eVTOL).
El módulo de batería híbrido se ha configurado para su potencial aplicación en vehículos eléctricos de pila de hidrógeno. Tiene un diseño optimizado, con una proporción de potencia/peso de 3 kW/kg sin contar el convertidor CC-CC. El módulo puede suministrar 5 kWh de energía útil, con una tasa máxima de carga/descarga de 230 kW (105 kW continua). En la versión más prestacional, pensada para su aplicación en coches deportivos, la cifra aumenta hasta 76 kWh de energía útil con una tasa máxima de carga/descarga de 800 kW (700 kW continua).
Un convertidor de 800 V a 14 V unidireccional integrado soporta una salida de potencia máxima de 3,5 kW desde un pack compacto de alta potencia de 0,8 kW/l. Como sucede con el resto de elementos del módulo de batería de Sprint Power, el convertidor CC-CC se ha diseñado para resultar muy eficiente, con un índice máximo de eficiencia del 97%.
El módulo incorpora el BMS maestro de Sprint Power, que incluye un microcontrolador de seguridad para respaldar la ciberseguridad, diagnosticar fallos y es compatible con los estándares de carga CHAdeMO o CCS. El sistema puede suministrar una tensión de 8-16 V y se ha sometido a ensayos de funcionamiento a temperaturas que oscilan entre −40°C y 85°C. Un BMS subordinado ofrece soporte configurable para módulos de batería de varios tamaños entre 5 y 12 celdas.
La experiencia de Castrol en fluidos
La gestión térmica de la mayor parte de los módulos de batería para vehículos eléctricos actuales se realiza con refrigerantes con base agua-glicol, que se alojan en los canales y regulan la temperatura de las celdas. Por el contrario, los módulos de batería que se están desarrollando en el marco del Proyecto CELERITAS emplean fluido térmico para vehículos eléctricos Castrol ON, un líquido dieléctrico innovador que circula por el interior del módulo y entra en contacto directo con las celdas de batería individuales. Esto se traduce en una carga más rápida y en mejoras importantes en la gestión térmica en una serie de condiciones de funcionamiento, a temperaturas ambiente altas y bajas, para lograr una mayor duración de la batería.
En un estudio de modelado realizado de forma independiente con las mismas variables, el fluido térmico para vehículos eléctricos Castrol ON mostró una carga un 41% más rápida en comparación con fluidos de agua-glicol. Con el fluido de Castrol, la batería cargó un 80% en 10 min, en comparación con los 14,1 min al utilizar fluidos con agua-glicol existentes.
Al refrigerar las celdas de la batería individualmente, el fluido dieléctrico de Castrol también ayudará a evitar el riesgo de “fuga térmica”, donde las altas temperaturas provocan fallos irreversibles en las celdas individuales de la batería como resultado de una sobrecarga o cortocircuito. Una fuga térmica se puede convertir en una propagación térmica, donde el calor de la celda dañada se transfiere por convección y conducción a las celdas adyacentes, un proceso que puede derivar en un fallo catastrófico de todo el módulo de batería. Con sistemas de refrigeración directa, los picos de temperatura en las celdas individuales son menos probables y, en caso de producirse, se pueden templar desde la fuente, a diferencia de lo que sucede con los refrigerantes que se usan en los sistemas de refrigeración indirecta.
Simulación y pruebas exhaustivas
La dilatada experiencia de Castrol en modelado y simulación ha permitido que ambas partes puedan comprender mejor cómo circulará en el interior de los módulos de batería el fluido dieléctrico Castrol. Esto ha permitido que el equipo de Sprint Power optimice el diseño del módulo de batería para mejorar su rendimiento térmico. Las pruebas de simulación también permitirán que el equipo realice ensayos de fuga térmica.
A continuación, las pruebas dinámicas de fluidos optimizadas permitirán que Castrol identifique mejoras potenciales en futuros productos de la gama ON.
Las instalaciones de pruebas baterías de alta tecnología de Castrol se utilizarán desde principios de 2023 para poner a prueba los prototipos funcionales y así contribuir a garantizar que ofrecen el rendimiento, durabilidad y seguridad exigidos. Las instalaciones tienen capacidad para poner a prueba packs de batería a temperaturas que oscilan entre −40°C y 85°C, y hasta un máximo de 1.200 V CC y 600 kW.
