El proyecto Clean Sky 2 demuestra el rendimiento del sistema de baterías de CA

En los últimos meses, el consorcio LiBAT ha probado con éxito su sistema de batería de CA altamente innovador, demostrando un rendimiento de potencia suficiente para mantener el vuelo nivelado de un planeador tripulado. La batería liviana, compacta y altamente integrada hacía girar un motor eléctrico con hélice acoplada en un entorno de laboratorio. La avanzada tecnología LiBAT se puede aplicar a una amplia gama de usos en los sectores del transporte, lo que brinda un gran paso hacia un futuro más sostenible.

Cuando hablamos de la necesidad de un transporte más limpio, ya sea en el aire, en la calle o en cualquier otro lugar, la movilidad electrificada está actualmente en el centro de la atención. Pero las baterías de última generación siguen siendo relativamente pesadas, lo que representa un serio obstáculo para el avance de la aviación de propulsión eléctrica. Aquí es donde despega el proyecto LiBAT, financiado con fondos europeos Clean Sky 2. El sistema de batería de alta potencia y energía diseñado en LiBAT proporciona corriente eléctrica CA en un sistema conciso con poco peso. Conectada a una unidad de propulsión eléctrica, la batería prototipo que se construyó en LiBAT demostró potencias de hasta 3,25 kW en un entorno de laboratorio, suficiente para mantener el vuelo nivelado de una aeronave objetivo o un planeador electrificado. Con las mejoras de diseño identificadas, el despegue también será factible.

La solución del sistema de batería LiBAT, potencialmente revolucionaria, aborda el problema del peso mediante un extraordinario nivel de integración y una combinación de herramientas avanzadas. Al integrar la tecnología de inversor de niveles múltiples en la batería, el equipo LiBAT creó un sistema de batería de CA sintonizable único que elimina la necesidad de carga adicional o electrónica de potencia de motor y ahorra peso adicional. Combinado con una potente gestión térmica inmersiva y una elección de celda adecuada, se consiguen tanto un excelente rendimiento energético como de potencia, dado el bajo peso y volumen del paquete. El diseño modular garantiza un sistema escalable. Con una densidad de energía de 200Wh / kg y corrientes de descarga continuas de 3C, el diseño cumple con los ambiciosos objetivos de los proyectos.

La investigación fue realizada por las empresas alemanas TWT GmbH y LION Smart GmbH dentro del programa Clean Sky 2, financiado por la Unión Europea a través de la iniciativa Horizonte 2020. El coordinador del proyecto TWT GmbH se especializa en servicios de desarrollo innovadores en diversas industrias y brindará información sobre LiBAT a sus clientes. El equipo de ingeniería de la empresa contribuyó al diseño y la verificación, y realizó simulaciones de sistemas electrotérmicos en una etapa temprana para predecir el rendimiento y mejorar el diseño. La profunda experiencia en simulación de TWT impulsó el progreso del proyecto temprano y proporcionó una visión profunda de la dinámica de la batería LiBAT. LION Smart GmbH es una empresa de ingeniería que se especializa en la investigación y el desarrollo de soluciones de baterías innovadoras en el campo de la movilidad eléctrica. El equipo de la empresa fue fundamental en el diseño del sistema, la creación de prototipos y las pruebas del paquete de baterías.

“Diseñar y probar un sistema de baterías para propósitos de aviación fue desafiante y emocionante debido a los requisitos especiales de seguridad y peso. El desarrollo de un laboratorio de pruebas personalizado fue crucial para alcanzar y superar los requisitos específicos de potencia y RPM necesarios para mantener un vuelo nivelado en una aeronave de este tamaño. Pudimos contribuir con gran parte de la experiencia de nuestra empresa en las áreas de gestión térmica, sistemas de gestión de baterías y diseño de paquetes de baterías; pero también adquirir nuevos conocimientos para la implementación de proyectos futuros”, dijo Julia Eckhardt, Gerente de Proyectos LiBAT para LION Smart.

“La integración de inversores multinivel en la batería como lo hemos hecho en el proyecto LiBAT es una solución conocida dentro del sector de la investigación. Sin embargo, hemos dado el paso audaz de aplicarlo a la movilidad. Confiamos en que esta tecnología revolucionaria transformará el sector de los sistemas de baterías para aplicaciones móviles”, afirma el profesor Paul Riley de la City University de Londres. Junto con el Dr. Obrad Dordevic, un experto en electrónica de potencia y control de la Universidad John Moores de Liverpool, suministraron la tecnología de electrónica de potencia para el paquete de baterías.

El Dr. Dordevic también estuvo a cargo de las pruebas del convertidor y del control general del sistema que opera en varios modos: propulsión y carga.

“Con un mayor número de niveles, también aumenta la complejidad del control. Fue emocionante ver toda la teoría funcionando en la práctica. El desafío especial de este proyecto fue que todas las pruebas se han realizado de forma remota, debido a las restricciones del Covid-19 para viajar. Fue un placer hacer todas las pruebas con personas del equipo LION Smart”, dijo el Dr. Obrad Dordevic de LJMU.

Las aplicaciones de la batería LiBAT se pueden encontrar en muchos campos, especialmente para taxis aéreos eléctricos, propulsores híbridos, sistemas iónicos, redes auxiliares de frecuencia flexible, coches eléctricos e híbridos, así como herramientas eléctricas. Es muy adecuado para planeadores electrificados, que fueron el foco de este proyecto de investigación.

Dassault Aviation fue el administrador de temas y estableció objetivos muy ambiciosos para el proyecto. El demostrador LiBAT es probablemente el dispositivo de mayor potencia de su tipo en el mundo. También es un hito en el programa de trabajo Clean Sky 2 con respecto a la densidad de energía de la batería y un gran avance en la densidad de potencia de la electrónica de potencia multifuncional.

Como muchos otros proyectos de investigación, LiBAT enfrentó varias situaciones desafiantes durante un año afectado por la pandemia, que culminó en un cambio de ubicación a corto plazo para las pruebas de integración finales.

“Estamos contentos de que la UE nos haya brindado la posibilidad de construir este extraordinario sistema de baterías y nos haya apoyado en el camino. Con las inmensas complicaciones de la crisis por coronavirus, estamos todos extremadamente felices y orgullosos de ver que la batería alimenta el motor hoy”, dijo el Dr. Jan Dahlhaus, coordinador del proyecto, en la demostración final en Garching.