Una de las preocupaciones de seguridad más importantes para los vehículos eléctricos es mantener frías las baterías, ya que los aumentos de temperatura pueden tener consecuencias peligrosas.
Una nueva investigación dirigida por un estudiante de doctorado de la Universidad de Arizona sugiere una forma de predecir y prevenir el aumento de temperatura en las baterías de iones de litio comúnmente utilizadas para impulsar dichos vehículos.
El artículo “Advancing Battery Safety” se publicó bajo la dirección de Vasab Goswami, estudiante de doctorado de la Facultad de Ingeniería. Revista de fuentes de energía.
Con 599.808 dólares del Programa de Establecimiento de Defensa para Estimular la Investigación Competitiva del Departamento de Defensa, Goswami y su asesor, Vitaly Yurkiev, profesor de ingeniería aeroespacial y mecánica e investigador principal del proyecto, desarrollaron un marco que utiliza modelos multifísicos y de aprendizaje automático para darle sentido. Detecta el sobrecalentamiento de la batería de iones de litio, conocido como fuga térmica.
En el futuro, esta estructura podría integrarse en el sistema de gestión de la batería de un vehículo eléctrico para evitar que la batería se sobrecaliente, protegiendo así a los conductores y pasajeros, dijo Goswami.
“Necesitamos pasar a la energía verde”, dijo Goswami, “pero existen preocupaciones de seguridad asociadas con las baterías de iones de litio”.
Usar el pasado para predecir el futuro
Las fugas térmicas son extremadamente peligrosas y pueden ser difíciles de predecir.
“La temperatura de una batería aumentará de manera exponencial y provocará un incendio”, dijo Goswami.
Un paquete de baterías de vehículos eléctricos consta de “celdas” de batería estrechamente conectadas. Cada paquete de baterías de los coches eléctricos actuales puede contener más de 1.000 celdas.
Si se produce una fuga térmica en una celda, es más probable que las celdas cercanas también se calienten, creando un efecto dominó. Si eso sucede, toda la batería del vehículo eléctrico podría explotar, afirmó Goswami.
Para evitar esto, los investigadores proponen utilizar sensores térmicos, envueltos alrededor de las celdas de la batería, que introducen datos históricos de temperatura en un algoritmo de aprendizaje automático para predecir temperaturas futuras. Los algoritmos predicen cuándo y dónde podría comenzar un evento descontrolado.
“Si conocemos la ubicación del punto crítico (inicio de la fuga térmica), podemos hacer algo para detener la batería antes de que alcance ese punto crítico”, dijo Goswami.
Yarkiv dijo que quedó impresionado por la precisión del algoritmo de Goswami. Antes de su investigación, los modelos de aprendizaje automático no se habían utilizado para predecir la fuga térmica.
“No esperábamos que el aprendizaje automático fuera tan avanzado para predecir con tanta precisión la temperatura de los termopares y la ubicación de los puntos calientes”, dijo Yorkov. “Ningún hombre podrá jamás hacer eso”.
La investigación se basa en un artículo que Goswami y Yurkiv publicaron en enero sobre el uso de imágenes térmicas para predecir fugas, lo que requeriría equipos pesados de imágenes para tomar fotografías continuamente para su revisión.
La solución que Goswami y Yurkiv identificaron en su artículo reciente es más ligera y rentable.
Satisfacer la demanda global
La investigación de Goswami llegó en un momento crucial en la historia de la fabricación de automóviles en Estados Unidos. En julio, el mismo mes en que se publicó el artículo, la administración Biden anunció una inversión de 1.700 millones de dólares en la fabricación de vehículos eléctricos en ocho estados. En 2023, se espera que las ventas mundiales de vehículos eléctricos crezcan un 35% con respecto a 2022.
A medida que crece la demanda, las medidas de seguridad son esenciales para los vehículos eléctricos, afirmó Goswami.
“Muchas personas todavía dudan en aceptar baterías debido a diversos problemas de seguridad”, afirmó. “Para lograr una aceptación generalizada, es importante para el público que la investigación en curso aborde de manera proactiva estas importantes cuestiones de seguridad”.