CIDETEC desarrolla modelos de baterías de manera más eficiente en el proyecto HiFi-ELEMENTS

El proyecto reduce un 60% el tiempo para la calibración y validación de modelos que permitirán obtener vehículos eléctricos más eficiente

El proyecto HiFi-ELEMENTS llega a su fin tras más de tres años de investigación y ensayos en los que CIDETEC Energy Storage ha contribuido al desarrollo de un modelo de celda de batería que se utilizó en la simulación de un vehículo completo y ha propuesto una metodología de modelado que reduce el tiempo y medios para calibrar y validar este modelo.  El proyecto se centró en la creación de una arquitectura de sistema estándar para las actividades de desarrollo de vehículos eléctricos (BEV – Battery Electric Vehicle). Gracias a ello se reducirá y facilitará el esfuerzo total de desarrollo y calibración, lo que acelerará la introducción del vehículo eléctrico en el mercado.

Durante la realización del proyecto se analizaron cuatro casos diferentes en los que se han probado los modelos desarrollados para su verificación y validación, La diversidad de los cuatro casos seleccionados permite lograr que las conclusiones contribuyan a la mejora del sistema total del tren motor de los vehículos eléctricos del futuro.

Casos analizados en HiFi_ELEMENTS:

Reemplazo del motor eléctrico:

Este caso se centró en la integración eficiente del motor eléctrico de un BEV en la plataforma de co-simulación xMOD, que se verificó con éxito. Se realizaron variantes entre modelos de motor eléctrico de flujo radial y axial. El esfuerzo total para el desarrollo de modelos de componentes de simulación en tiempo real para aplicaciones HiL (Hardware in the Loop) fue reducido en un 71%, mientras que el esfuerzo total para la calibración del modelo se redujo en un 60%.

Desarrollo de la batería (participación relevante de CIDETEC Energy Storage):

Se comprobó la validez de la virtualización de una batería  mediante ensayos de testeo y validación completos. Para ello, se realizó el proceso paso a paso con el fin de cubrir todas las etapas del desarrollo de una batería: selección de celdas, ensamblaje del módulo, diseño del concepto de batería, testeo y calibración de la batería. Cada uno de estos pasos fue desarrollado con su particular virtualización-simulación. Para el procedimiento de testeo de la batería se realizaron y compararon dos enfoques a nivel del celda (Cell in the Loop) y módulo (Module in the Loop). Este análisis sirvió para comprobar que el modelo de alta fidelidad de batería estaba correctamente calibrado y cumplía con los objetivos de diseño.

En este caso concreto,  CIDETEC, lideró la metodología de caracterización y modelado de celdas así como la actividad de Cell in the Loop, donde se probaron diferentes funciones del BMS y el comportamiento del modelo de celda.

Figure 1 – Conceptualización de testeo virtual de celda (Cell in the Loop)

Figure 2 – Testeo de celda en cámara climática

Co-Optimización de componentes:

Otro de los objetivos del HiFi-ELEMENTS fue demostrar la rápida integración e intercambiabilidad de modelos, entre diferentes proveedores y niveles de fidelidad, gracias a la estandarización del proceso de modelado y las herramientas de co-simulación incorporadas. Este objetivo se alcanzó, bajo el requisito de reducir el consumo, usando 2 arquitecturas de tren motor diferentes y múltiples combinaciones  y variantes entre sus componentes, utilizando el entorno de co-simulación propuesto por Hi-Fi.

Conceptos de tren motor eléctrico

Se ha realizado un diseño conceptual de un vehículo eléctrico considerando una amplia gama de conceptos de tren motor eléctrico que ha permitido demostrar que la utilización de modelos reutilizables en tiempo real (mayor complejidad) en fase conceptual puede ayudar a la toma de decisiones, contribuyendo así a una mayor eficiencia en el producto final. Los conceptos de propulsión eléctrica con mayor potencia ofrecieron una mejor eficiencia operativa en comparación con el concepto con una potencia nominal necesaria solo para el funcionamiento básico. En el caso del motor eléctrico considerado, una razón clave para mejorar la eficiencia operativa con «sobrepotencia» fue el aumento en la velocidad base y, por lo tanto, una menor posibilidad de ineficiencia con campo debilitado. Además, se ha demostrado que centralizar la potencia del sistema en un eje, frente a dos ejes, también mejora la eficiencia final. Por otro lado, el concepto de motor implementado en las ruedas  compromete la eficiencia energética, por lo que se ha concluido que sus puntos fuertes deberían encontrarse en otros dominios.