Análisis de la incidencia del ángulo de dispersión y distancia de aplicación de aire en un sistema de refrigeración de baterías de Ion de Litio.

Abstract

En el presente trabajo se estudia y emula un prototipo de enfriamiento para un paquete de baterías de iones de litio. El sistema consiste en un banco experimental de 16 cilindros de aluminio (pseudo baterías) con geometría similar a la de las baterías 18650 en cuyo interior se alojan niquelinas, las pseudo baterías están dispuestas en una matriz 4 x 4 en cuyos espacios, inter cilindros, existen tubos con varias toberas de inyección de aire con dirección normal a las pseudo baterías. Este prototipo permite ensayar a diferentes temperaturas de las pseudo baterías, distintas distancias de disposición de las mismas, así como la distancia referente a los tubos de inyección de aire, los cuales, a su vez admiten probar o ensayar con diferentes caudales y ángulos de salida de aire en sus toberas, afectando el ángulo de dispersión y distancia de aplicación del flujo de refrigeración y consecuentemente la eficiencia del sistema de enfriamiento. Se realizó un conjunto de 15 experimentos para definir la configuración más eficiente a la hora de extraer calor del paquete de pseudo baterías. De la fase experimental, la configuración con 28.4 mm de separación entre centros de las pseudo baterías, con toberas de inyección de aire de 1 mm de diámetro, con ángulo de salida de 60° y un caudal promedio de 1.62 l/min es la de mejores prestaciones, manteniendo la menor temperatura de estado estacionario en la pseudo batería de mayor criticidad, ubicada aproximadamente en el centro del arreglo. Identificada la mejor configuración del sistema se procedió a contrastar su funcionamiento mediante una simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD), la misma que demostró el correcto funcionamiento del prototipo con resultados de temperatura en el elemento crítico que difieren en un 3.1% de lo experimental. Este banco de pruebas servirá como una herramienta de análisis de esta alternativa de refrigeración relativamente novedosa estudiada principalmente en vehículos eléctricos. Palabras claves: baterías de Ion de Litio, simulación CFD, toberas de enfriamiento, temperatura