REVISTA ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
Vol. 11 Núm. 1 / 2022
MARTINEZ C., MALDONADO E., Optimización del voltaje de operación de packs de batería de alta tensión mediante la entrega
de carga y descarga con voltaje y corriente constante
Edición No.11/2022 (10) ISSN 1390- 7395 (6/10)
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Optimización del voltaje de operación de packs de batería de alta tensión
mediante la entrega de carga y descarga con voltaje y corriente constante
Optimization of the operating voltage of high voltage battery packs by delivering
charge and discharge with constant voltage and current.
Carlos Martínez, Edison Maldonado
Vehicentro Vehículos y Camiones Sierra Centro – Sinotruck del Ecuador / Tranvia Parla Madrid
1
Correspondencia Autores: cmartinez@vehicentro.com.ec; epmaldonado@viaparla.com
Recibido: 8 de septiembre 2022, Publicado: 18 de diciembre de 2022
Resumen— La alta contaminación provocada en gran mayoría
por los vehículos con motores a combustión interna, ha
provocado el deterioro del medio ambiente, por lo que se han
tomado medidas para contrarrestar dicha contaminación,
mediante la fabricación de vehículos de propulsión eléctrica e
híbrida. Dichos vehículos tienen la desventaja de producir
contaminación mediante sus baterías, ya que estas contienen
químicos altamente contaminantes, y al reflejar un código de
falla, acerca del deterioro de la batería de alta tensión, se
procede a reemplazar la misma en su totalidad, existiendo,
debido a este cambio, un elevado costo de mantenimiento y
desperdicio de varios módulos que se encuentran en buen
estado. Para corregir esta realidad esta investigación se ha
realizado un estudio acerca de los procesos de carga y descarga
de los módulos de la batería de alta tensión del vehículo híbrido
a una tasa de carga y descarga constantes de 1.5A, con la ayuda
de un analizador de baterías CBA, mediante un protocolo de
pruebas, se somete a cargas y descargas constantes controladas,
de esta forma se realiza un análisis entre las curvas de descarga
después de cada prueba, determinando el estado de carga SOC
y de descarga DSOC, calculando de esta forma la eficiencia y el
tiempo de vida útil de los módulos mencionados.
Palabras clave—. Contaminación, CBA (Analizador de
Baterías Computarizado), Carga, Descarga, Batería de alto
voltaje, Módulo
Abstract— The high pollution caused mostly by vehicles
with internal combustion engines has caused the deterioration
of the environment, so measures have been taken to counteract
this pollution, through the manufacture of electric and hybrid
propulsion vehicles. These vehicles have the disadvantage of
producing pollution through their batteries, since they contain
highly polluting chemicals, and as they reflect a fault code,
about the deterioration of the high voltage battery, it is replaced
in its entirety, existing, due to this change, a high cost of
maintenance and waste of several modules that are in good
condition. To correct this reality, a study has been carried out on
the charging and discharging processes of the high-voltage
battery modules of the hybrid vehicle at a constant charge and
discharge rate of 1.5A, with the help of a CBA battery analyzer,
by means of the modules are subjected to constant controlled
loading and unloading through a test protocol, in this way an
analysis is made between the unloading curves after each test,
determining the state of charge SOC and unloading DSOC, thus
calculating the efficiency and life time of the modules
mentioned above.....
Keywords—. Contamination, CBA (Computerized Battery
Analyzer), Charging, Discharge, High Voltage Battery, Module
I INTRODUCCIÓN
En la actualidad, se destacan tres tipos de propulsión
en los vehículos a nivel mundial, los vehículos a
combustible, los eléctricos y los híbridos. Estos últimos
se caracterizan por ser la combinación de los dos
primeros, en el que el motor de combustión interna
alimenta de energía a las baterías, las cuales son exigidas
al máximo en el proceso de carga y descarga rápida,
reduciendo así su vida útil y al ser un componente
excesivamente costoso y contaminante, se requiere
realizar un análisis en el comportamiento de la misma en
diferentes condiciones y determinar una manera de
prolongar su vida útil, el mayor tiempo posible [1].
El reciclaje puede minimizar el impacto ambiental de
las baterías mediante la reducción de energía requerida
para su producción, así como los daños medioambientales
causados por los peligrosos materiales usados en su
fabricación como en la de nuevas baterías [2].
Pero también hay que tener en cuenta que mientras
las baterías constituidas de plomo ácido son comúnmente
recicladas, es menos común ver reciclar las baterías de
iones de litio de los dispositivos móviles, la electrónica
portátil y los autos híbridos y eléctricos [3]. En la Unión
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Europea, sólo el 5% del litio de las baterías vendidas en
2010 fueron recicladas [4].
Figura 1. Medición de voltaje en batería de alto voltaje
Una de las razones de esta baja tasa de reciclaje de
estas baterías corresponde a un proceso de reciclaje
complejo [5].
Para el correspondiente análisis de las celdas y la
obtención de sus respectivas curvas, se eligió de entre 5
celdas en mal estado, la que entregaba un mayor tiempo
de voltaje en la zona nominal de la gráfica [6].
El desarrollo del presente trabajo se dividió en cinco
etapas:
Introducción.
Protocolo de medición de módulo.
Obtención de curvas.
Análisis de resultados.
Conclusiones.
.
II MÉTODOS Y MATERIALES
Instrumentos de medición .- Para realizar la prueba de
carga y descarga de un módulo unitario de batería, se
utiliza:
Módulo individual de batería
Analizador de baterías CBA
Software “West Mountain Radio CBA”
Cable USB tipo A/B de impresora
Cables tipo lagarto
Protocolo de medición. - Para realizar la prueba de
carga del módulo de níquel – hidruro metálico se debe
seguir los siguientes ítems:
Encender el computador
Instalar y abrir el software “West Mountain Radio
CBA”
Conectar el analizador de baterías CBA al
computador
De las pruebas anteriores en el presente capítulo, se
escoge el módulo con mayor duración de descarga,
verificando tanto en las tablas como en las gráficas
correspondientes.
Configurar el software para descargar el módulo de
batería, a una tasa de 1.5 A, durante un tiempo
máximo de 15 minutos.
Conectar mediante lagartos el cargador de baterías a
los bornes del módulo a ser cargado.
Configurar el cargador de baterías, en el modo de
carga normal (1.5 A), y conectarlo al tomacorriente de
la pared (110V).
Encender el cargador de baterías, con lo que iniciará
la prueba.
Después de los 15 minutos de carga, el software
emitirá un sonido de advertencia de finalización de
prueba, con lo que debemos desconectar el cargador,
quitar los lagartos de los bornes, y almacenar los datos
obtenidos.
Dejar reposar el módulo por 10 minutos.
Configurar el software para descargar la batería, a una
tasa de 1.5 A, hasta conseguir un voltaje mínimo de 6
voltios, independientemente del tiempo.
Iniciar la prueba y esperar hasta que el software
indique que la prueba finalizó mediante una señal
Figura 2. Instrumentos implementados en los procesos
Figura 4. Gráfica de carga del módulo T0.
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visual y auditiva.
Al concluir la prueba, desconectar los bornes de la
batería, guardar la prueba y exportar sus valores
Carga de módulo de batería
Después de analizar varios módulos de batería, se
seleccionó el módulo T0, debido a que la forma de su
curva indica que este, posee una zona nominal muy
uniforme, es decir que entrega un voltaje similar por más
tiempo que el resto de módulos [7].
Por lo tanto, se realiza la carga y descarga del módulo
T0 por 9 veces, para luego analizar sus resultados, se debe
tener en cuenta que todas las pruebas de carga no van a
variar en mucho, por lo que todas las gráficas de carga
serán muy similares.
Figura 7. Descargas de módulo
Figura 8. Gráfica de tiempo total de descarga
Descarga de módulo de batería
Mediante la descarga del módulo, de determinará
que sucede con el tiempo máximo de capacidad del
módulo. Cabe recalcar que esta prueba se realizó a una
idéntica tasa de carga y descarga, que fue de 1.5 A.
III PRUEBAS Y RESULTADOS
Para determinar el estado de salud de una batería, se
utiliza el tiempo de descarga de la primera prueba, luego,
se utiliza el tiempo de descarga de la 10 prueba, y se los
reemplaza en la ecuación
Donde: = Estado de salud de la batería (%)
=Tiempo de descarga inicial (h)
= Tiempo de descarga luego de haber
realizado 10 procesos de carga y descarga consecutivos
(h)
Obteniendo los siguientes resultados:
Figura 5. Descarga 1 de la celda T0.
Figura 6. Descarga 9 de la celda T0.
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Con los resultados obtenidos, se determinó que, tras
repetir la carga y descarga de un módulo, la salud de la
batería aumento en un 15.95%, por lo que su tiempo de
entrega de voltaje aumentará en dicho porcentaje.
Como se puede observar, tras las pruebas se aumentó
el tiempo total de descarga en más de dos minutos
IV CONCLUSIONES
Se sometió a procesos de carga y descarga constantes
según el protocolo de pruebas especificado, estimando un
aumento de eficiencia de 4.7% y un aumento de vida útil
de 15.58%.
Cuando el pack de batería se encuentra en buen estado
de salud al aplicar un proceso de carga y descarga con
voltaje y corriente de descarga constante mejora el estado
de carga.
Un proceso de carga y descarga controlada mejoran el
estado de salud de la batería y por ende su control de
estado de carga.
Cuando el estado de carga y descarga se realizan un
proceso de balanceo de voltajes el incremento de estado
de salud es notorio.
Los packs de baterías son susceptibles de reaccionar
y mejorar su condición de operación cuando se producen
estado de carga y descarga controlados.
REFERENCIAS
[1] E. P. Maldonado y C. F. Martínez, «Investigación
del Proceso de Carga (SOC) y de Descarga (DSOC)
de las Baterías de Alta Tensión para Estimar su
Eficiencia y Tiempo de Vida Útil a través de un
Módulo de Corriente Constante», Universidad de
las Fuerzas Armadas ESPE, Latacunga, Ecuador,
2018.
[2] O. R. B. A. Bustos y A. S. C. C. Correa,
«Elaboración de un manual práctico de diagnóstico
y corrección de fallas referente al sistema de
inyección electrónica en los vehículos de la línea
Toyota, mediante interface y utilizando el software
techstream», Universidad Técnica del Norte, Ibarra,
Ecuador, 2012.
[3] O. A. Z. M. Zelaya, «Análisis general de los
vehículos híbridos y su funcionamiento»,
Universidad de San Carlos de Guatemala,
Guatemala, 2006.
[4] L. F. E. D. Espinosa, «Diseño y aplicación de un
protocolo de mantenimiento, diagnóstico y
reparación del sistema de baterías de vehículos
híbridos», Universidad de las Fuerzas Armadas
ESPE, Latacunga, Ecuador, 2013.
[5] J. E. J. Acosta, «Estudio del sistema híbrido, diseño,
construcción e implementación de un modelo de
conexión de fuerzas propulsoras de transmisión por
medio de engranajes planetarios», Universidad
Internacional del Ecuador, Quito, Ecuador, 2013.
[6] A. P. V. Pantoja, «Modelado y control de un sistema
de propulsión híbrido», Universidad Nacional
Autónoma de México, Ciudad Universitaria,
México, 2006.
