Desarrollan una aplicación de simulación para optimizar baterías de camiones eléctricos

La transición hacia flotas de camiones de reparto eléctricos, motivada por la reducción de costes operativos y emisiones de carbono, se enfrenta a un desafío clave: la limitada vida útil de las baterías para trayectos largos. Para abordar esta cuestión, un consorcio de universidades y socios industriales ha desarrollado una aplicación de simulación personalizada y un modelo de simulación multiescala. Este avance fue detallado en una publicación de IEEE Spectrum.

El proyecto, conocido como LaserBATMAN, involucró a organizaciones como Aurobay, Resolvent, la Comisión Europea, la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU), Vinnova (la Agencia Sueca de Sistemas de Innovación), Innovation Fund Denmark y Volvo Group Trucks Operations. Iniciado en mayo de 2022 y concluido en mayo de 2025, el objetivo principal del proyecto fue optimizar la robustez y la vida útil de los paquetes de baterías.

La aplicación de simulación, desarrollada por la consultora Resolvent, con sede en Dinamarca y especializada en energía verde, permite al departamento de I+D de Volvo evaluar con precisión el rendimiento de la batería a lo largo de su ciclo de vida. Utilizando el software COMSOL Multiphysics, el equipo de Resolvent construyó un modelo que analiza cómo la soldadura láser, un proceso crucial en la fabricación de baterías para conectar celdas mediante busbars, afecta la electroquímica y la degradación. Una soldadura incorrecta puede acelerar la degradación, mientras que una correcta puede prolongar la vida útil.

El modelo, que inicialmente se centró en la celda, escaló para simular el rendimiento de la batería desde el nivel de celda hasta el de paquete completo. Una red neuronal profunda (DNN) fue entrenada con datos de un modelo electroquímico detallado, permitiendo una visión rápida del comportamiento de las celdas. Posteriormente, se desarrolló una aplicación personalizada que funciona como una herramienta de diseño.

Esta herramienta permite a los usuarios introducir parámetros como las dimensiones del paquete, el número de celdas, la temperatura ambiente y los perfiles de carga y descarga, observando el rendimiento resultante. Incluye una función específica, el ‘Busbar Weld Design Tool’, para calcular el rendimiento de la soldadura del busbar tras ciclos de uso, permitiendo variar parámetros como la forma de la soldadura, el grosor del busbar y la profundidad de penetración del láser. Además, un botón de ‘Compute Battery’ muestra datos como la temperatura de la soldadura en un estado dado, el estado de carga y el grosor de la capa de interfaz sólido-electrolito (SEI).

Según Martin Refslund Nielsen, ex director comercial de Resolvent, la aplicación proporciona una comprensión técnica profunda y ayuda a dimensionar el diseño en un ‘punto óptimo’, lo que puede llevar a mejoras significativas. Por ejemplo, si los resultados sugieren una mejor refrigeración, el equipo podría potencialmente reducir el diseño en dos celdas de batería y mantener el mismo rendimiento, cuantificando la relación entre refrigeración y configuración. Estas herramientas de simulación ofrecen un análisis y reporte más consistentes, facilitando la optimización del rendimiento y el aumento de la robustez de las baterías, lo que contribuye al despliegue de energía verde.