Principios generales
Las celdas de batería funcionan de manera más eficiente dentro de una ventana de temperatura estrecha. Las celdas demasiado frías entregan menos potencia, mientras que las celdas demasiado calientes envejecen más rápido y aumentan el riesgo de eventos térmicos. Las pilas de celdas de combustible requieren una temperatura de funcionamiento estable y un refrigerante con una conductividad definida.
Normalmente se utilizan dos tipos de refrigerante:
• Mezcla de glicol y agua para los circuitos de batería y para los circuitos con requisitos de protección anticongelante. Los parámetros monitorizados incluyen la temperatura, el caudal, el nivel de llenado y el estado de la mezcla.
• Agua desionizada para las pilas de celdas de combustible. Aquí, la conductividad es el parámetro de calidad central, ya que los iones disueltos pueden afectar al aislamiento eléctrico y a la resistencia a la corrosión.
Tareas de medición típicas en el circuito de refrigerante:
• Temperatura de celdas y módulos para detectar puntos calientes y gradientes de temperatura
• Temperatura del refrigerante en la impulsión y el retorno para el control y el balance térmico
• Caudal en los circuitos principal y derivados para verificar el rendimiento de la bomba y detectar obstrucciones o una distribución desigual
• Nivel de llenado en el depósito de expansión para la detección temprana de fugas
• Presión y presión diferencial a través de filtros e intercambiadores de calor
• Conductividad para monitorizar la calidad del refrigerante
Los valores medidos se transfieren mediante señales analógicas o interfaces digitales (por ejemplo, a través de bus de campo Modbus RTU o P2P a través de IO-Link) al sistema de gestión de baterías, a la unidad de control del vehículo o a una sala de control.
Diferencias específicas de la aplicación
Vehículos (sistemas de tracción y auxiliares). Las aplicaciones en vehículos se caracterizan por cambios de carga dinámicos, funcionamiento en exteriores y grandes variaciones de la temperatura ambiente. Los puntos de medición deben soportar vibraciones, humedad y ciclos térmicos a largo plazo.
Sistemas de alimentación de respaldo y de emergencia. Las aplicaciones de respaldo normalmente funcionan con carga constante durante periodos prolongados, en instalaciones interiores o recintos protegidos. El enfoque se centra en la disponibilidad, la gestión de alarmas y la documentación completa.
Los puntos calientes en celdas o módulos individuales a menudo pasan desapercibidos cuando solo se registran valores medios. Los detectores de temperatura por resistencia (Pt100/Pt1000) en módulos críticos, combinados con transmisores para el acondicionamiento de señal y la integración con el BMS, permiten detectar los gradientes de forma temprana. Medir la diferencia de temperatura del refrigerante entre la impulsión y el retorno permite ajustar la estrategia de control de forma específica.
Los filtros sucios, el aire atrapado o el desgaste de la bomba reducen el caudal de forma gradual, y la capacidad de refrigeración disminuye sin ninguna alarma hasta que se alcanza un límite de temperatura. Los caudalímetros electrónicos y los monitores de caudal detectan el caudal mínimo y emiten una señal cuando se producen desviaciones. La medición de la presión diferencial a través de los filtros indica cuándo es necesario el mantenimiento, de modo que el servicio pueda planificarse antes de que se pierda el rendimiento de la refrigeración.
En el agua desionizada, la conductividad aumenta a medida que se introducen iones, por ejemplo, procedentes de materiales o juntas. Las mezclas de glicol cambian de concentración y composición con el tiempo. Ambos factores afectan al aislamiento, la corrosión y la vida útil de los componentes. Las celdas de medición de conductividad y los transmisores con compensación de temperatura permiten una monitorización continua de la tendencia, de modo que la sustitución del refrigerante pueda programarse en función del estado medido y no de intervalos fijos.
Las pequeñas fugas en el circuito de refrigerante pueden pasar desapercibidas durante mucho tiempo. En los sistemas de alimentación de respaldo, una pérdida gradual puede dejar el sistema no disponible precisamente cuando se lo necesita. La monitorización del nivel de llenado en el depósito de expansión, con funciones de límite y de tendencia, proporciona una advertencia temprana. Los productos de comunicación digital y conversión de señal transfieren estas señales a la sala de control o al sistema de gestión de baterías, donde las alarmas se evalúan y documentan de forma centralizada.
Las temperaturas elevadas reducen la vida útil de la batería y aumentan los costes de sustitución de la batería, mientras que las temperaturas bajas disminuyen la potencia y la capacidad de la batería, lo que afecta a la autonomía, el rendimiento y la asequibilidad.
