MODELO SIMPLIFICADO PARA PREDECIR LOS CICLOS DE DESCARGA Y CARGA DE BATERÍAS DE IONES DE LITIO

E. R. HENQUÍN, P. A. AGUIRRE

Cordoba

Congreso; 5to. Congreso Nacional - 4to. Congreso Iberoamericano HIDRÓGENO Y FUENTES SUSTENTABLES DE ENERGÍA Córdoba, Argentina, 10 - 14 de junio de 2013; 2013

INSTITUTO DE ENERGÍA Y DESARROLLO SUSTENTABLE - COMISIÓN NACIONAL DE ENERGÍA ATÓMICA

Los modelos matemáticos para predecir los ciclos de carga y descarga de baterías de iones de litio son importantes no solo para determinar el estado de carga, sino también para acoplarse con los patrones de consumo de energía en diferentes dispositivos, y de esa forma optimizar su uso o diseño. Los modelos matemáticos rigurosos requieren gran esfuerzo computacional y considerable tiempos de cálculos. Algunos autores han propuesto modificaciones y/o diferentes técnicas matemáticas con el objetivo de reducir los tiempos de cálculos. Pero aún así, no es una tarea menor plantear las condiciones de contorno de estas ecuaciones, acoplarlas con las ecuaciones principales y lograr su resolución [1,2]. Se propone un modelo simplificado derivando las ecuaciones de balances de masas en ambos electrodos y el separador, teniendo en cuenta que el flujo de litio se produce por difusión. Asimismo la difusión dentro de las partículas es simplificada. La ecuación de Butler-Volmer modela los sobrepotenciales, y la ley de Ohm en fase solución y en fase sólido representa las demás caídas óhmicas. Además se tuvo en cuenta el planteo de las áreas de las diferentes fases que componen la celda y de las densidades de corriente. El sistema consiste en un conjunto de ecuaciones diferenciales y algebraicas acopladas (problema "rígido"): 7 ecuaciones diferenciales ordinarias y 9 algebraicas. Este modelo fue validado comparando con los puntos experimentales [3] (Fig. 4 pagina 1893), ajustando algunos parámetros. El modelo matemático presentado en este trabajo permite predecir apropiadamente los procesos de carga y descarga de baterías de iones de litio en diferentes condiciones de operación. Es lo suficientemente robusto como para se usado en otros tipos de baterías de litio, y sus resultados son obtenidos en centésimas de segundos en una pc común.