Utilización de energía eléctrica para la propulsión de aviones con pesos menores a 600 kg

Abstract

El avance continuo de las tecnologías de almacenamiento de iones de litio ha demostrado al mundo que es factible movilizar vehículos terrestres y aéreos puramente eléctricos. A su vez, los actuales motores Brushless (BLDC) de alta eficiencia, sin mantenimiento y bajo peso, nos dan mayor confiabilidad en este desafío. Podemos mencionar como ejemplo el proyecto Solar Impulse, que en este momento se encuentra completando la vuelta al mundo impulsado por este tipo de motores. En este trabajo se analizan los requerimientos mínimos necesarios para poder utilizar energía eléctrica almacenada en baterías, con el objeto de propulsar un avión eléctrico cuyo peso no sea mayor a los 600 kg y durante al menos una hora. Se analizan fundamentalmente los aspectos involucrados en el diseño, construcción y operación de las unidades de almacenamiento de energía eléctrica, en particular utilizando celdas de litio de tecnología LiFePo4. La primera tarea que se realiza es determinar qué potencia eléctrica se requiere en el o los motores eléctricos que permitan el despegue y el vuelo de la aeronave. Pensando en un vehículo del tipo no tripulado, el peso total sería suficiente para contener las baterías, los motores, la electrónica y el fuselaje. Luego se describirán los pasos necesarios para construir una batería asociada a tal aplicación, detallando y mostrando aspectos funcionales de las celdas individuales, perfiles de temperatura, así como también la forma de carga y de interconexión entre celdas. Se explicará el por qué se ha seleccionado la tecnología de LiFePo4, comparándola con las de litio cobalto o litio manganeso. Una batería es básicamente un arreglo de celdas conectadas en serie/paralelo. Con la utilización de celdas de iones de litio, es necesario contar con un sistema que evalúe el estado de carga de las celdas individuales. Este sistema se conoce como BMS (Battery Management System). Cuando el número de celdas que contiene la batería es muy elevado (>20 por ejemplo), la medida de tensiones, corrientes y temperaturas, y los controles de sobrecarga por cada celda individual, pueden hacer que estos BMS sean muy costosos y complejos. Con adecuadas estrategias de selección de pilas se puede lograr que, solo visualizando ciertos parámetros, se pueda tener control sobre el estado de carga de la batería y dentro de una zona segura de operación.