Diseño de sistema de almacenamiento de energía eléctrica (Li) y sistemas de control para bomba eléctrica para un motor cohete

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. En este trabajo se analizan los requerimientos necesarios para poder utilizar energía eléctrica almacenada en baterías, con el objeto de energizar una bomba eléctrica de aplicación para motores cohete del tipo pump-fed. 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. Se hace la comparación de pesos a partir de la utilización de otras tecnologías de almacenamiento. La primera tarea que se realiza es determinar qué potencia eléctrica se requiere en el motor eléctrico COTs para ajustarse a los parámetros de funcionamiento de la bomba. 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. Con la utilización de celdas de iones de litio, es necesario contar con un sistema de control BMS (Battery Management System) que evalúe el estado de carga de las celdas individuales. Con adecuadas estrategias de selección de pilas se puede lograr obtener los parámetros óptimos para una operación segura.