El objetivo principal de MODALT es estudiar, modelar, diseñar y crear el prototipo de un módulo de almacenamiento de energía de alto rendimiento, y su integración para construir paquetes de baterías para aplicaciones de movilidad eléctrica de alta potencia y energía. En concreto, MODALT estudiará e investigará el modelado de nuevas celdas y materiales, caracterizando y probando su comportamiento eléctrico, mecánico y térmico con el fin de optimizar un diseño avanzado de carcasa y aislamiento.
MODALT explorará:
- Definición de propiedades y configuración comunes de los módulos de baterías para diferentes casos de uso, capaces de ampliar la tecnología de los paquetes de baterías para satisfacer las necesidades y requisitos del transporte de alta potencia.
- Estudio y diseño de una carcasa de módulo ligera y segura, prestando especial atención a su diseño mecánico (geometría, distribución, conexiones, cableado, refrigeración, etc.), e investigación sobre el uso de materiales compuestos avanzados tanto para la carcasa inferior (portapilas) como para la superior (tapa o cubierta de la pila), de forma que cumplan los requisitos mecánicos, de resistencia al fuego y a las interferencias electromagnéticas, al tiempo que se mejora su ligereza.
- Modelización y evaluación del rendimiento y la seguridad del módulo, en condiciones estándar y extremas, mediante modelización computacional (modelización térmica con resolución 3D). Para que el modelo sea preciso, se modelarán células individuales comprobando empíricamente el comportamiento térmico y electroquímico. Después, en una segunda fase, se ampliará el modelo con un módulo de batería completo que se evaluará virtualmente como en un vehículo real.
- Prueba del pack en cuanto a aspectos de seguridad, teniendo en cuenta la validación térmica, mecánica y eléctrica, allanando el camino para una futura certificación. Se realizará una evaluación experimental de una célula aislada para medir la transferencia de calor y la evacuación de gases, entre otros parámetros. Se desarrollará un modelo cinético-químico para representar dicho fenómeno y evaluar virtualmente el rendimiento del paquete de baterías. Si es necesario, se aplicarán medidas de mitigación de incendios en caso de fallo.
Acrónimo: MODALT
Título: Investigación sobre el almacenamiento de alto rendimiento para la movilidad eléctrica de alta potencia
ID: INNEST/2022/153
Presupuesto: 828.194,81 €
Duración: 25 meses (01/09/2022 – 30/09/2024)
Programa: Agencia Valenciana de Innovación – Proyectos Estratégicos en Cooperación
Socios: Zeleros (coordinador), Universitat Politècnica de València, Instituto CMT, AIMPLAS – Instituto Tecnológico del Plástico, Ziur Composite Solutions
A continuación se muestra el resumen y los resultados obtenidos en el proyecto financiado por la Agencia Valenciana de la Innovación:
Dossier No
INNEST/2022/153
Ayuda total concedida
644.871,15 €
Entidad beneficiaria
ZELEROS GLOBAL SL
Resumen de los objetivos iniciales del proyecto
MODALT es un proyecto de investigación industrial cuyo objetivo principal es estudiar, modelar, diseñar y prototipar un módulo de almacenamiento de alto rendimiento, así como explorar la integración de estos módulos en paquetes de baterías modulares destinados a aplicaciones de movilidad eléctrica de alta potencia y energía, con vistas a su futuro desarrollo e industrialización.
El proyecto implica una fase de investigación, realizando estudios e investigaciones de células y nuevos materiales, así como modelando y caracterizando el comportamiento eléctrico, mecánico y térmico para optimizar el diseño de la carcasa y el aislamiento. Esto se logrará mediante la creación de prototipos y la realización de pruebas de laboratorio específicas (TRL-4) para verificar las propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas del módulo completo y el diseño modular del paquete, optimizando en última instancia el diseño final al tiempo que se garantiza la seguridad y se cumplen los requisitos de certificación para una futura evolución e industrialización.
Resultados obtenidos
En el momento de redactar este informe, las pruebas del módulo prototipo siguen en curso debido a los pequeños retrasos naturales acumulados durante el proyecto, que están afectando a la tarea de validación final. El documento se actualizará cuando finalicen las pruebas. Hasta la fecha, se han evaluado datos parciales de las pruebas y se han comparado con el modelo. La precisión de la simulación y las pruebas es del 93%, lo que permite, para la pequeña muestra disponible, confirmar la validez de los modelos y el rendimiento esperado del módulo y el pack de baterías dentro del margen de confianza del diseño desarrollado en el proyecto. Se realizarán pruebas adicionales tras el cierre del proyecto como conclusión interna del proceso de desarrollo en Zeleros y como preparación de un estudio relacionado con el proceso de certificación y las modificaciones para la industrialización asociada.
Valor diferencial respecto a otras alternativas del mercado
Se ha desarrollado una batería de nueva generación, diseñada para ofrecer un rendimiento superior al de las soluciones actuales del mercado. Esta batería destaca por su alta densidad de potencia, que permite una mayor entrega de energía en un espacio compacto. Su diseño compacto y ligero facilita la integración en una amplia variedad de aplicaciones, optimizando tanto el espacio como el peso en sistemas móviles y fijos. Incorpora un sistema de refrigeración optimizado, que garantiza una gestión térmica eficaz y prolonga la vida útil de la batería incluso en condiciones de alto rendimiento. Además, cuenta con un Sistema de Gestión de la Batería (BMS) personalizado, desarrollado específicamente para maximizar la seguridad, el control y el equilibrado de las celdas, adaptándose a las necesidades únicas de cada aplicación. Las conexiones eléctricas se han optimizado, garantizando una instalación más sencilla y una menor resistencia interna, lo que contribuye a una mayor eficiencia energética global. Esta combinación única de características hace de nuestra batería una opción ideal para sectores en los que la potencia, el peso y la fiabilidad son fundamentales.
Interés comercial y proximidad al mercado
La batería desarrollada nos ha permitido conseguir un rendimiento que cumple los requisitos del mercado de la aviación, donde este diseño -o diseños adaptados basados en la misma célula- podría servir de base para instalaciones en eVTOL, que será el primer segmento en electrificarse dentro de la aviación.
Contribución de socios y/o contratistas
El proyecto está formado por cuatro entidades reconocidas internacionalmente, constituidas por dos empresas -una PYME (ZELEROS) y una gran empresa (ZIUR Composites)- y dos organismos de investigación: un centro tecnológico (AIMPLAS) y una universidad (UPV).
El proyecto está dirigido por ZELEROS como socio tecnológico, experto en el estudio de celdas, geometrías y casos de uso para el almacenamiento de energía, así como en el diseño mecánico para la distribución, conexiones y refrigeración, y en la validación eléctrica. ZIUR Composites dirige el diseño de la carcasa del módulo centrándose en la seguridad, en estrecha colaboración con AIMPLASque desarrolla materiales aislantes ligeros y antivibratorios. Por último, UPV dirige el modelado computacional del pack y la caracterización experimental.
