Análisis termodinámico de evaluación de la factibilidad de utilizar bombas de calor para aumentar la autonomía de un vehículo eléctrico

Abstract

El rango de operación óptimo de la batería de un vehículo eléctrico está limitado por factores externos como la temperatura del medio ambiente. La disminución de la temperatura afecta directamente a los conductores en su capacidad de movilizarse, debido a que no hay un sistema que limite la disminución de la temperatura de la batería. El propósito del trabajo de investigación comprende el análisis termodinámico para evaluar la factibilidad de utilizar un sistema de bomba de calor aplicada a un vehículo eléctrico, analizando la eficiencia del sistema a diferentes temperaturas de trabajo, con el objetivo de mejorar el rango de recorrido del vehículo eléctrico. La temperatura del medio ambiente se define como un punto inicial del análisis, así como el rango de temperaturas que estará trabajando el refrigerante para elaborar un diagrama T - s (temperatura – entropía específica). Se evaluó la eficiencia del sistema en diferentes temperaturas de trabajo, aplicando conceptos termodinámicos y de transferencia de calor, se determinó el flujo de masa del refrigerante y el aumento del rango de recorrido del vehículo. El sistema se evaluó con diferentes números de bombas de calor. Los resultados muestran que el tiempo necesario para calentar la temperatura de la batería de 0°C a 15°C varía de 689.07 minutos, en el caso se utilice una bomba de calor, a 172.68 minutos, en el caso se utilicen cuatro bombas de calor. Se estima que a 15°C el rango de recorrido disminuiría a 14.5% de la capacidad original.

The optimal operating range of an electric vehicle battery is limited by external factors such as ambient temperature. The decrease in temperature directly affects drivers' ability to move around, since there is no system that limits the decrease in battery temperature. The purpose of this research is to perform a thermodynamic analysis to evaluate the feasibility of using a heat pump system in an electric vehicle, analyzing the system's efficiency at different operating temperatures, with the goal of improving the electric vehicle's range. The ambient temperature is defined as a starting point for the analysis, as well as the temperature range that the coolant will be working at to create a T - s diagram (temperature - specific entropy). The efficiency of the system was evaluated at different working temperatures, applying thermodynamic and heat transfer concepts, the mass flow of the coolant and the increase in the vehicle's travel range were determined. The system was evaluated with different numbers of heat pumps. The results show that the time required to heat the battery temperature from 0°C to 15°C varies from 689.07 minutes, in the case of using one heat pump, to 172.68 minutes, in the case of using four heat pumps. It is estimated that at 15°C the travel range would decrease to 14.5% of the original capacity.