Model based Optimization of Thermal Management Systems for Electro-Mobility Applications

Abstract:

La presente Tesis Doctoral desarrolla una metodología de diseño y optimización energética enfocada a sistemas de gestión térmica para aplicaciones que se engloban dentro del campo de la Electro-Movilidad. Se concretan procedimientos y ciertos tipos de cálculo que permiten tomar decisiones no arbitrarias en cada etapa de diseño, acelerando y haciendo más robusto el proceso de desarrollo. Esta metodología conlleva el desarrollo de modelos matemáticos avanzados, que independientemente de la herramienta de simulación que se utilice, aseguran la optimización del diseño final. La metodología desarrollada se ha implementado en dos aplicaciones dentro del campo de la Electro-Movilidad: un ascensor residencial y un minibús eléctrico urbano.

El aporte principal de la tesis se centra en el último y quinto paso de la metodología el cual corresponde a la optimización del sistema de gestión térmica. Antes de proceder con esta tarea es imprescindible chequear el margen de mejora que existe en el sistema diseñado en referencia a los criterios de diseño establecidos en el primer paso de la metodología. En el presente trabajo prevalece la importancia de los aspectos térmicos y por ello, se fija el objetivo de minimizar el consumo y coste del sistema auxiliar del sistema de gestión térmica, manteniendo en todo momento la temperatura máxima del sistema de almacenamiento dentro de un rango de operación ideal y aceptable, junto con la minimización de la dispersión térmica en él. En ambas aplicaciones se lleva a cabo un proceso de optimización basado en simulaciones numéricas transitorias que se realizan en cada una de las herramientas de simulación seleccionadas. Debido al alto coste computacional referido a la simulación transitoria mediante la herramienta Dinámica de Fluidos Computacional, se introduce un nuevo concepto denominado False Steady, mediante el cual es posible superar esta limitación, sin prescindir de la exactitud de los resultados obtenidos. Como resultado de este paso se obtiene para cada caso un sistema de gestión térmica optimizado, evaluando por ejemplo la necesidad o no de utilizar diferentes componentes o reduciendo el consumo eléctrico requerido en función de las condiciones de trabajo.

En ambos casos seleccionados se han obtenido resultados satisfactorios. De esta manera se demuestra la versatilidad de la metodología para ser aplicada en diferentes aplicaciones dentro del campo de la Electro- Movilidad con el fin de optimizar el sistemas de almacenamiento eléctrico y su correspondiente sistema de gestión térmica.