En junio del año pasado, Airbus realizó con éxito las pruebas del túnel de viento EcoPulse (EcoPulse es una marca registrada de Daher, fabricante de aviones y proveedor de equipos industriales y de servicios) en sus instalaciones de Filton (Reino Unido). Estas pruebas evaluaron las características de rendimiento de la hélice y el proceso de refrigeración de las seis unidades de propulsión eléctrica «distribuidas». En 2022, el montaje del demostrador -una plataforma de avión ligero suministrada por Daher- está muy avanzado, preparando el camino para su primer vuelo de prueba a finales de este año.
Ahora nos centramos en otro elemento clave que se está ultimando para el demostrador EcoPulse: el sistema de baterías principales de iones de litio de alto voltaje desarrollado por Airbus Defence and Space en Toulouse. Aunque no ocupa el centro de la atención, esta nueva batería es una innovación muy importante que es fundamental para la demostración de electrificación con EcoPulse, especialmente porque está superando los límites de las baterías de alto voltaje que se utilizan en un avión.
La batería mide aproximadamente 2,3 m de largo, 75 cm de ancho y 20 cm de profundidad. Está montada bajo el fuselaje e integrada en un carenado aerodinámico reforzado. La batería es una de las dos fuentes de energía eléctrica del demostrador; la otra es una «unidad de energía auxiliar electrónica» (e-APU) proporcionada por Safran.
Densidad de potencia y energía
Ligera, compacta, con una potencia de batería y una densidad energética muy elevadas: la batería alcanza estos objetivos gracias a varios años de investigación y desarrollo en el marco de las iniciativas de electrificación y sostenibilidad de los aviones de Airbus. Anteriormente se instalaron baterías de alto voltaje menos potentes en el CityAirbus y en el FlightLab de Airbus Helicopters. El resultado de estos avances incrementales es esta última batería de iones de litio de alto voltaje. La unidad, diseñada para EcoPulse, pesa unos 350 kg, es capaz de alcanzar 800 voltios de corriente continua y puede suministrar hasta 350 kilovatios de potencia.
Este nivel de potencia no sólo es suficiente para accionar los seis propulsores eléctricos de EcoPulse, dependiendo de las condiciones de la prueba, sino que también resulta ser similar a lo que se necesitaría para los sistemas secundarios no propulsores de un avión. Airbus está explorando estos últimos por separado como parte de su investigación de «microhibridación», siendo el concepto de batería de alto voltaje un «ladrillo tecnológico» clave.
Desarrollo de la batería de iones de litio de alto voltaje
Entonces, ¿cómo se desarrolló esta batería, y cuáles fueron los retos y los logros para llevarla a cabo?
«Empezamos a trabajar en la de alto voltaje de iones de litio hace unos años», recuerda Julien Laurent, jefe de proyecto de la batería, y para este prototipo lo diseñamos completamente en casa».
Explica algunas características notables: «Nuestro diseño incluía varios miles de celdas de iones de litio e incorporaba varias medidas de seguridad para evitar el desbordamiento térmico, como la conexión de cada celda con cables. Otra parte innovadora es el sistema de refrigeración activa, que garantiza la temperatura óptima para un funcionamiento normal. Además, este sistema de baterías también incluye un sistema de gestión de baterías adaptado. Esto ayuda a minimizar el mantenimiento gracias a sus funciones de prueba incorporadas y a su capacidad para resaltar el estado de carga o si las celdas necesitan ser reequilibradas».
La capacidad de alto voltaje de la batería cuando se aplica en este contexto es única, ya que no está disponible hoy en día ni en la industria aeroespacial ni en la automovilística. En concreto, las baterías más pesadas que se utilizan hoy en día en los aviones suelen tener un voltaje bastante bajo (28Vdc) y su baja densidad energética hace que se utilicen principalmente para arrancar la APU y para emergencias. Además, la mayoría de ellas están basadas en el níquel-cadmio (NiCad), que, según la normativa REACH de la UE, pronto tendrá que dejar paso a otros tipos de baterías que respeten el medio ambiente, como las de iones de litio.
En cuanto a la industria automovilística, si bien es cierto que actualmente se utilizan baterías para alimentar coches eléctricos, éstas son demasiado voluminosas y pesadas para su uso en el sector aeroespacial. En resumen, actualmente no existen sistemas de baterías independientes que puedan satisfacer nuestras necesidades en términos de seguridad y rendimiento.
Objetivos de fabricación y pruebas
Tras la selección de las celdas y la posterior integración del diseño de EcoPulse, muy pronto se someterán a pruebas en Toulouse varios prototipos de baterías de acuerdo con las estrictas normas aeronáuticas. Estas pruebas evaluarán el rendimiento y los atributos medioambientales y de seguridad, para que el equipo pueda estar seguro de que se comportarán de forma adecuada y segura una vez instaladas en el vehículo EcoPulse.
Al comprender el comportamiento de las baterías de alto voltaje gracias a estas pruebas, Airbus desarrollará una competencia vital para aplicar arquitecturas de microhibridación a los futuros aviones, por ejemplo, para optimizar la gestión de la potencia/energía de las funciones no propulsoras, como el aire acondicionado, el vuelo automático y los controles de vuelo.
En resumen, con EcoPulse se están fabricando algunos de los pilares que tienen sentido para la estrategia global de Airbus. Estos materiales ayudarán a desarrollar una amplia cartera de competencias técnicas e industriales para preparar las futuras plataformas para apoyar la descarbonización. No hay una única solución prospectiva para descarbonizar los futuros aviones de Airbus, sino varias, incluyendo las alas, el hidrógeno, la estructura, los controles de vuelo, etc. La hibridación, gracias a baterías como ésta, es sólo uno de los elementos que necesitaremos para la descarbonización.
Airbus/Marzo 09 de 2022
