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HESS: Sistema híbrido de almacenamiento de energía controlado digitalmente

2025
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Andreas Mangler, director de marketing estratégico de Rutronik nos habla de un nuevo sistema híbrido de almacenamiento de energía (HESS) controlado digitalmente que puede doblar la vida de servicio de una batería y mejorar la respuesta ante la temperatura de todo el sistema, por ejemplo, a la hora de soportar una carga rápida.

Rutronik ha desarrollado el sistema patentado en colaboración con la Universidad de Ciencias Aplicadas de Zwickau (Alemania).

El HESS consta fundamentalmente de una batería y un supercondensador, también conocido como ultracondensador, junto con electrónica de control ultrarrápida. Esta combinación permite una división de trabajo óptima: con su alta densidad de energía, la batería, en este caso una de iones de litio, suministra constantemente la energía para la potencia media de la aplicación.

El supercondensador cubre los picos de corriente temporales. Su elevado rendimiento permite suministrar corrientes altas durante un breve periodo de tiempo sin dañarse. Después de todo, se puede recargar completamente en cuestión de segundos.

Tras diez años y, al menos, 500.000 ciclos de carga, su vida útil es muy superior a la de una batería, mientras que su rango operativo de -40 a +158 °F (de -40 a +70 °C) hace que sea considerablemente menos sensible a la temperatura que las baterías. Así pues, el sistema completo es más robusto y se puede utilizar con temperaturas por debajo de 32 °F (0 °C) sin pérdida de rendimiento.

No obstante, la clave del sistema de energía de altas prestaciones se encuentra en el circuito de control optimizado.

Perfiles de carga dinámica con picos de corriente elevados

Para comprender el funcionamiento del HESS, resulta útil echar un vistazo al perfil de carga actual, por ejemplo, de un patinete eléctrico (Figura 1).

Perfil de carga típico de un patinete eléctrico con numerosos picos de corriente por encima y por debajo de la línea cero.
Perfil de carga típico de un patinete eléctrico con numerosos picos de corriente por encima y por debajo de la línea cero.

Aquí, observamos numerosos picos de corriente, particularmente al arrancar los motores. También hay picos por debajo de la línea cero, provocados por corrientes de alta recuperación. Todos ellos poseen una pendiente muy pronunciada con un pico corto. En general, tenemos un perfil de carga extremadamente dinámico con cambios de corriente en el rango de los microsegundos.

En un sistema eléctrico de 48 V, que se está convirtiendo en el estándar para los vehículos “pequeños” en particular, existe un desequilibrio significativo entre la potencia media y la potencia máxima. Por ejemplo, la dirección asistida eléctrica requiere una potencia media de entre 0,25 kW para un estilo de conducción “relajado” y 0,46 kW para un estilo de conducción “agresivo”. En el pico, por ejemplo, durante la intervención de la dirección asistida eléctrica, se alcanza un valor de 1,5 kW. Por lo tanto, la ratio de potencia media y pico se sitúa alrededor de 1:6 o 1:3. El hueco aumenta más con un turbocompresor eléctrico: la comparación entre la potencia media de 0,53 kW (conducción relajada) y 0,71 kW (conducción agresiva) y los picos entre 7,5 y 10 kW establece una ratio de 1:16 y 1:12, respectivamente.

En todas las aplicaciones de un vehículo, se suele requerir una potencia media de 3,55 a 4,33 kW, dependiendo del estilo de conducción, pero los picos alcanzan entre 25,3 y 27,8 kW.

Los desarrolladores, por su parte, se enfrentan al desafío de cuáles deben ser las dimensiones de la batería. Si se decantan por una batería con una capacidad relativamente baja basada más en la potencia media, tienen que lidiar con numerosas corrientes por encima de su corriente nominal que, a su vez, puede dañar permanentemente la batería y, en consecuencia, reducir su vida útil.

Una batería con una capacidad superior opera en su rango especificado con mayor frecuencia y, por lo tanto, posee una vida de servicio más larga. Sin embargo, el peso, el volumen y el coste aumentan.

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