En junio del año pasado Airbus realizó en sus instalaciones de Filton, en el Reino Unido, las exitosas pruebas del túnel de viento sobre laa estructura EcoPulse (una marca registrada del fabricante de aeronaves Daher). Los objetivos de aquellos ensayos fueron evaluar las características de rendimiento de la hélice y el proceso de enfriamiento de las seis unidades de propulsión eléctrica “distribuidas” en la aeronave. Ahora, en 2022, se está realizando el montaje del demostrador, una plataforma de avión ligero suministrada por Daher, lo cual allana el camino para el primer vuelo de prueba a finales de este año.
Airbus y sus asociados (Airbus, Daher, Safran, el apoyo del Consejo de Investigación de Aviación Civil de Francia y la Autoridad de Aviación Civil de Francia DGAC) centran ahora su atención en otra pieza clave para el demostrador EcoPulse: el sistema de batería principal de iones de litio (Li-ion) de alto voltaje desarrollado por la división Airbus Defence and Space, cuya planta industrial está en Toulouse. Si bien esta nueva batería no ocupa el lugar más destacado dentro de las tecnologías que se están probando, constituye una innovación realmente importante en el programa, ya que amplía los límites para el uso de baterías de alto voltaje en un avión.
La batería en sí tiene aproximadamente 2,3 m de largo por 75 cm de ancho y 20 cm de profundidad. Está montada bajo el fuselaje e integrada con un carenado aerodinámico reforzado. La batería es una de las dos fuentes eléctricas del demostrador, la otra es una “Unidad de energía auxiliar electrónica” (e-APU) proporcionada por Safran.
Densidad de potencia y energía
Ligera, compacta, con potencia y densidad de energía muy altas, la batería alcanza los objetivos gracias a varios años de investigación y desarrollo como parte de las iniciativas de sustentabilidad y electrificación de aeronaves de Airbus. Anteriormente se instalaron baterías de alto voltaje menos potentes en los proyectos CityAirbus y Airbus Helicopters FlightLab. El resultado de los avances logrados en esos programas es esta batería de iones de litio de alto voltaje. La unidad, diseñada para EcoPulse, pesa alrededor de 350 kg, puede alcanzar 800 voltios CC y puede entregar hasta 350 kilovatios de potencia.
Este nivel de potencia no sólo es suficiente para impulsar los seis motores eléctricos de EcoPulse, según las condiciones de la prueba, sino que también es similar al que se necesitaría para los sistemas secundarios no propulsores de un avión comercial. Airbus está explorando este último aspecto 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
“Airbus empezó a trabajar en el Li-ion de alto voltaje hace algunos años”, recordó Julien Laurent, líder del proyecto de batería”. Este prototipo lo diseñamos completamente en la empresa”.
Laurente explica algunas características notables de la tecnología: “Nuestro diseño presentaba varios miles de celdas de iones de litio incorporando varias medidas de seguridad para evitar el desbordamiento térmico, se trabajó especialmente en conexión de cada celda con uniones de cables. Otra parte innovadora es el sistema de enfriamiento activo que asegura la temperatura óptima para evitar el sobrecalentamiento. Además, este sistema incluye una gestión de batería personalizado que ayuda a minimizar el mantenimiento gracias a sus funciones de prueba integradas y la capacidad de informar 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 automotriz. En particular, las baterías más pesadas que se usan hoy en día en los aviones suelen tener un voltaje bastante bajo (28 V CC) y su baja densidad de energía significa que se usan principalmente para arrancar la APU y para emergencias. Además, la mayoría de estas fuentes están basadas en níquel-cadmio (NiCad), que, según el reglamento REACH de la UE, pronto tendrá que dar paso a químicas de batería alternativas que cumplan con el medio ambiente, como por ejemplo, las de iones de litio.
En cuanto a la industria automotriz, si bien actualmente se utilizan baterías para alimentar automóviles eléctricos, estas han sido demasiado voluminosas y pesadas para el uso aeroespacial. En resumen, actualmente no existen sistemas de baterías independientes listos para usar que puedan satisfacer las necesidades en términos de seguridad y rendimiento necesario en el aeroespacio.
¿En qué etapa están los ensayos de la batería para el avión?
Tras la selección de celdas y la posterior integración del diseño para EcoPulse, se someterán a pruebas en Toulouse varios prototipos/baterías de muestra de acuerdo con los estrictos estándares aeronáuticos. Estas pruebas evaluarán el rendimiento y los atributos ambientales y de seguridad, de este modo el equipo podrá estar seguro de que el sistema se comportará de manera adecuada y segura una vez instalado en el vehículo EcoPulse. Al comprender el comportamiento de la batería de alto voltaje con estas pruebas, Airbus buscará desarrollar una arquitectura de microhibridación para las aeronaves futuras.
En resumen, con EcoPulse se trabaja en la creación de “ladrillos” que serán de gran utilidad para la estrategia global que construye Airbus. Estos ladrillos ayudarán a desarrollar una amplia cartera de habilidades técnicas e industriales para preparar las futuras plataformas que contribuirán a la descarbonización.
No existe una única solución prospectiva para descarbonizar el futuro avión Airbus, sino varias, incluidas las alas, el hidrógeno, la estructura, los controles de vuelo, etcétera. La hibridación, gracias a baterías como las que se ensayan en el EcoPulse es sólo uno de los elementos que ayudarán a la descarbonización.
Una colaboración entre industrias
EcoPulse® es una plataforma para aviones ligeros suministrada por Daher. El motor estándar y los sistemas de hélice se complementan con seis hélices montadas en las alas, cada una de las cuales está impulsada por motores eléctricos ENGINeUS® de 50 kW alimentados por baterías.
El demostrador se desarrolla en colaboración con Daher y Safran. Los socios aportan lo siguiente:
- AIRBUS
– Desarrollo de una batería de alta densidad de energía.
– Integración aerodinámica y acústica del sistema de propulsión distribuida.
– Desarrollo de un sistema informático de Control de Vuelo.
- Daher
– Integración aeronáutica de los componentes suministrados por Airbus y Safran en su fuselaje.
– Pruebas de vuelo y aeronavegabilidad.
– Coordinación general del análisis de resultados
- Safran
– Integración del sistema de propulsión híbrida distribuida (excluyendo baterías)
- El proyecto también cuenta con el apoyo del Consejo de Investigación de Aviación Civil de Francia (CORAC) y la Autoridad de Aviación Civil de Francia (DGAC).
Notas anteriores:
El modelo de avión que suma seis motores al motor
Daher, Airbus y Safran presentan el EcoPulse®