[es] La adopción de Baterías de Litio-ion (LIBs) a gran escala ha experimentado un crecimiento constante y continuo. Estas instalaciones implican la interconexión de múltiples baterías para formar sistemas más grandes y potentes, capaces de proporcionar megavatioshora (MWh) de energía almacenada. Las LIBs han surgido como una solución prometedora para el almacenamiento de energía eléctrica debido a su disminución de precios y mejora en la eficiencia de fabricación. Esta combinación ha hecho que las LIBs sean más accesibles y su demanda haya aumentado rápidamente en aplicaciones clave, como vehículos eléctricos y aplicaciones estacionarias. En el contexto de las LIBs, y específicamente en el caso de los módulos, las heterogeneidades y desequilibrios individuales entre las diferentes celdas que conforman el módulo representan un desafío tecnológico significativo. De hecho, estas disparidades pueden comprometer la eficiencia energética y la vida útil del módulo de la batería en su conjunto. Aunque se han realizado numerosos estudios en el ámbito de las celdas individuales, existe una brecha significativa en la comprensión y la consideración adecuada de los efectos y la complejidad a nivel de módulo. En esta tesis, se propone una metodología innovadora para desarrollar modelos de batería a nivel de módulo que incluyen componentes térmicos, eléctricos y un estimador de SoC. Estos modelos a nivel de módulo se basan en circuitos equivalentes extrapolados de modelos ampliamente utilizados a nivel de celda. Se propone un modelo térmico que detalla todas las celda y su interacción en un sistema de baterías, así como un modelo eléctrico que ejecuta individualmente cada celda mediante co-simulación o ejecución simultánea en procesos paralelos. Además, se presenta un enfoque para implementar estos modelos en una plataforma de simulación basada en la nube, lo que permite obtener estimaciones de cada celda del módulo, identificar problemas potenciales y proporcionar un entorno con suficiente capacidad computacional. La metodología propuesta se ha validado a nivel de laboratorio utilizando un prototipo específicamente diseñado para este propósito. Se ha demostrado el correcto funcionamiento del modelo térmico, eléctrico y del estimador de SoC a nivel de celda a través de una serie de ensayos de laboratorio. Luego, estos modelos se han adaptado a nivel de módulo teniendo en cuenta las características eléctricas y geométricas correspondientes. Mediante una serie de ensayos de laboratorio realizados en el prototipo del módulo, se ha demostrado la correcta extrapolación de los modelos de celda a nivel de módulo. Además, se han ejecutado dos casos de estudio para evaluar la capacidad de detección de heterogeneidades y desequilibrios de los modelos desarrollados. Estos casos de estudio involucraron la introducción de anomalías en el prototipo de laboratorio, como desequilibrios de tensión entre las celdas del módulo y desequilibrios térmicos mediante el uso de una manta térmica. En ambos casos, se demostró la capacidad de detección de irregularidades en el módulo. En general, la metodología propuesta en esta tesis proporciona un modelo holístico de una LIB a nivel de módulo, que representa los comportamientos eléctricos y térmicos de cada una de las celdas que lo componen. Esto permite una monitorización adecuada del sistema y contribuye a un mejor entendimiento y monitorización de las LIBs a gran escala.

[eu] Eskala handiko Litio-Ioizko Bateriek (LIBek) etengabeko hazkunde eta bilakaera daramate. MWh-rarteko energia biltegiratzeko gai diren instalazio handi eta sendo hauek eratzeko bateria askoren arteko konexioa beharrezkoa da. Energia elektrikoaren biltegiratzesistemen artean, LIBak etorkizun handiko irtenbide gisa nabarmentzen dira hauen prezioa jaitsi eta fabrikazioaren eraginkortasuna hobetu den neurrian. Honela, LIBen instalazioa bideragarriagoa da eta hauen eskaria azkar handitu da energiaren funtsezko aplikazioetan, hala nola ibilgailu elektrikoetan eta aplikazio geldikorretan. LIBen testuinguruan, eta bereziki LIBen moduluetan, hauek osatzen dituzten zelulen arteko heterogeneotasun eta desoreka indibidualak erronka teknologiko esanguratsua dira. Izan ere, ezberdintasun horiek modulu osoaren eraginkortasun energetikoa eta bizitza erabilgarria arriskuan jar ditzakete. Banakako zelda horien esparruan ikerketa ugari egin diren arren, barne-efektu guztien kontsiderazio eta konplexutasunen modulu-mailako ulermenean gabezia nabarmena dago. Testuinguru honetan, tesi honek bateriaren ereduak modulu-mailan garatzeko metodologia berritzailea aurkeztu du. Eredu horiek efektu termiko eta elektrikoak algoritmoen bidez deskribatzen dituzte. Horrez gain, bateriaren karga-egoera (SoC, ingelesezko siglen arabera) estimatzen duen algoritmoa proposatu da. Modulu-mailako ereduak zelda-mailan erabili ohi diren zirkuitu baliokideen estrapolazioan oinarritzen dira. Modu honetan, zelda guztiak eta hauen elkarrekintzak kontuan hartzen dituen modulu-mailako eredu termikoa eta zelda bakoitza paraleloan simulatuko duen eredu elektrikoa ere proposatu dira. Jarraian, eredu horiek hodeian oinarritutako simulazio-plataforma batean inplementatzeko estrategia aurkeztu da. Oro har, metodologia honek moduluko zelda bakoitzaren egoera estimatzeko eta arazo potentzialak identifikatzeko beharrezko konputazio-ahalmena duen ingurunea eskaintzen du. Metodologia honen balioztatzean prototipo bat eraiki eta entseatu da zelda-mailako eredu termiko, elektriko eta SoC estimatzaileak zuzen funtzionatzen dutela frogatzeko. Ondoren, eredu horiek modulu-mailara egokitu dira, moduluaren ezaugarri elektriko eta geometrikoak kontuan hartuta. Moduluaren prototipoa laborategian entseatuz zeldamailako ereduak modulu-mailara behar bezala estrapolatu direla frogatu da. Gainera, garatutako ereduen heterogeneotasunak eta desorekak detektatzeko gaitasuna ebaluatzeko, bi azterketa-kasu gauzatu dira laborategiko moduluaren prototipoan hainbat anomalia ezarriz: a) lehenak, moduluko zelden arteko tentsio-desoreka du, eta b) bigarrenak, berriz, manta termiko baten bidez eragindako desoreka termikoa. Moduluan irregulartasunak detektatzeko gaitasuna bi azterketa-kasuetan frogatu da. Oro har, tesi honetan proposatutako metodologiak LIBen modulu-mailako eredu holistikoa garatzeko aukera ematen du. Eredu huek modulua osatzen duten zelda bakoitzaren portaera elektriko eta termikoak irudikatzen dituzte eta, hala, sistema modu egokian monitorizatu daiteke.