TEFAVE

El incremento del mercado del coche eléctrico en Europa está avalado por las políticas internacionales y el nuevo paradigma de movilidad sostenible e inteligente al que nos dirigimos. Uno de los retos más importantes del sector es aumentar la autonomía de los vehículos, mejorar la eficiencia de las baterías y reducir los consumos propios del vehículo.
El objetivo de este proyecto es incorporar al vehículo eléctrico soluciones de optimización energética incluyendo módulos termoeléctricos flexibles (MTF) de desarrollo propio. Para dos aplicaciones concretas. Por un lado, para lograr una climatización localizada para lograr un confort térmico individualizado teniendo en cuenta las necesidades de personas usuarias. Y, por otro lado, para el control térmico de baterías.

La integración de los módulos termoeléctricos flexibles (MTF) en los casos de estudio supone la eliminación del sistema de circulación de fluidos actual y conlleva un aumento de la vida útil del vehículo. En el proyecto se ha analizado la solución desde una perspectiva muy completa. Se han investigado ambos casos desde el punto de vista de la simulación térmica, se ha trabajado en el diseño del producto y en el desarrollo y la fabricación de los MTF. Así mismo se ha llevado a cabo el análisis ambiental de las soluciones propuestas.

Objetivos
El objetivo de TEFAVE es incorporar los módulos termoeléctricos flexibles (MTF) en aplicaciones estratégicas del vehículo eléctrico para mejorar la eficiencia energética del mismo y aumentar, de esta forma, su autonomía. Estas aplicaciones son:
• Climatización localizada para confort de los grupos de personas usuarias
• Control de la temperatura de baterías

Resultados/Conclusiones
Se ha desarrollado un modelo computacional capaz de simular el comportamiento completo de un sistema de climatización basado en MTF, que es capaz de predecir su comportamiento con un margen de error del 10%. Así mismo se ha completado un modelo computacional para la combinación MTF con PCMs, obteniendo un modelo con una desviación del 14%.
Se han explorado diferentes vías de fabricación de los MTF evaluando diferentes tecnología y materiales. Finalmente, la combinación de la impresión funcional sobre textil de pistas conductoras de puntos de soldadura y su posterior hibridación con los elementos termoeléctricos ha permitido la fabricación de los MTF de gran formato de una forma automatizada.
Se ha comprobado que la combinación de PCMs en el sistema no produce mejora alguna, su baja conductividad hace que actúen como aislantes, aun con la adición de espumas metálicas y resulta más efectivo usar simplemente un MTF con disipador incorporado. Se ha trabajado en la fabricación de disipadores flexibles basados en pilares de silicona para conseguir aumentar la superficie de disipación. Si bien se han encontrado dificultades en su fabricación, finalmente se ha conseguido montar un disipador flexible sobre un MTF de gran formato (120 x 80 mm2).
Se ha estudiado la aplicación de los MTF para las dos aplicaciones consideradas.

Se han analizado opciones para la aplicación de MTF para la climatización localizada en el asiento de un vehículo, seleccionando una configuración (100 pares, semiconductores de 3mm, alimentación 4V para llegar a temperaturas por debajo de 30ºC a 1W en régimen estacionario) que permite minimizar la cantidad de material utilizado y el consumo eléctrico del ventilador y los MTF minimizando así el impacto ambiental. En la comparación realizada entre un sistema de climatización convencional y el planteado en el proyecto con MTF queda claro que los efectos de los MTF no tienen relevancia respecto a los de un sistema convencional. Además, se ha observado que, así como en los sistemas convencionales el mayor impacto es el del parámetro de “calentamiento global”, para los MTF es el “agotamiento de materiales fósiles y minerales”. Así mismo, se ha demostrado experimentalmente que los MTF aparecen como una alternativa fiable al control de temperaturas en baterías, eliminando picos cercanos a la temperatura máxima admisible y evitando su superación.

Tras realizar el estudio ambiental, se ha visto que los impactos de consumo eléctrico son despreciables frente a los de fabricación del MTF. Se ha concluido que el proceso más impactante de la fabricación de estos MTF es la obtención de los semiconductores de bismuto y teluro seguido del de obtención de la tinta de plata. Se ha puesto a punto un banco de ensayos para la evaluación de los MTF. Por un lado, se ha trabajado con un analizador de impedancia por electroscopía y, por otro lado, se ha puesto en funcionamiento un banco de ensayos en condiciones reales consistente en dos focos térmicos de temperaturas controlables y dos intercambiadores de calor de resistencia térmica variable. Se han conseguido módulos de gran formato demostrando la robustez y reproducibilidad del proceso de fabricación. Los resultados experimentales con el equipo de impedancia han mostrado que los módulos son funcionales presentando valores de resistencia eléctrica dentro de los márgenes esperados. El valor de 10 μW cm-2*K-2 de generación obtenido puede hacer considerar el proyecto como exitoso.

La valoración general del proyecto es muy positiva, habiéndose llevado a cabo las actividades según los previsto y obteniendo resultados que se encuentran a la cabeza a nivel mundial, siendo además una tecnología con enorme potencial de aplicación, lo que es un éxito dado el corto periodo que lleva el consorcio. Además, la colaboración entre ambos grupos de investigación, UPNA y NAITEC ha sido muy fluida facilitando el trabajo y coordinación de los grupos, así como enriqueciendo el conocimiento de ambos. Hay que destacar, además, que resultados del proyecto han sido presentados en 3 congresos, LOPEC 2022, 12ª Congreso Internacional de Ingeniería Termodinámica y 18º Congresos Europeo de Termoelectricidad, generando gran interés en todos ellos. Y además se esperan varias publicaciones en revistas científicas.