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Análisis armónico en plantas híbridas renovables
(2025) García Oyón, Raúl; Berrueta Irigoyen, Alberto; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola Teknikoa
Las fuentes de energía renovable se han establecido como una de las alternativas más prometedoras en la lucha contra el cambio climático. A pesar de las diversas ventajas que ofrecen estas tecnologías, también existen algunos inconvenientes, entre los que destaca la introducción de armónicos eléctricos, ocasionando un mal funcionamiento del sistema eléctrico. En este contexto, el objetivo del presente estudio es el modelado de una planta híbrida renovable compuesta por diferentes tecnologías de producción de energías verdes (eólica y fotovoltaica) y dispositivos asociados a este tipo de plantas (rectificador para electrolisis y compensador síncrono). Partiendo de una simple planta formada por una turbina eólica, se le añadirán los distintos elementos de forma escalonada, hasta la obtención de la planta final en la que se asignarán valores de potencia de cada uno de los elementos basándose en plantas reales. A la par que se van introduciendo los elementos, la planta será sometida a análisis de impedancia y de armónicos.
Embargo
Análisis experimental de baterías de sodio
(2025) Segura Aréjula, Míriam; Berrueta Irigoyen, Alberto; Irujo Izcue, Elisa; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola Teknikoa
Este trabajo de fin de grado se centra en el análisis experimental de baterías de sodio y su comportamiento bajo diferentes condiciones de temperatura, con el objetivo de evaluar su potencial como sistema de almacenamiento energético sostenible. En el contexto actual, donde la transición hacia energías renovables y soluciones sostenibles es una prioridad, las baterías de sodio se presentan como una alternativa económica y respetuosa con el medio ambiente frente a las tradicionales baterías de litio. Aunque las baterías de sodio presentan ciertas limitaciones, su bajo costo y la abundancia de sodio en la naturaleza las hacen atractivas para algunas aplicaciones. Para llevar a cabo este análisis, se han realizado tres ensayos experimentales: caracterización, degradación y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) de celdas de sodio, todos bajo diferentes condiciones térmicas. La caracterización inicial permite medir parámetros clave como la capacidad de descarga, la eficiencia culómbica y la resistencia interna de las celdas en un rango de temperaturas que va desde ambientes fríos hasta temperaturas elevadas. Los ensayos de degradación consisten en someter las celdas a ciclos de carga y descarga para observar su durabilidad en condiciones extremas, identificando cómo estas temperaturas afectan su vida útil. Finalmente, el análisis mediante EIS proporciona una visión detallada del comportamiento electroquímico de las celdas, evaluando su resistencia interna y otros parámetros críticos para entender su eficiencia en diferentes escenarios térmicos. Esta técnica se usa para entender mejor los procesos internos que afectan al rendimiento de las celdas y así identificar posibles áreas de mejora en su diseño y aplicación. Los datos obtenidos de estos ensayos se analizan de manera comparativa para identificar las condiciones óptimas de operación de las baterías de sodio y evaluar su viabilidad para aplicaciones prácticas de almacenamiento de energía. Este análisis contribuye a determinar si las baterías de sodio pueden ser competitivas en términos de costo, durabilidad y eficiencia en comparación con otras tecnologías de almacenamiento. Con estos resultados, se espera ayudar al desarrollo de alternativas sostenibles en el sector energético. Esta investigación no solo busca mostrar las limitaciones y ventajas de las baterías de sodio, sino también abrir nuevas vías para mejorar su rendimiento y hacerlas más viables para su uso en sistemas de almacenamiento, impulsando un futuro más sostenible.
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Analysis and characterisation of lithium-ion batteries for the integration of renewable energies: modelling, energy management and applications
(2022) Soto Cabria, Adrián; Berrueta Irigoyen, Alberto; Ursúa Rubio, Alfredo; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
La necesidad de un cambio en el modelo energético actual hacia un futuro en el que se abogue por la sostenibilidad como pilar indispensable del progreso ha suscitado un cambio en el paradigma energético. Las fuentes de generación basadas en la nociva quema de combustibles fósiles han de ser erradicadas con la mayor celeridad posible. Es en este contexto, en el que las baterías de iones de litio emergen como una solución viable y amigable con el medio ambiente. Las baterías de iones de litio, dada su alta densidad energética, pueden ser empleadas en el sector del transporte como sustitutas a los combustibles fósiles. No obstante, la electricación del sistema automovilístico no conlleva asociada una mejora sustancial si la generación eléctrica sigue proviniendo de sistemas basados en la quema de combustibles fósiles o de la energía nuclear. La principal alternativa estriba en remplazar estas fuentes convencionales por fuentes de origen renovables. No obstante, un sistema basado únicamente en los incontrolables recursos renovables no sería más que una utopía sin un sistema de almacenamiento que los acompañe, como son las baterías de iones de litio. Esta tesis analiza en detalle esta tecnología, y en especial, su aplicación en entornos de generación renovables. Las principales líneas de trabajo son: Análisis del estado actual de la tecnología de baterías de iones de litio; Estudio de las principales técnicas de caracterización no invasivas como herramienta para cuantificar e identificar los mecanismos de degradación en baterías de iones de litio; Modelizado eléctrico de baterías de iones de litio y validación en sistemas reales; Estudio e identificación de aspectos clave en baterías de iones de litio para la integración de energías renovables en la red eléctrica.
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Analysis of the main battery characterization techniques and experimental comparison of commercial 18650 Li-ion cells
(IEEE, 2019) Soto Cabria, Adrián; Berrueta Irigoyen, Alberto; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ursúa Rubio, Alfredo; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
Over the coming years, major growth in the use of Li-ion batteries is expected, both in electric mobility as well as in stationary applications, be it in self-consumption systems and micro grids or in large renewable power generation plants. The proper characterization of lithium-ion cells is of vital importance for the development of precise models that permit the simulation and prediction of their behavior, so as to suitably configure cell groupings for the resulting battery packs, and to properly select the most suitable cells from the extensive manufacturer offer. In this work, an analysis is conducted of the main techniques used in the literature to characterize batteries. Also, an experimental comparative is carried out on 18650 Liion cells from three large global manufacturers, focusing on the primary methodologies used to characterize capacity, internal resistance and open circuit voltage. Finally, the advantages and disadvantages are presented for the methodologies used, based on the experimental results obtained.
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Applied method to model the thermal runaway of lithium-ion batteries
(IEEE, 2021) Lalinde Sainz, Iñaki; Berrueta Irigoyen, Alberto; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ursúa Rubio, Alfredo; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
The thermal runaway (TR) is one of the most dangerous phenomena related to lithium-ion batteries. For this reason, there are different proposals in the literature for its modelling. Most of these proposed models take into account the decomposition reactions between the internal components of the cell, and base the adjustment of the parameters on numerous abuse tests that lead to the appearance of TR. However, these tests are destructive, require specific equipment, present a high economic cost and are very time consuming. This paper proposes a modelling method which enables the development of TR models with the use of fewer resources. This method is based on chemical kinetics, which allow a simplification of the general modelling process published in the literature. At the same time it maintains good accuracy and makes it possible to define the TR behavior of any type of cell, regardless of its chemistry, shape or size. Furthermore, the proposed method allows the use of the experimental results most commonly presented in the specialized literature, which significantly reduces the need for destructive testing. The presented modelling method achieves a good compromise between accuracy and applicability in the validations shown in the paper.
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Banco de pruebas para el estudio de baterías de segunda vida
(2021) Maiza Razkin, Garikoitz; Berrueta Irigoyen, Alberto; Soto Cabria, Adrián; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola Teknikoa
La implantación de una movilidad sostenible está provocando un notable aumento en la flota mundial de vehículos eléctricos. En la próxima década, la gran mayoría de las baterías de los vehículos que actualmente se encuentran en la carretera llegarán al final de su vida útil. En ese momento será necesario determinar si la batería es capaz de ofrecer garantías para su reutilización en una aplicación distinta, una aplicación de menor exigencia. En el presente trabajo se describe el procedimiento seguido para desarrollar un banco de ensayo que permite, por un lado, conocer el estado de salud y los parámetros característicos de una batería de iones de litio procedente de un vehículo eléctrico, y, por otro lado, validar experimentalmente tanto las estrategias de gestión energéticas como los posibles servicios de red ofrecidos por baterías de segunda vida. Todo esto tiene como objetivo determinar cuál puede ser su posterior reutilización.
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Building global competencies: a strategic approach to internationalization of engineering education
(Eindhoven University of Technology and Fontys University of Applied Sciences, 2023) Berrueta Irigoyen, Alberto; Samanes Pascual, Javier; Parra Laita, Íñigo de la; Goicoechea Fernández, Javier; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
International mobility is an essential aspect of undergraduate education that enables students to acquire the necessary competences required by the European Higher Education Area (EHEA). However, small universities such as the Public University of Navarre (UPNA), which has approximately 9,000 bachelor's students, face challenges in providing effective mobility opportunities. The most significant hurdles include offering attractive mobility experiences to students and establishing mobility agreements with other universities. Nonetheless, the reduced size of UPNA provides some potential benefits, such as more personalized advice for students and better knowledge of the available destinations. This article discusses the internationalization strategy implemented by the Faculty of Industrial and ICT Engineering at UPNA, which has enabled over 25% of its students to participate in a mobility experience, resulting in a high satisfaction rate. This contribution provides valuable insights into how smaller universities can successfully offer international mobility programmes to their students.
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Combined dynamic programming and region-elimination technique algorithm for optimal sizing and management of lithium-ion batteries for photovoltaic plants
(Elsevier, 2018) Berrueta Irigoyen, Alberto; Heck, Michael; Jantsch, Martin; Ursúa Rubio, Alfredo; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute for Advanced Materials and Mathematics - INAMAT2; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua PI038 INTEGRA-RENOVABLES
The unpredictable nature of renewable energies is drawing attention to lithium-ion batteries. In order to make full utilization of these batteries, some research works are focused on the management of existing systems, while others propose sizing techniques based on business models. However, in order to optimise the global system, a comprehensive methodology that considers both battery sizing and management at the same time is needed. This paper proposes a new optimisation algorithm based on a combination of dynamic programming and a region elimination technique that makes it possible to address both problems at the same time. This is of great interest, since the optimal size of the storage system depends on the management strategy and, in turn, the design of this strategy needs to take account of the battery size. The method is applied to a real installation consisting of a 100 kWp rooftop photovoltaic plant and a Li-ion battery system connected to a grid with variable electricity price. Results show that, unlike conventional optimisation methods, the proposed algorithm reaches an optimised energy dispatch plan that leads to a higher net present value. Finally, the tool is used to provide a sensitivity analysis that identifies key informative variables for decision makers
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Comparison of State-of-Charge estimation methods for stationary Lithium-ion batteries
(IEEE, 2016) Berrueta Irigoyen, Alberto; San Martín Biurrun, Idoia; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ursúa Rubio, Alfredo; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Institute of Smart Cities - ISC
An accurate monitoring of the State of Charge (SoC) is mandatory for an efficient management of a Lithium-ion battery. Batteries of stationary systems barely have long resting periods when the cumulative errors can be reset. These special requirements make a robust and accurate SoC estimation algorithm necessary. A real stationary system including an experimental microgrid with renewable energy generation, home consumption and a 5.3 kWh Li-ion storage system is analyzed in this paper. Three representative SoC monitoring algorithms are applied and compared in terms of accuracy and robustness to battery aging and current measurement offset. A closed-loop method consisting of an adaptive filter and a state observer achieves best results while having a reasonable computational complexity.
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A comprehensive model for lithium-ion batteries: from the physical principles to an electrical model
(Elsevier, 2018) Berrueta Irigoyen, Alberto; Urtasun Erburu, Andoni; Ursúa Rubio, Alfredo; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua, PI038 INTEGRA-RENOVABLES
The growing interest in e-mobility and the increasing installation of renewable energy-based systems are leading to rapid improvements in lithium-ion batteries. In this context, battery manufacturers and engineers require advanced models in order to study battery performance accurately. A number of Li-ion battery models are based on the representation of physical phenomena by electrochemical equations. Although providing detailed physics-based information, these models cannot take into account all the phenomena for a whole battery, given the high complexity of the equations. Other models are based on equivalent circuits and are easier to design and use. However, they fail to relate these circuit parameters to physical properties. In order to take the best of both modeling techniques, we propose an equivalent circuit model which keeps a straight correlation between its parameters and the battery electrochemical principles. Consequently, this model has the required simplicity to be used in the simulation of a whole battery, while providing the depth of detail needed to identify physical phenomena. Moreover, due to its high accuracy, it can be used in a wide range of environments, as shown in the experimental validations carried out in the final section of this paper.
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Critical comparison of energy management algorithms for lithium-ion batteries in renewable power plants
(IEEE, 2019) Berrueta Irigoyen, Alberto; Soto Cabria, Adrián; García Solano, Miguel; Parra Laita, Íñigo de la; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ursúa Rubio, Alfredo; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Lithium-ion batteries are gaining importance for a variety of applications due to their price decrease and characteristics improvement. A good energy management strategy is required in order to increase the profitability of an energy system using a Li-ion battery for storage. The vast number of management algorithms that has been proposed to optimize the achieved profit, with diverse computational power requirements and using models with different complexity, raise doubts about the suitability of an algorithm and the required computation power for a particular application. The performance of three energy management algorithms based on linear, quadratic, and dynamic programming are compared in this work. A realistic scenario of a medium-sized PV plant with a constraint of peak shaving is used for this comparison. The results achieved by the three algorithms are compared and the grounds of the differences are analyzed. Among the three compared algorithms, the quadratic one seems to be the most suitable for renewableenergy applications, given the undue simplification of the battery aging required by the linear algorithm and the discretization and computational power required by a dynamic algorithm.
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Desarrollo de un software de monitorización y control para el cargador de baterías de ion litio B6AC V2
(2019) Casanova Vasco, Christian; Berrueta Irigoyen, Alberto; Ursúa Rubio, Alfredo; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa
Las baterías de litio son un sistema de almacenamiento cada vez más empleado, tanto a nivel industrial como docente y doméstico. El objetivo de este trabajo consiste en el desarrollo de un software de monitorización y control para un cargador de baterías de litio comercial de bajo coste, el B6AC v2. El software desarrollado en este trabajo aumenta considerablemente las prestaciones de este equipo comercial con un precio de 50€, permitiendo la programación, visualización y almacenamiento de datos de cargas y descargas de la batería. Estas nuevas prestaciones amplían la versatilidad del equipo y permiten su uso para una mayor variedad de ensayos, haciéndolo apto incluso para la realización de prácticas docentes de asignaturas relacionadas con el almacenamiento de la electricidad. Por ello, al final de este trabajo se recoge una propuesta de guion de laboratorio orientado al afianzamiento de los conceptos más importantes de baterías de litio a través del equipo B6AC v2. Para el desarrollo de este software ha sido necesario analizar, descifrar y procesar mediante el software Labview las tramas de comunicación que el dispositivo B6AC v2 y un ordenador se envían cuando se conectan a través de un cable USB. El software desarrollado cuenta con una interfaz gráfica para visualizar en tiempo real y almacenar la corriente y la tensión de la batería, medidas por el B6AC v2, con una frecuencia segundal.
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Design and on-field validation of an embedded system for monitoring second-life electric vehicle lithium-ion batteries
(MDPI, 2022) Castillo Martínez, Diego Hilario; Rodríguez Rodríguez, Adolfo Josué; Soto Cabria, Adrián; Berrueta Irigoyen, Alberto; Vargas Requena, Dávid Tomás; Matías Maestro, Ignacio; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ursúa Rubio, Alfredo; Rodríguez Rodríguez, Wenceslao Eduardo; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
In the last few years, the growing demand for electric vehicles (EVs) in the transportation sector has contributed to the increased use of electric rechargeable batteries. At present, lithium-ion (Li-ion) batteries are the most commonly used in electric vehicles. Although once their storage capacity has dropped to below 80¿70% it is no longer possible to use these batteries in EVs, it is feasible to use them in second-life applications as stationary energy storage systems. The purpose of this study is to present an embedded system that allows a Nissan® LEAF Li-ion battery to communicate with an Ingecon® Sun Storage 1Play inverter, for control and monitoring purposes. The prototype was developed using an Arduino® microcontroller and a graphical user interface (GUI) on LabVIEW®. The experimental tests have allowed us to determine the feasibility of using Li-ion battery packs (BPs) coming from the automotive sector with an inverter with no need for a prior disassembly and rebuilding process. Furthermore, this research presents a programming and hardware methodology for the development of the embedded systems focused on second-life electric vehicle Li-ion batteries. One second-life battery pack coming from a Nissan® Leaf and aged under real driving conditions was integrated into a residential microgrid serving as an energy storage system (ESS).
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Development of energy management strategies for the sizing of a fast charging station for electric buses
(IEEE, 2020) Ojer Palacios, Iñaki; Berrueta Irigoyen, Alberto; Pascual Miqueleiz, Julio María; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ursúa Rubio, Alfredo; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua, 0011–1411–2018–000029 GERA; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa, ReBMS PJUPNA1904
The electric vehicle contributes to reduce greenhouse gases emissions and get a greater integration of renewable energy. In this context, the implementation of urban buses implies the development of new grid infrastructures in order to carry out the electricity supply required by the charging stations. In order to optimize the size of these infrastructures and to have more power capacity, this contribution proposes the design and the sizing of a fast charging station with a stationary energy storage system (ESS) installed, to supply the energy of the buses that run on one of the lines of Pamplona (Spain). In this contribution, first, the power demanded by the charging point is measured at the fast charging station located at the Public University of Navarre. Second, three energy management strategies are developed with which to use ESS. Finally, the proposed energy management strategies are simulated with the measured data obtained. The results achieved in this contribution show that with a 40 kWh ESS, the power demanded from the grid can be reduced by a whole 70%, that is, from 250 kW to 74 kW. In addition, the power contracted in the electricity rate is reduced too.
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Dimensionado técnico económico de baterías ion-litio en instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo
(2023) Vargas Díaz, Orlando; Berrueta Irigoyen, Alberto; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola Teknikoa
Se evalúa la situación actual del mercado eléctrico de España, así como su sistema de tarifas, impuestos y peajes de comercialización y distribución energética; analizando su tendencia debido a la creciente inserción de tecnologías renovables. También se estudia la evolución del mercado de las baterías de Ion-Litio y las primas actuales otorgadas a los sistemas de almacenamiento. Partiendo de las condiciones de diseño de una instalación fotovoltaica de autoconsumo se plantea una estrategia de dimensionado de almacenamiento eléctrico con baterías de Ion-Litio, mediante el software System Advisor Model (SAM), determinando la capacidad energética y la potencia que se debe instalar para aumentar la rentabilidad económica de la acumulación. Esta estrategia es aplicada a dos servicios de ahorro energético; uno de ellos realiza la carga de las baterías desde los excedentes fotovoltaicos y la red eléctrica, mientras el otro solo utiliza la fuente renovable. Para comparar los resultados obtenidos y la eficiencia de la propuesta, es utilizado el algoritmo de predicción automático de la curva de precio de la tarifa eléctrica desarrollado por el National Renewable Energy Laboratory (NREL). Posteriormente, se realiza un análisis de sensibilidad del sistema, modificando variables económicas de mayor inestabilidad para evaluar su influencia en el diseño.
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Diseño, desarrollo e implementación de una batería de Li-ion en un patinete eléctrico convencional basado en tecnología de plomo-ácido
(2019) González González, Adrián; Berrueta Irigoyen, Alberto; Ursúa Rubio, Alfredo; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa
En esta memoria de Trabajo Fin de Grado (TFG) se detalla el proceso de diseño y construcción de una batería de iones de litio con el fin de sustituir al sistema de almacenamiento de un patinete eléctrico, basado en baterías de plomo – ácido. La batería de litio obtenida proporciona una autonomía similar a la que se tenía cuando el vehículo era nuevo, con una batería que ocupa aproximadamente la mitad del volumen y pesa aproximadamente la octava parte de la que incorporaba el patinete en su diseño original. La reducción en el peso de la batería permite tener un patinete más ligero, mientras que la reducción en su volumen genera un espacio libre en el interior de su carcasa que da lugar a una de las líneas futuras del TFG. Este trabajo es una prueba del potencial de la tecnología de litio frente a las baterías de plomo. Cronológicamente, el TFG ha constado de cuatro fases, descritas en esta memoria. En primer lugar, se presenta un compendio de conceptos técnicos sobre baterías, usados a lo largo del trabajo. Posteriormente, se detalla el funcionamiento del patinete analizado, haciendo hincapié en sus límites de seguridad. En tercer lugar, se aborda el dimensionado de la batería de iones de litio, así como la selección de su BMS, teniendo en cuenta tanto la batería original del patinete como su circuito de control. Por último, se detalla la construcción de la batería diseñada, de forma que el resultado es un sistema totalmente funcional.
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Diseño, programación y prueba de estrategias de gestión de batería de litio de segunda vida para estaciones de carga ultrarrápida de vehículos
(2022) Martínez Lezaun, Javier; Berrueta Irigoyen, Alberto; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola Teknikoa
El vehículo eléctrico contribuye a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y a conseguir una mayor integración de las energías renovables. En este contexto, la implantación de autobuses eléctricos urbanos implica el desarrollo de nuevas infraestructuras de conexión a red para llevar a cabo el suministro eléctrico requerido por las estaciones de recarga. Con el fin de reducir la potencia de conexión a red y, en consecuencia, el tamaño de estas infraestructuras y la potencia contratada, este Trabajo de Fin de Máster propone estrategias de gestión de batería de litio de 2ª vida. En primer lugar, se analiza energéticamente el consumo de la estación de carga ultrarrápida ubicada en la Universidad Pública de Navarra, detectando gran incertidumbre en su comportamiento. En segundo lugar, se desarrollan 3 estrategias de gestión energética con las que controlar los flujos de potencia. En tercer lugar, se ensaya y se caracteriza la batería de litio para, en cuarto lugar, poder modelar el comportamiento de la batería y simular las estrategias en las mismas condiciones de funcionamiento. Por último, se comparan las distintas estrategias concluyendo que, a pesar de que todas ofrecen buenas prestaciones, la estrategia 3, basada en el SOC sin necesidad de predicción, ofrece mejores prestaciones que la estrategia 2, basada en el SOC y en los datos de predicción, y que la estrategia 1, basada en la media móvil retrasa (SMA) con renewable capacity firming. Por otro lado, se establece que la degradación que sufre la batería en todos los casos estudiados es muy elevada, estimando una vida útil menor a 1 año; por tanto, como trabajo futuro se proponen estrategias con menor potencia de intercambio, aunque implique disminuir sus prestaciones.
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Economic analysis of residential PV self-consumption systems with Li-ion batteries under different billing scenarios
(IEEE, 2019) Galilea Gil, Carlos; Pascual Miqueleiz, Julio María; Berrueta Irigoyen, Alberto; Ursúa Rubio, Alfredo; Marroyo Palomo, Luis; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua, 0011-1411-2017-000021
In this paper, an economic analysis for four houses with a PV self-consumption system with and without Li-ion batteries is carried out. In particular three different ways of sizing PV and batteries are analyzed under three different billing scenarios for the compensation of surplus energy injected into the grid. All methods run under the same energy strategy, which maximizes self-consumption. The three billing scenarios are: (1) no retribution for surplus energy, (2) retribution at pool price (net billing), and (3) monthly net metering. This study shows how fixed costs make these systems just profitable for small systems. Moreover, the results show how the battery cost and lifespan affects the final profitability of the system and what future evolution in these factors is needed for making these systems profitable under different billing methods.
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Electro-thermal modelling of a supercapacitor and experimental validation
(Elsevier, 2014) Berrueta Irigoyen, Alberto; San Martín Biurrun, Idoia; Hernández, Andoni; Ursúa Rubio, Alfredo; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
This paper reports on the electro-thermal modelling of a Maxwell supercapacitor (SC), model BMOD0083 with a rated capacitance of 83 F and rated voltage of 48 V. One electrical equivalent circuit was used to model the electrical behaviour whilst another served to simulate the thermal behaviour. The models were designed to predict the SC operating voltage and temperature, by taking the electric current and ambient temperature as input variables. A five-stage iterative method, applied to three experiments, served to obtain the parameter values for each model. The models were implemented in MATLABSimulink , where they interacted to reciprocally provide information. These models were then validated through a number of tests, subjecting the SC to different current and frequency profiles. These tests included the validation of a bank of supercapacitors integrated into an electric microgrid, in a real operating environment. Satisfactory results were obtained from the electric and thermal models, with RMSE values of less than 0.65 V in all validations.
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Energía sostenible: sin malos humos
(Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa, 2019) Samanes Pascual, Javier; Pascual Miqueleiz, Julio María; Berrueta Irigoyen, Alberto; Araiz Vega, Miguel; Catalán Ros, Leyre; Aranguren Garacochea, Patricia; Arricibita de Andrés, David; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Ingeniaritza
¿Puede España ser sostenible energéticamente? Si alguna vez te has planteado esta pregunta, o quieres saber en qué gastamos la energía y de dónde podría ser obtenida, aquí encontrarás respuestas. Nuestros recursos renovables son inmensos, pero también lo es nuestro consumo. Este libro no solo se centra en analizar la situación actual y las posibilidades que las energías renovables tienen en nuestro país, sino que, presentando de forma clara los datos sobre nuestro gasto energético, permite a cada lector identificar sus mayores consumos, de tal forma que pueda considerar cómo reducirlos. Energía sostenible. Sin malos humos es la adaptación al caso español, actualizando los datos, del libro publicado hace una década por David MacKay en el Reino Unido. La sostenibilidad es hoy en día una preocupación creciente en la sociedad. Pero a menudo este interés se ve contaminado por cifras enormes que resultan muy complicadas de comprender. Además, todos hemos oído hablar en algún momento sobre pequeños gestos al alcance de nuestra mano que podrían permitir un cambio hacia un modelo sostenible. Nada más lejos de la realidad, pequeñas acciones solo permiten pequeños cambios, y el cambio de modelo energético al que nos enfrentamos requiere grandes acciones. Para deshacernos de todo este ruido, en este libro se presentan los números de forma clara y sencilla, utilizando unidades a nuestro alcance y que son comprensibles por todas las personas. Esto permite identificar de una forma mucho más personal los consumos energéticos de nuestro día a día. A lo largo de la primera parte del libro se van construyendo dos columnas: una de color rojo, que representa la agregación de consumos, y otra de color verde, que representa la capacidad de generación. Estas columnas ofrecen una comparación muy visual de la infraestructura renovable que sería necesaria para mantener nuestro ritmo de consumo energético actual. Además, utiliza números «gordos» obtenidos de la experiencia del día a día. Por ejemplo, para calcular la capacidad de generación eólica se parte de una velocidad de viento estimada a partir de la velocidad típica de un ciclista urbano. Toda esta información se encuentra en la primera parte del libro, en los capítulos del 1 al 18. Sin embargo, este libro no se centra únicamente en el análisis de la situación actual, sino que da un paso más y propone alternativas al modelo energético actual con el fin de alcanzar un modelo 100% renovable a medio plazo. Estas medidas incluyen un aumento importante en la potencia renovable instalada, un aumento en la eficiencia energética y algunos ligeros cambios en nuestro estilo de vida que permitan una reducción del consumo. Por supuesto, los tres frentes deben ser atacados al mismo tiempo. Estas propuestas se recogen en la segunda parte del libro, en los capítulos 19 a 32. Por último, este es un libro divulgativo al alcance de todas las personas, que busca transmitir toda la información de forma clara e intuitiva sin perderse en complicados cálculos. Pero si eres de los que les gustan las cuentas, al final del libro encontrarás un apartado en el que se explica de forma rigurosa muchos de los cálculos simples realizados en las primeras partes del libro. Estos apéndices técnicos forman la tercera parte del libro, son los apéndices de la A hasta la H.