ES2982041T3 - Uso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno para el precalentamiento de una batería de un vehículo eléctrico o híbrido - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere al uso de un refrigerante que comprende 2,3,3,3-tetrafluoropropeno para precalentar una batería de un vehículo eléctrico o híbrido desde el momento en que se pone en marcha el vehículo. La invención también se refiere a un método para preacondicionar la batería de un vehículo eléctrico o híbrido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Uso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno para el precalentamiento de una batería de un vehículo eléctrico o híbridoCampo de la invención
La presente invención se refiere al uso de un fluido refrigerante que comprende 2,3,3,3-tetrafluoropropeno para el precalentamiento de una batería de un vehículo eléctrico o híbrido desde el momento en que se arranca el vehículo.
Antecedentes técnicos
Las baterías de vehículos eléctricos o híbridos proporcionan la máxima eficiencia en condiciones de uso específicas y especialmente dentro de un intervalo de temperaturas muy específico. Por lo tanto, en climas fríos, la autonomía de los vehículos eléctricos o híbridos plantea un problema, especialmente porque las importantes necesidades de calefacción consumen una gran parte de la energía eléctrica almacenada. Además, a bajas temperaturas, la carga de la batería disponible es baja, lo que plantea un problema de conducción.
La calefacción de vehículos eléctricos o híbridos se basa en el uso de bombas de calor y/o resistencias eléctricas. Una bomba de calor incluye un circuito de compresión de vapor capaz de calentar el vehículo y posiblemente enfriarlo según sea necesario. Un fluido refrigerante circula en este circuito y, por lo tanto, se evapora, seguido de compresión, condensación y expansión para completar el ciclo.
El 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) es una hidrofluoroolefina con propiedades termodinámicas y termofísicas que son muy favorables para su uso como fluido refrigerante, en particular en aplicaciones de refrigeración, climatización, producción de electricidad (en particular mediante ciclos de Rankine) y bombas de calor. Además, este producto es particularmente ventajoso, ya que también presenta un bajo potencial de calentamiento global (GWP). El documento FR 2937 906 describe, por ejemplo, un procedimiento para calentar y/o climatizar el habitáculo de un vehículo de motor usando un circuito de refrigerante reversible en el que circula un fluido refrigerante que contiene 2,3,3,3-tetrafluoropropeno. Este método también es adecuado para vehículos híbridos diseñados para funcionar alternativamente en un motor térmico y un motor eléctrico.
Además, el documento EP 2880739 describe un sistema para cargar una batería de vehículo eléctrico que permite controlar al mismo tiempo la temperatura de la batería del vehículo así como la temperatura del habitáculo.
El documento US 5.305.613 describe un sistema de calefacción y climatización para el habitáculo de un vehículo eléctrico que se hace funcionar antes de que el vehículo arranque para aumentar la comodidad del conductor.
El documento US 2015/191072 describe el uso de HFO-1234yf como fluido refrigerante en un circuito de refrigeración por compresión para calentar una batería de un vehículo eléctrico entre 10 y 40 °C.
Sin embargo, ninguno de estos documentos describe medios para precalentar la batería de un vehículo eléctrico tan pronto como se arranca el vehículo.
Por lo tanto, existe una necesidad real de proporcionar un método para precalentar rápida y eficazmente la batería de un vehículo eléctrico o híbrido desde el momento en que se arranca el vehículo, con el fin de aumentar el rendimiento y la vida útil de la batería.
Compendio de la invención
La invención se refiere en primer lugar al uso de un fluido refrigerante que comprende 2,3,3,3-tetrafluoropropeno en un circuito de compresión de vapor que comprende un compresor que funciona inicialmente a una velocidad de rotación de 300 a 1000 rpm, para precalentar una batería de un vehículo eléctrico o híbrido desde el arranque del vehículo.
En ciertos modos de realización, la batería está a una temperatura inicial antes del arranque que es inferior o igual a 5 °C, preferiblemente inferior o igual a 0 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -10 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -20 °C.
En ciertos modos de realización, la batería está a una temperatura final al terminar el precalentamiento que es superior o igual a 10 °C, preferiblemente superior o igual a 15 °C, e incluso más preferiblemente de 15 a 30 °C.
En ciertos modos de realización, la batería incluye una resistencia interna, que contribuye al precalentamiento de la batería.
En ciertos modos de realización, la temperatura exterior durante el período de precalentamiento es inferior o igual a 5 °C, preferiblemente inferior o igual a 0 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -10 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -20 °C.
En ciertos modos de realización, el circuito de compresión de vapor incluye un compresor que inicialmente funciona a una velocidad de rotación de 350 a 850 rpm y preferiblemente de 500 a 800 rpm.
En ciertos modos de realización, el circuito de compresión de vapor también está adaptado para calentar el habitáculo del vehículo y/o para climatizar el habitáculo del vehículo y/o para enfriar la batería del vehículo.
La invención también se refiere a un método para preacondicionar la batería de un vehículo eléctrico o híbrido que comprende:
• arrancar el vehículo, con la batería del vehículo a una temperatura inicial antes del arranque; luego
• precalentar la batería del vehículo desde la temperatura inicial hasta una temperatura final superior a la temperatura inicial, al menos en parte por medio de un fluido refrigerante que comprende 2,3,3,3-tetrafluoropropeno.
En ciertos modos de realización, la batería está a una temperatura inicial que es inferior o igual a 5 °C, preferiblemente inferior o igual a 0 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -10 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -20 °C.
En ciertos modos de realización, la batería está a una temperatura final que es superior o igual a 10 °C, preferiblemente superior o igual a 15 °C, e incluso más preferiblemente de 15 a 30 °C.
En ciertos modos de realización, el fluido refrigerante circula en un circuito de compresión de vapor.
La presente invención permite satisfacer la necesidad arriba expresada. Más particularmente, proporciona un método para precalentar rápida y eficazmente la batería de un vehículo eléctrico o híbrido desde el momento en que se arranca el vehículo, lo que permite aumentar el rendimiento y la vida útil de la batería.
Esto se logra mediante el uso de un fluido refrigerante que comprende 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, lo que es ventajoso en comparación con el del compuesto refrigerante convencional 1,1,1,2-tetrafluoroetano. Más concretamente, como se muestra en los ejemplos 2 y 3, el uso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno como fluido refrigerante para precalentar la batería de un vehículo eléctrico permite un tiempo de precalentamiento reducido y, por lo tanto, un arranque más rápido, en comparación con el del 1,1,1,2-tetrafluoroetano.
Breve descripción de las figuras
Lafigura 1muestra un perfil de temperatura en función del tiempo durante el precalentamiento de la batería de un vehículo eléctrico.
El eje de abscisas muestra el tiempo (en minutos) y el eje de ordenadas muestra la temperatura (en °C).
Lafigura 2muestra los resultados de una prueba de precalentamiento de una batería de vehículo eléctrico de -15 °C a 15 °C.
El eje de abscisas muestra la energía (en kJ) y el eje de ordenadas muestra el tiempo (en minutos). La curva negra (A) representa los resultados obtenidos con una bomba de calor que funciona con HFC-134a, mientras que la curva gris (B) representa los resultados obtenidos con una bomba de calor que funciona con HFO-1234yf.
Lafigura 3muestra los resultados de una prueba de precalentamiento de una batería de vehículo eléctrico de -4 °C a 15 °C.
El eje de abscisas muestra la energía (en kJ) y el eje de ordenadas muestra el tiempo (en minutos). La curva negra (A) representa los resultados obtenidos con una bomba de calor que funciona con HFC-134a, mientras que la curva gris (B) representa los resultados obtenidos con una bomba de calor que funciona con HFO-1234yf.
Descripción de modos de realización de la invención
La invención se describe ahora con mayor detalle y de manera no limitativa en la siguiente descripción.
En el contexto de la invención, «HFO-1234yf» se refiere al 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y «HFC-134a» se refiere al 1,1,1,2-tetrafluoroetano.
Por«fluido refrigerante»se entiende un fluido capaz de absorber calor evaporándose a baja temperatura y baja presión y de rechazar el calor condensándose a alta temperatura y alta presión, en un circuito de compresión de vapor, según la aplicación en cuestión. En general, un fluido refrigerante puede consistir esencialmente en un único compuesto de transferencia de calor o ser una mezcla de varios compuestos de transferencia de calor.
instalación para precalentar la batería
Por «vehículo eléctrico» se entiende un dispositivo motorizado capaz de mover o transportar personas o equipos, cuyo motor recibe energía eléctrica de una batería de motor (preferiblemente en su totalidad, pero posiblemente solo en parte en el caso de un vehículo eléctrico híbrido). La batería de motor se denomina más simplemente«batería»en el contexto de la presente solicitud. La batería puede ser, en particular, una batería de iones de litio.
El vehículo eléctrico es preferiblemente un automóvil eléctrico. Alternativamente se puede tratar de un camión eléctrico o un autobús eléctrico.
La invención se basa en un procedimiento de transferencia de calor, que consiste en precalentar la batería del vehículo, en una instalación de transferencia de calor. La instalación de transferencia de calor incluye un circuito de compresión de vapor. El circuito de compresión de vapor contiene un fluido refrigerante que garantiza la transferencia de calor.
En general, el circuito de compresión de vapor es una bomba de calor. El circuito de compresión de vapor está adaptado para calentar la batería de un vehículo eléctrico o híbrido.
En ciertos modos de realización, el circuito de compresión de vapor también está adaptado para calentar el habitáculo del vehículo.
En ciertos modos de realización, el circuito de compresión de vapor también está adaptado para climatizar el habitáculo del vehículo.
En ciertos modos de realización, el circuito de compresión de vapor también está adaptado para enfriar la batería del vehículo.
Para este propósito, el circuito de compresión de vapor puede incluir varias ramas equipadas con distintos intercambiadores de calor, circulando el fluido refrigerante o no en estas ramas, dependiendo del modo de funcionamiento. Opcionalmente, de forma alternativa o adicional, el circuito de compresión de vapor puede incluir medios para cambiar el sentido de circulación del fluido refrigerante, que comprenden, por ejemplo, una o más válvulas de tres o cuatro vías.
Las etapas principales del procedimiento de transferencia de calor se implementan cíclicamente y comprenden:
• la evaporación del fluido refrigerante en un evaporador;
• la compresión del fluido refrigerante en un compresor;
• la condensación del fluido refrigerante en un condensador;
• la expansión del fluido refrigerante en un módulo de expansión.
La evaporación del fluido refrigerante se puede llevar a cabo a partir de una fase líquida o de una mezcla bifásica de líquido/vapor.
En ciertos modos de realización, el compresor tiene inicialmente una velocidad de rotación de 350 a 850 rpm y preferiblemente de 500 a 800 rpm. Posteriormente, la velocidad de rotación del compresor puede permanecer dentro de los intervalos anteriores durante el precalentamiento; o bien aumentar y superar los intervalos anteriores durante el precalentamiento.
El compresor puede ser hermético, semihermético o abierto. Los compresores herméticos incluyen una parte de motor y una parte de compresión que están confinadas dentro de un recinto hermético que no se puede desmontar. Los compresores semiherméticos incluyen una parte de motor y una parte de compresión que se ensamblan directamente una contra la otra. El acoplamiento entre la parte de motor y la parte de compresión es accesible separando las dos partes mediante desmontaje. Los compresores abiertos incluyen una parte de motor y una parte de compresión que están separadas. Pueden funcionar mediante transmisión por correa o mediante acoplamiento directo.
Como compresor se puede utilizar en particular un compresor dinámico o un compresor de desplazamiento positivo.
Los compresores dinámicos incluyen compresores axiales y compresores centrífugos, que pueden ser de una o varias etapas. También se pueden utilizar minicompresores centrífugos.
Los compresores de desplazamiento positivo incluyen compresores rotativos y compresores alternativos.
Los compresores alternativos incluyen compresores de diafragma y compresores alternativos.
Los compresores rotativos incluyen compresores de tornillo sin fin, compresores de lóbulos, compresores de espiral, compresores de anillo líquido y compresores de aletas. Los compresores de tornillo sin fin pueden ser preferiblemente de doble tornillo o de un solo tornillo.
La implementación de la invención es particularmente ventajosa cuando se usa un compresor de espiral debido a su buen rendimiento en las condiciones típicas de un vehículo de motor.
En la instalación utilizada, el compresor puede ser accionado por un motor eléctrico o por una turbina de gas (por ejemplo, alimentada por los gases de escape del vehículo) o por un engranaje.
En la instalación utilizada, el compresor puede incluir un dispositivo de inyección de vapor o líquido. La inyección consiste en introducir refrigerante en estado líquido o de vapor en el compresor a un nivel intermedio entre el inicio y el final de la compresión.
El evaporador y el condensador son intercambiadores de calor. Es posible usar cualquier tipo de intercambiador de calor en la invención y, en particular, intercambiadores de calor de flujo paralelo o, preferiblemente, intercambiadores de calor a contracorriente.
Por«intercambiador de calor a contracorriente»se entiende un intercambiador de calor en el que se intercambia calor entre un primer fluido y un segundo fluido, el primer fluido en la entrada del intercambiador intercambia calor con el segundo fluido en la salida del intercambiador, y el primer fluido en la salida del intercambiador intercambia calor con el segundo fluido en la entrada del intercambiador.
Por ejemplo, los intercambiadores de calor a contracorriente incluyen dispositivos en los que el flujo del primer fluido y el flujo del segundo fluido están en direcciones opuestas, o prácticamente opuestas. Los intercambiadores que funcionan en modo de corriente cruzada con una tendencia a contracorriente también se incluyen entre los intercambiadores de calor a contracorriente.
La instalación también puede comprender posiblemente al menos un circuito de fluido portador de calor utilizado para transportar calor (con o sin un cambio de estado) entre el circuito que contiene la composición de transferencia de calor y la batería. Preferiblemente, la instalación no incluye circuito de fluido portador de calor usado para transportar calor entre el circuito que contiene la composición de transferencia de calor y la batería. Preferiblemente, un intercambiador de calor del circuito que contiene la composición de transferencia de calor está en contacto con la batería o integrado en la batería.
La instalación también puede comprender opcionalmente dos (o más) circuitos de compresión de vapor que contienen composiciones de transferencia de calor idénticas o distintas. Por ejemplo, los circuitos de compresión de vapor pueden estar acoplados entre sí. Sin embargo, preferiblemente, la instalación comprende un único circuito de compresión de vapor.
Según la invención, el fluido refrigerante puede sobrecalentarse entre la evaporación y la compresión, es decir, puede llevarse a una temperatura superior a la temperatura final de la evaporación, entre la evaporación y la compresión.
Por«temperatura al inicio de la evaporación»se entiende la temperatura del fluido refrigerante en la entrada del evaporador.
Por«temperatura al final de la evaporación»se entiende la temperatura del fluido refrigerante durante la evaporación de la última gota de fluido refrigerante en forma líquida (temperatura de vapor de saturación o temperatura de rocío).
Cuando el fluido refrigerante es HFO-1234yf solo o una mezcla azeotrópica que contiene HFO-1234yf, la temperatura al inicio de la evaporación es igual a la temperatura al final de la evaporación a presión constante.
El término«sobrecalentamiento»(equivalente en este caso a«sobrecalentamiento en el evaporador»)se refiere a la diferencia de temperatura entre la temperatura máxima alcanzada por el fluido refrigerante antes de la compresión (es decir, la temperatura máxima alcanzada por el fluido refrigerante al final de la etapa de sobrecalentamiento) y la temperatura al final de la evaporación. Esta temperatura máxima es generalmente la temperatura del fluido refrigerante en la entrada del compresor. Puede corresponder a la temperatura del fluido refrigerante en la salida del evaporador. Alternativamente, el fluido refrigerante puede sobrecalentarse al menos parcialmente entre el evaporador y el compresor (por ejemplo, por medio de un intercambiador interno). El sobrecalentamiento se puede ajustar mediante un ajuste adecuado de los parámetros de la instalación y, en particular, ajustando el módulo de expansión.
En el procedimiento de la invención, el sobrecalentamiento puede ser de 1 a 25 °C, preferiblemente de 2 a 10 °C, preferiblemente de 3 a 7 °C e incluso más preferiblemente de 4 a 6 °C.
Según la invención, el fluido refrigerante puede subenfriarse entre la condensación y la expansión, es decir, llevarse a una temperatura inferior a la temperatura al final de la condensación, entre la condensación y la expansión.
Por«temperatura al inicio de la condensación»se entiende la temperatura del fluido refrigerante en el condensador durante la aparición de la primera gota líquida del fluido refrigerante, denominada temperatura de saturación de vapor o temperatura de rocío.
Por «temperatura de fin de condensación» se entiende la temperatura del fluido refrigerante durante la condensación de la última burbuja de fluido refrigerante en forma gaseosa, denominada temperatura de saturación del líquido o temperatura de burbuja.
El término«subenfriamiento»(equivalente en este caso a«subenfriamiento en el condensador»)se refiere a la posible diferencia de temperatura (en valor absoluto) entre la temperatura mínima alcanzada por el fluido refrigerante antes de la expansión (es decir, la temperatura mínima alcanzada por el fluido refrigerante al final de la etapa de subenfriamiento) y la temperatura al final de la condensación. Esta temperatura mínima es generalmente la temperatura del fluido refrigerante en la entrada del módulo de expansión. Puede corresponder a la temperatura del fluido refrigerante en la salida del condensador. Alternativamente, el fluido refrigerante puede subenfriarse al menos parcialmente entre el condensador y el módulo de expansión (por ejemplo, por medio de un intercambiador interno).
En el procedimiento de la invención, el subenfriamiento, cuando está presente, puede ser de 1 a 50 °C, preferiblemente de 1 a 40 °C, preferiblemente de 1 a 30 °C, preferiblemente de 1 a 20 °C, de 1 a 15 °C, preferiblemente de 1 a 10 °C e incluso más preferiblemente de 1 a 5 °C.
El módulo de expansión puede ser una válvula termostática denominada válvula de expansión termostática o electrónica con uno o más puertos, o una válvula de expansión presostática que regula la presión. También se puede tratar de un tubo capilar en el que la expansión del fluido se logra mediante la caída de presión en el tubo.
Fluido refrigerante
La invención usa un fluido refrigerante que incluye HFO-1234yf. Otros compuestos de transferencia de calor pueden o no estar presentes en el fluido refrigerante en combinación con el HFO-1234yf.
El fluido refrigerante se puede combinar con lubricantes y/o aditivos para formar una composición de transferencia de calor.
La composición de transferencia de calor está presente y circula en el circuito de compresión de vapor.
En ciertos modos de realización, el fluido refrigerante de la invención consiste esencialmente, o incluso consiste, en HFO-1234yf.
En otros modos de realización, este fluido refrigerante incluye HFO-1234yf mezclado con uno o más compuestos de transferencia de calor, tales como hidrofluorocarbonos y/o hidrofluoroolefinas y/o hidrocarburos y/o hidroclorofluoroolefinas y/o CO2.
Entre los hidrofluorocarbonos se pueden mencionar en particular el difluorometano (HFC-32), el pentafluoroetano (HFC-125), el 1,1,2,2-tetrafluoroetano (HFC-134), el 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a), el 1,1-difluoroetano (HFC-152a), el fluoroetano (HFC-161), el 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano (HFC-227ea), el 1,1,1-trifluoropropano (HFC-263fb) y sus mezclas.
Entre las hidrofluoroolefinas se puede mencionar en particular el 1,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234ze), en forma cis y/o trans, y preferiblemente en forma trans; y el trifluoroetileno (HFO-1123).
Entre las hidroclorofluoroolefinas se puede mencionar en particular el 1-cloro-3,3,3-trifluoropropeno (HCFO-1233zd), en forma cis y/o trans, y preferiblemente en forma trans.
En ciertos modos de realización, este fluido refrigerante incluye al menos un 50 % de HFO-1234yf, o al menos un 60 % de HFO-1234yf, o al menos un 70 % de HFO-1234yf, o al menos un 80 % de HFO-1234yf, o al menos un 90 % de HFO-1234yf, o al menos un 95 % de HFO-1234yf, en peso.
Los aditivos que pueden estar presentes en la composición de transferencia de calor de la invención pueden seleccionarse en particular entre nanopartículas, estabilizantes, tensioactivos, trazadores, agentes fluorescentes, agentes odorantes y agentes solubilizantes.
La cantidad total de aditivos no supera el 5 % en peso, en particular el 4 %, más particularmente el 3 % y, de forma totalmente particular, el 2 % en peso o incluso el 1 % en peso de la composición de transferencia de calor.
En ciertos modos de realización, el HFO-1234yf contiene impurezas. Cuando están presentes, pueden representar menos del 1 %, preferiblemente menos del 0,5 %, preferiblemente menos del 0,1 %, preferiblemente menos del 0,05 % y preferiblemente menos del 0,01 % (en peso) con respecto al HFO-1234yf.
En la composición de transferencia de calor pueden estar presentes uno o más lubricantes. Estos lubricantes se pueden seleccionar entre ésteres de poliol (POE), polialquilenglicoles (PAG) o éteres polivinílicos (PVE).
Los lubricantes pueden representar del 1 al 50 %, preferiblemente del 2 al 40 % e incluso más preferiblemente del 5 al 30 % (en peso) de la composición de transferencia de calor.
Uso del fluido refrigerante
La invención se refiere al uso de un fluido refrigerante que comprende HFO-1234yf para precalentar una batería de un vehículo eléctrico o híbrido desde el arranque del vehículo y durante un período posterior a este arranque (y esto, independientemente de si el vehículo está en circulación o parado durante este período).
Por«arranque del vehículo»se entiende al momento en que el vehículo se pone en marcha o se enciende.
La batería generalmente comprende uno o preferiblemente varios elementos de acumulación de energía eléctrica conectados en serie y/o en paralelo.
Por«temperatura de la batería», se entiende generalmente la temperatura de una pared exterior de uno o más de los elementos de acumulación de energía eléctrica.
La temperatura de la batería se puede medir con un sensor de temperatura. Si hay varios sensores de temperatura en la batería, se puede considerar que la temperatura de la batería es el promedio de las distintas temperaturas medidas.
En ciertos modos de realización, la batería está a una temperatura inicial antes del arranque que es inferior o igual a 5 °C, preferiblemente inferior o igual a 0 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -10 °C, e incluso más preferiblemente inferior o igual a -20 °C.
La temperatura inicial antes del arranque puede ser en particular de 5 a 0 °C; o de 0 a -5 °C; o de -5 a -10 °C; o de -10 a -15 °C; o de -15 a -20 °C; o de -20 a -25 °C; o de -25 a -30 °C.
Por«temperatura inicial»se entiende la temperatura de la batería del vehículo eléctrico o híbrido antes de arrancar el vehículo.
En ciertos modos de realización, la batería está a una temperatura final al terminar el precalentamiento que es superior o igual a 10 °C, preferiblemente superior o igual a 15 °C, e incluso más preferiblemente de 15 a 30 °C.
La temperatura final al terminal el precalentamiento puede ser, en particular, de 10 a 15 °C; o de 15 a 20 °C; o de 20 a 25 °C; o de 25 a 30 °C.
Por«temperatura final»se entiende la temperatura de la batería del vehículo eléctrico o híbrido después del precalentamiento de la batería del vehículo.
La temperatura final corresponde a la temperatura máxima alcanzada por la batería del vehículo tras el arranque. A continuación, la temperatura de la batería puede permanecer constante e igual a la temperatura final, o puede variar mientras permanece ventajosamente dentro de un intervalo de temperaturas determinado. Esta temperatura puede variar, por ejemplo, en un intervalo de 10 a 30 °C, por ejemplo de 10 a 15 °C y/o de 15 a 20 °C y/o de 20 a 25 °C y/o de 25 a 30 °C.
En particular, la diferencia entre la temperatura final y la temperatura inicial puede ser: superior o igual a 5 °C; o superior o igual a 10 °C; o superior o igual a 15 °C, o superior o igual a 20 °C; o superior o igual a 25 °C; o superior o igual a 30 °C; o superior o igual a 35 °C; o superior o igual a 40 °C.
En ciertos modos de realización, la batería incluye una resistencia interna. Esta resistencia puede contribuir al precalentamiento de la batería, además del circuito de compresión de vapor arriba descrito.
En ciertos modos de realización, especialmente cuando la batería incluye una resistencia interna, la derivada de la temperatura de la batería con respecto al tiempo aumenta durante el precalentamiento.
En ciertos modos de realización, la resistencia interna garantiza el mantenimiento de la temperatura de la batería después del precalentamiento dentro de un intervalo de temperaturas determinado.
En ciertos modos de realización, el mantenimiento de la temperatura de la batería después del precalentamiento dentro de un intervalo de temperaturas dado se logra calentando y/o enfriando por medio del fluido refrigerante.
En ciertos modos de realización, el mantenimiento de la temperatura de la batería después del precalentamiento dentro de un intervalo de temperaturas dado se asegura en parte mediante la resistencia interna y en parte calentando y/o enfriando por medio del fluido refrigerante.
En ciertos modos de realización, la temperatura exterior, durante el período de precalentamiento, es inferior o igual a 5 °C, preferiblemente inferior o igual a 0 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -10 °C, e incluso más preferiblemente inferior o igual a -20 °C.
La temperatura inicial durante el período de precalentamiento puede ser en particular de 5 a 0 °C; o de 0 a -5 °C; o de -5 a -10 °C; o de -10 a -15 °C; o de -15 a -20 °C; o de -20 a -25 °C; o de -25 a -30 °C.
Por«temperatura exterior» se entiende la temperatura ambiente fuera del vehículo antes del calentamiento y durante el mismo.
En ciertos modos de realización, el tiempo de calentamiento es de 50 a 60 minutos; o de 40 a 50 minutos; o de 30 a 40 minutos; o de 20 a 30 minutos; o de 10 a 20 minutos; o de 5 a 10 minutos; o de 1 a 5 minutos.
La invención también se refiere a un procedimiento para preacondicionar la batería de un vehículo eléctrico o híbrido que comprende:
• arrancar el vehículo, con la batería del vehículo a una temperatura inicial antes del arranque; luego
• precalentar la batería del vehículo desde la temperatura inicial hasta una temperatura final, al menos en parte por medio del fluido refrigerante que comprende 2,3,3,3-tetrafluoropropeno.
En el contexto de la invención, por«preacondicionamiento»se entiende la preparación de la batería de un vehículo eléctrico o híbrido tras el arranque del vehículo, para alcanzar una temperatura óptima que permita el mejor funcionamiento de la batería.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos ilustran la invención sin limitar su alcance.
En estos ejemplos se considera una bomba de calor con medios para calentar la batería de un vehículo eléctrico que funciona con HFC-134a o con HFO-1234yf. Se supone que el compresor de la bomba de calor tiene un volumen de barrido de 155 cm3 y funciona a solo 500 rpm, ya que, a baja temperatura, la batería no suministra mucha potencia. El compresor se utiliza únicamente para precalentar la batería.
Se considera que la bomba de calor funciona con un subenfriamiento de 3 °C en el condensador y un intercambiador interno con un sobrecalentamiento de 5 °C.
Los resultados de estos ejemplos se basan en simulaciones numéricas realizadas con elsoftwareREFPROP de NIST. Lafigura 1muestra el perfil de temperatura de la batería durante el precalentamiento de la batería, que se usa como dato de inicio en estas simulaciones.
Se considera que la temperatura de la batería es igual a la temperatura de condensación.
Ejemplo 1: Rendimientos de la bomba de calor
Se llevó a cabo un análisis de los rendimientos de una bomba de calor que funcionaba con HFC-134a o con HFO-1234yf, con una temperatura de evaporación de -25 °C y una temperatura de condensación que variaba de -15 °C a 15 °C, con el fin de simular el precalentamiento de la batería.
Los resultados se muestran en la siguiente tabla:
En esta tabla, «Temperatura B» se refiere a la temperatura de la batería (en °C) y «Potencia» se refiere a la potencia del compresor (en kW). Los resultados anteriores muestran que una bomba de calor que funciona con HFO-1234yf proporciona más potencia calorífica que una bomba de calor que funciona con HFC-134a para precalentar el vehículo, especialmente al principio del precalentamiento.
Ejemplo 2 - Tiempo de precalentamiento a partir de -15 °C
Se llevó a cabo un análisis del tiempo de precalentamiento de una batería de un vehículo eléctrico que funciona con una temperatura de evaporación de -25 °C, una temperatura de condensación inicial de -15 °C y una temperatura de condensación final de 15 °C.
Lafigura 2representa el tiempo requerido para la producción de una energía determinada durante el precalentamiento de la batería del vehículo eléctrico, dependiendo de si la bomba de calor funciona con HFC-134a (A) o con HFO-1234yf (B).
Estos resultados muestran que, para producir la misma energía de calentamiento, la bomba de calor que comprende HFO-1234yf es más rápida que la bomba de calor que comprende HFC-134a. Por ejemplo, la bomba de calor que comprende HFO-1234yf es capaz de producir 3000 kJ en aproximadamente 28 minutos, mientras que la bomba de calor que comprende HFC-134a solo es capaz de producir la misma cantidad de energía en aproximadamente 30 minutos. Por lo tanto, el uso de la bomba de calor que comprende HFO-1234yf permite una ganancia en el tiempo de preacondicionamiento de aproximadamente un 7 % en comparación con una bomba de calor que comprende HFC-134a.
Ejemplo 3 - Tiempo de precalentamiento a partir de -4 °C
Se llevó a cabo un análisis similar al del ejemplo 2, pero con una temperatura de evaporación de -15 °C y una temperatura de condensación de -4 °C. Por lo tanto, la temperatura inicial de la batería es de -4 °C y la bomba de calor se usa para aumentar la temperatura de la batería del vehículo de -4 °C a 15 °C.
Lafigura 3representa el tiempo requerido para la producción de una energía determinada durante el precalentamiento de la batería del vehículo eléctrico, dependiendo de si la bomba de calor funciona con HFC-134a (A) o con HFO-1234yf (B).
Estos resultados muestran que, para producir la misma energía de calentamiento, la bomba de calor que comprende HFO-1234yf es más rápida que la bomba de calor que comprende HFC-134a. Por ejemplo, la bomba de calor que comprende HFO-1234yf es capaz de producir 2840 kJ en aproximadamente 19 minutos, mientras que la bomba de calor que comprende HFC-134a solo es capaz de producir la misma cantidad de energía en aproximadamente 20 minutos. Por lo tanto, el uso de la bomba de calor que comprende HFO-1234yf permite una ganancia en el tiempo de preacondicionamiento de aproximadamente un 5 % en comparación con una bomba de calor que comprende HFC-134a.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Uso de un fluido refrigerante que comprende 2,3,3,3-tetrafluoropropeno en un circuito de compresión de vapor que comprende un compresor para precalentar una batería de un vehículo eléctrico o híbrido desde el arranque del vehículo, funcionando dicho compresor inicialmente a una velocidad de rotación de 300 a 1000 rpm.
2. Uso según la reivindicación 1, en el que la batería está a una temperatura inicial antes del arranque que es inferior o igual a 5 °C, preferiblemente inferior o igual a 0 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -10 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -20 °C.
3. Uso según una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que la batería está a una temperatura final al terminar el precalentamiento que es superior o igual a 10 °C, preferiblemente superior o igual a 15 °C, e incluso más preferiblemente de 15 a 30 °C.
4. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la batería incluye una resistencia interna que contribuye al precalentamiento de la batería.
5. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la temperatura exterior, durante el período de precalentamiento, es inferior o igual a 5 °C, preferiblemente inferior o igual a 0 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -10 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -20 °C.
6. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el circuito de compresión de vapor incluye un compresor que inicialmente funciona a una velocidad de rotación de 350 a 850 rpm y preferiblemente de 500 a 800 rpm.
7. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el circuito de compresión de vapor también está adaptado para calentar el habitáculo del vehículo y/o para climatizar el habitáculo del vehículo y/o para enfriar la batería del vehículo.
8. Procedimiento para preacondicionar la batería de un vehículo eléctrico o híbrido que comprende:
• arrancar el vehículo, con la batería del vehículo a una temperatura inicial antes del arranque; luego
• precalentar la batería del vehículo desde la temperatura inicial hasta una temperatura final superior a la temperatura inicial, al menos en parte por medio de un fluido refrigerante que comprende 2,3,3,3-tetrafluoropropeno que circula en un circuito de compresión de vapor, funcionando dicho compresor inicialmente a una velocidad de rotación de 300 a 1000 rpm.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la batería está a una temperatura inicial que es inferior o igual a 5 °C, preferiblemente inferior o igual a 0 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -10 °C, incluso más preferiblemente inferior o igual a -20 °C.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 o 9, en el que la batería está a una temperatura final que es superior o igual a 10 °C, preferiblemente superior o igual a 15 °C, e incluso más preferiblemente de 15 a 30 °C.
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