Xabier Arraztoa: "Aplikazio kritikoetan litio-ioizko bateriak paratu nahi badira, dakarten elektronikak funtzionalki segurua izan beharko du"
2023ko ekainaren 25a
Xabier Arraztoa Lazkanotegi (Bera, 1997) Mondragon Unibertsitateko Energiaren Ingeniaritzan graduatua da eta masterra du Energia eta Potentzia Elektronikan. Ikasketa horiek unibertsitate horretako "Energia Biltegiratzea" eta "Energia Elektrikoaren Trakziorako eta Sorkuntzarako erabilitako Eragingailuak" izeneko ikerketa-taldeetako lanarekin partekatu zituen. Gradu-bukaerako lana Rhein-Waal-eko Zientzia Aplikatuen Unibertsitatean (HSRW) egin zuen, bertako Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren Graduan. Gaur egun, doktoretza-tesia egiten ari da IKERLANeko "Energiaren Biltegiratze eta Kudeaketa" alorrean, Mondragon Unibertsitateko "Seinalearen Teoria eta Komunikazioak" izeneko ikerketa-taldearekin lankidetzan, litio-ioizko bateriak kudeatzeko sistemen segurtasun funtzionalari buruz. Ikergazte kongresuan UEUk banatzen duen mikroaurkezpen onenaren saria eskuratu zuen.
Litio-ioizko bateriak kudeatzeko sistemen segurtasuna duzu ikergai. Nola sortu zen gaia ikertzeko aukera?
Gai hau tokatu izana lotua dago ikasi nuen graduaren kokapenarekin: Galarretako Orona Ideo parke teknologikoa, Hernanin. Bertan ikasi nuen Mondragon Unibertsitateko Energiaren Ingeniaritza, energia biltegiratzeko sistemetara bideratua dagoena, eta IKERLANeko Energiaren Biltegiratze eta Kudeaketa alorra ere bertan dago. Graduko hirugarren urtetik nahiko garbi nuen etorkizunean doktoretza-tesi bat eginen nuela, eta horretarako momentua ailegatu zitzaidanean bertan galdetu nuen etxetik hurbil dagoelako, eta aukera hau proposatu zidaten.
Izatez arriskutsuak dira bateria hauek, baina segurtasuna bermatzeko kudeaketa-sistema elektronikoak dituzte txertatuta (BMS).
Bai, hemen kontuan hartu behar da “litio-ioizko bateria” terminoak litioan oinarritutako baina ezaugarri desberdinak dituzten hainbat kimika hartzen dituela barne. Adibidez, NCA eta NMC kimikak termikoki ezegonkorragoak dira LFP eta LTO baino, eta beren lan-eremu segurutik kanpo jardunez gero, su hartu eta gas toxikoak kanporatu ditzakete. Dena dela, litio-ioizko bateriak seguruak dira BMSa duten bitartean, eta elektronika honek segurtasuna bermatzeaz gain bateriaren funtzionamendua ere optimizatzen du.
Hala ere, BMSaren hutsuneak identifikatzen saiatu zara.
Bai, azken finean sistema elektroniko txertatuen ezaugarri eta funtzioak beren aplikazioarekiko espezifikoak dira, eta ondorioz BMS bakoitza dagokion bateriari egokitu behar zaio. Horrekin batera, nire helburua BMSa segurtasun funtzionalarekin bateragarria izatea da, BMSak arrisku onartezinak saihestu eta bere eginkizunak zuzen burutu ditzan. Eginkizun horien artean, garrantzitsuenak dira, bertzeak bertze: baterien lan-eremu segurua zehazten duten parametro fisikoen neurketa (batez ere tentsioa, tenperatura eta korrontea), zuzenean neurgarriak ez diren parametroen algoritmo bidezko estimazioa (baterien karga- eta degradazio-maila), kudeaketa elektrikoa (karga eta deskargaren kontrola, aplikazioarekiko deskonexioa), kudeaketa termikoa (haizagailu baten kontrola edo likido hozgarri baten ponpa aktibatzea), eta komunikazioa aplikazio batean bateriarekin batera egon daitezkeen gainerako elementuekin (adibidez, potentzia-bihurgailuarekin).
Helburua segurtasun funtzionalarekin bateragarri litzatekeen BMSa garatzea dela diozu. Zer abantaila lituzke horrek?
Edozein elektronika funtzionalki segurua izateak erran nahi du elektronika horren hutsegiteak ez duela ez gizakirik ezta ingurumena ere kaltetuko. Horretarako, diseinu-metodologia zorrotzari segituz sistema elektronikoaren akatsak ekidin behar dira, eta ekidin ezin daitezkeen kasuetan (akatsik gabeko sistema perfektuak ez baitira existitzen), sistemak bederen modu aurreikusgarrian huts egitea ziurtatu behar da, ondotik hutsegitearen ondorioak arintzeko neurriak har daitezen. Segurtasun funtzionalak eslogan bat baldin balu, hori “Bertze Titanic bat ez, faborez” izanen litzateke. Elektronikaren adar hau garrantzitsua da industria nuklearrean, prozesu kimikoen kontrolean, hegazkinetan, tren-industrian, automobilgintzan, igogailuetan… Aplikazio horietakoren batean litio-ioizko bateriak paratu nahi badira, bateriek dakarten elektronikak (BMSak) funtzionalki segurua izan beharko du.
Zein da planteatzen den erronkarik handiena?
Nire kasuan erronkarik handiena BMSetan segurtasun funtzionala modu moldakorrean integratzea da, dudarik gabe. Azken finean, gaur egun existitzen dira segurtasun funtzionala betetzen duten BMS bakar batzuk, baina halako baten garapena garestia da eta hagitz luze jo dezake. Nire doktoretza-tesia IKERLAN ikerketa-zentroan egiten ari naiz, eta hari etorkizun batean bezeroek segurtasun funtzionalarekin bat egiten duten BMSak eskatuz gero, bezero mota bakoitzarentzat BMS espezifiko bana diseinatzea konplikatua izanen da. Beraz, nire ikerketan segurtasun funtzionalera bideratutako BMSen garapen-denbora murriztu dezaketen diseinu-eredu malguak aztertzen ari naiz.
Zer fasetan dago ikerketa?
Oraintxe bertan doktoretza-tesiaren erdibidera hurbiltzen ari naiz. Teknologiaren egoera aztertuta, ikerkuntza-plana hemendik aste batzuetara aurkeztuko dut Mondragon Unibertsitatean. Izan ere, ni IKERLANeko langile izateaz gain, nire tesia unibertsitate horretako doktorego-programaren barruan egiten ari naiz. Aurkezpenaren ondotik, arestian aipatutako diseinu-ereduak balioztatuko dituen BMS prototipo bat garatzen hasiko naiz.
UEUk banatzen duen mikroaurkezpen onenaren saria eskuratu zenuen Ikergazten, zorionak! Zer-nolako esperientzia izan da Ikergaztekoa?
Eskerrik asko! Egia erran aurkezten azkenetarikoa izatea abantaila izan nuen, ni baino lehen egon ziren mikroaurkezpenek zer egin eta zer ez irudikatzeko aukera eman zidatelako. Adibidez, gogoan dut atentzioa eman zidala gerora nirekin batera saritua izan zen Irati Mendiaren mikroaurkezpenak, flow aunitzekin mintzatu baitzen. Gainera, IKERLANen urtero doktoregaion lana alor guzietako lankideei aurkezteko jardunaldi bat antolatzen digutenez, banuen aitzinetik nire tesia nire gaian aditua ez den publiko bati esplikatzeko esperientzia. Eta hori baliagarria da ingeniaritza, arkitektura, zuzenbidea, artea, eta gizarte-, natura- eta osasun-zientzietako ikertzaileak biltzen dituen Ikergazte bezalako diziplinarteko kongresu batean.
Bertan hippie kuadrilla ederra bildu ginen eta elegante pasatu genuen. Orokorrean, kongresu hau doktoretza-tesia akabatu dutenei beren lana euskaraz dibulga dezaten gomendatuko nieke (“Ikergazte” kontzeptuak doktoretza-tesia azken 4 urteetan aurkeztu duten ikertzaileak hartzen ditu barne), baina baita oraindik ikerkuntzan hasiak ez direnei ere, beren gradu- edo master-akaberako lanak aurkeztu, kongresu zientifiko baten nondik norakoak lehenbiziko aldiz ikusi, eta nork daki beharbada ikerkuntzaren munduan murgiltzera anima daitezen.
Zeintzuk dira esku artean dituzun erronkak?
Tesia bera akabatzea nahiko erronka handia iruditzen zait, baina zehatzagoa izatearren, jarraian eginen dudan BMS prototipoaren kontzeptuarekin konferentzia espezializatu batean onartzeko moduko artikulu bat idaztea da nire hurrengo mugarria. Eta luzera begira, ederra izanen litzateke BMSaren garapenarekin segurtasun funtzionalaren ziurtagiri-emaile baten onespena lortzea, hori baita industrian segurtasun funtzionalaren araudiak betetzen direla aintzat hartzeko manera.
