Naval Group apuesta por las baterías de litio para mejorar las capacidades de los submarinos

El constructor naval francés Naval Group ha desarrollado un novedoso sistema de baterías de iones de litio de alto rendimiento y de alta seguridad para mejorar las capacidades operativas de los submarinos convencionales.

Esta tecnología, conocida como LIBRT, entrega a los usuarios navales una serie de ventajas como el incremento del alcance operativo sumergido, mayores capacidades de sigilo y mayor seguridad de operación en comparación con otras soluciones de la industria.

LIBRT ofrece el doble de energía disponible al tiempo que reduce significativamente el tiempo de recarga lo que permite al submarino convencional mejorar su indetectabilidad en entornos hostiles en comparación a las baterías de plomo ácido que equipan a estas unidades.

Infodefensa.com conversó con la directora del Programa de Baterías de Iones de Litio de Naval Group, Marie Leveque, y al gerente de Desarrollo de Negocio de Submarinos de la empresa, Anthony Covarrubias, para conocer en detalle el origen y el desarrollo de esta tecnología que se proyecta como una revolución en la generación de energía para submarinos.

Una solución para necesidades complejas

Desde su nacimiento, los submarinos de propulsión diésel-eléctrica han utilizado como fuente de energía principal las baterías de plomo ácido y esta solución ha quedado atrás respecto a las capacidades que requieren los submarinos modernos en la actualidad.

"Hemos pasado a submarinos que tienen grandes capacidades de detección, que son muy silenciosos, que necesitan mayor energía para poder correr, que necesitan más energía para permanecer más tiempo sumergidos, y para no ser vulnerable para ser detectado por aeronaves u otro tipo de buque", indicó Covarrubias.

El ejecutivo de Naval Group expresó que "las baterías de plomo llegaron al límite de sus capacidades, por lo tanto en esto de estar buscando capacidades mayores respecto de permanecer sumergidos, está la solución nuclear que es bastante más cara y a la cual tienen acceso solo algunos países".

Para poder enfrentar este requerimiento operacional, la compañía decidió emprender el desarrollo de una batería de ion litio "como una respuesta a esta necesifad de contar con una mayor densidad energética y que esté a la altura de los avances que se han logrado en cuanto a armamento, sensores, capacidades del submarino", agregó Covarrubias.

Una tecnología en evolución

La implementación de este tipo de tecnología se vuelve cada vez más atractiva y necesaria para las marinas mundiales en atención a las ventajas de indiscreción y permanencia en el mar que entregan las baterías de iones de litio.

"Si uno mira hoy en día los requerimientos de la mayoría de los prospectos de submarinos a futuro, todos se están preguntando respecto a esta tecnología. De hecho el caso de Chile, Colombia, hay países europeos que también están preguntando, en el próximo submarino es casi un requisito de que sea equipado con baterías de litio" señaló.

Covarrubias sostuvo que a diferencia de lo que una batería de plomo entrega hoy en día, "una batería de tipo litio va a ir evolucionado en el tiempo, por lo tanto, la batería que instale hoy en día a un submarino, esa misma batería cuando la reemplace en 10 años más voy a tener mejores capacidades a la cual yo instalé recién".

El ejecutivo manifestó que "los requerimientos que hemos tenido en los últimos años tiene casi como condición submarinos equipados con baterías de litio. Esto de aqui en adelante van a marcar una revolución en términos de generación de energía para submarinos y va a ser un imperativo de que los submarinos sean equipados con baterías de tipo litio".

El desafío de la integración

Uno de los mayores retos del desarrollo de LIBRT fue el tema de seguridad para lo cual se realizaron diversas pruebas verificando cada parámetro, tanto en carga como en descarga, bajo exigencias operacionales. hasta el momento de llegar a la calificación final. Naval Group utiliza como concepto el ataque en profundidad de problemas ligados a seguridad analizando hasta las hipótesis más extremas para el caso de un accidente.en un submarino.

Cada pack de baterías está integrado con módulos de celdas de Ion-Litio aisladas una de otra, al igual que entre módulos, haciéndolos resistentes a los problemas de propagación en caso de incendio en una celda y dispone de un sistema BMS que controla todos los parámetros para mantener un control sobre el estado de cada pack individual y de la batería en su conjunto.

"Las pruebas que efectuamos fue un incendio al interior de esas pilas por cortocircuito y consistía en ver hasta que punto ese efecto se propagaba al resto  Una vez que se comprobó que eso no pasaba y que uno de esos cilindros afectaba solamente a sus vecinos y no se propagaba al resto, recién se pudo pasar la calificación de prueba no propagación", indicó Marie Leveque.

Respecto a su monitoreo, la directora del Programa de Baterías de Iones de Litio de Naval Group señaló que la información del comportamiento es vigilada desde el BMS. "Esta información es presentada en el sistema de monitoreo de la plataforma de submarino, de modo que tu puedes monitorear el voltaje, la corriente, la temperatura, si hay un comportamiento anómalo y a través de esa sección electrónica lo puedes aislar" permitiendo "supervisar el comportamiento desde el más mínimo nivel hasta el nivel de la batería completa del submarino".

Configuración

Uno de los principales problemas que tienen las baterías de plomo es que liberan hidrógeno. Este elemento es nocivo para la salud y explosivo en presencia de chispa o llama a partir de concentraciones superiores al 4 por 100 a diferencia de las baterías de litio que no lo generan.

Respecto a los bancos de batería, la configuración de LIBRT puede ser de dos o uno solo, esto dependerá de los requerimientos operacionales del submarino, pero en términos generales no cambia sus características de estar sellado para que no entre agua, seguro para la dotación y monitoreado para saber el estado de la batería en terminos generales.

"La cantidad de celdas es relativamente similar con la diferencia que para el mismo volumen estamos pensando en el doble de capacidad a partir de eso y obviamente esto significa que estamos aprovechando de mejor forma el volumen disponible en beneficio de la capacidad", manifestó Covarrubias.

Desde el punto de vista de la red de energía, hay algunos cambios en ventilación. El submarino hoy en día tiene muchas instalaciones relacionadas con monitorear el porcentaje de hidrógeno, ventilar el hidrógeno que se llega a formar (burbujas de hidrógeno), eso es reemplazado por otras sistemas de ventilación acorde a una nueva tecnología como LIBRT.

Densidad de energía

Una batería de plomo en la primera etapa de carga alcanza solo el 80 de su capacidad, debiendo pasar luego a la segunda etapa, con la consiguiente disminución de la razón de carga.  El caso de una batería de iones de litio, ésta alcanza su máxima capacidad en la primera etapa, sin necesidad de disminuir la razón de carga.

La capacidad de la batería de iones de litio se traduce en un menor tiempo con el submarino vulnerable a ser detectado a profundidad de periscopio y menor tasa de indiscreción, además de no sufrir problemas de degradación a lo largo de la patrulla del submarino. Finalmente, no existe producción de hidrogeno ni intervenciones durante la misión.

Las baterías de iones de litio desarrolladas por Naval Group generan el doble de la capacidad que las baterías de plomo-ácido. Esta ventaja permite que las baterías de iones de litio duren más tiempo que una batería de plomo que en promedio tiene una vida útil entre seis y ocho años.

"Estamos hablando entre 10 y 12 años, lo cual en términos económicos es bastante conveniente para una marina que tiene que cambiar sus baterías cada cierto tiempo y esa misma batería al término de 10 a 12 años, cuando la cambie, la densidad energética va a ser mayor, y por ende la capacidad que le voy a entregar al submarino también será mayor", aseveró Covarrubias

Recarga y mantenimiento

La batería de plomo-ácido tiene una rutina de mantenimiento regular que es bastante estricta. Los proveedores de batería de plomo son bastante meticulosos respecto a su cuidado por el tema del hidrógeno y porque una batería de este tipo en el tiempo sufre sulfatación y va perdiendo la masa activa incluso estando en navegación el submarino.

La batería de litio no requiere esa rutina de mantenimiento en el tiempo. El porcentaje de tiempo necesario para recargarla en el mar será la misma y a su vez la masa activa o el rango dinámico que el submarino convencional dispone hoy en día con una batería de plomo bordea el 60 mientras que con la batería de litio el porcentaje superior es cercano al 98. 

Otra elemento que destaca Covarrubias es la vida útil de una batería de litio. "Ésta debería estar entre 10 a 12 años y eso en términos de mantenimiento y de costo es bastante importante en vez de estar cambiándolas cada seis u ocho años como pasa con una batería de plomo-ácido". 

LIBRT no requiere mediciones manuales en los pozos de baterías y rellenos de ácido que se efectúan en una batería de plomo reduciendo de esta manera los riesgos del personal especialista que efectúa estas tareas. Además, las baterías de iones de litio han sido diseñadas para ser extraídas desde la escotilla logística que tiene cualquier submarino y su reemplazo puede ser ejecutado de forma normal en cualquier astillero o base de submarino.

Ventajas operacionales

La solución desarrollada por Naval Group entrega ventajas significativas en términos de disminución de la tasa de indiscreción, aumento de la autonomía sumergido, mayor velocidad sin importar el estado de carga de la batería y aumento de capacidades para efectuar un amplio abanico de operaciones de guerra naval.

Covarrubias señaló que "el submarino va a pasar menos tiempo a profundidad de periscopio, por lo tanto corre menos riesgo de ser detectado durante una carga de batería. Después, si tengo más capacidad, puedo hacer más cosas, puedo correr más tiempo, puedo mantenerme sumergido más tiempo".

Otra ventaja de la batería de litio respecto a una batería de plomo es el voltaje de gaseo que limita la velocidad. Esta característica es muy importante en términos operacionales y tácticos ya que, a diferencia de la restricción que tiene la batería de plomo-ácido, la batería de litio permite disponer de la velocidad máxima sin importar el porcentaje de capacidad remanente.

El ejecutivo de Naval Group manifestó que "no importa si estoy en el 40, si estoy en el 20 o si estoy en el 90, yo puedo utilizar mi velocidad máxima sin problema, no voy a tener restricciones". 

Perspectivas comerciales

Naval Group ofrece esta solución tanto a submarinos en servicio como a submarinos nuevos. La empresa está en condiciones de equipar un nuevo proyecto de submarinos con las baterías de litio. "Las Armadas ya no están mirando a la batería de plomo sino que quieren definitivamente invertir en esta tecnología", sostuvo Covarrubias.

En cuanto a submarinos en servicio, Naval Group ha desarrollado estudios para integrar LIBRT en los submarinos convencionales clase Scorpène, unidades que son operadas por las Armadas de Brasil, Chile, India y Malasia. 

"Se puede implementar esta tecnología, pero van a tener que sufrir modificaciones en su sistema de ventilación, red eléctrica, por lo tanto ahí depende del usuario colocar en la balanza el costo-beneficio de una transformación", agregó.

La solución también está disponible para los submarinos Shortfin Barracuda Block 1A que han sido encargados a Naval Group por la Real Armada Australiana (RAN). "Obviamente no puedo entrar en detalles respecto de cual es el requerimiento actual, pero si estamos en condiciones de poder equipar esa tipo de submarinos con nuestra tecnología".

"Las batería de litio van a marcar una revolución en la generación de energía para submarinos. Las baterías de plomo llegaron a su límite de desarrollo y esto va a marcar un hito bastante importante en el uso del submarino", concluyó Covarrubias.