Boeing detalla las mejoras en las baterías del 787

Estas mejoras, que se siguen sometiendo a exhaustivas pruebas de certificación, permitirán a las aerolíneas reiniciar los vuelos comerciales con sus 787 tan pronto como hayan terminado las pruebas y la Administración Federal de EE.UU. (FAA) y otros organismos reguladores internacionales den su aprobación definitiva.

Entre las mejoras destacan la optimización de los procesos de fabricación y procesos operativos, la mejora de algunas características de diseño de las baterías y un nuevo contenedor para las baterías.

A comienzos de esta semana, la FAA aprobó el plan de certificación de Boeing, que define las pruebas que se realizarán para demostrar que las mejoras de las baterías cumplen los requisitos establecidos por la Directiva de Aeronavegabilidad que determinó la suspensión de las operaciones comerciales del 787.

Las mejoras introducidas en el sistema de baterías abordan factores identificados por el equipo técnico de Boeing como posibles causantes de los fallos. Las conclusiones del equipo técnico también fueron verificadas por un grupo independiente de expertos en baterías de ion de litio de diferentes sectores, universidades y laboratorios nacionales.

«Hemos desarrollado un paquete completo de soluciones que se traducen en un sistema de baterías más seguro», destacó Mike Sinnett, vicepresidente e ingeniero jefe de proyectos del programa 787 de Boeing Commercial Airplanes. «Hemos dado con varias formas de mejorar el sistema de baterías y una vez identificadas las mejoras de seguridad, las incorporamos a nuestros procesos y productos».

El primer nivel de mejoras tiene que ver con la fabricación de las baterías en Japón. Boeing ha trabajado con Thales, el proveedor del sistema integrado de conversión de energía, y el fabricante de la batería GS Yuasa para desarrollar e implantar estándares y pruebas de producción optimizados que reduzcan aún más la posibilidad de variación en la producción de las células individuales, así como en el conjunto de la batería.

«Hemos adquirido una mejor comprensión del grado de sensibilidad de esta tecnología ante variaciones durante el proceso de fabricación», explicó Sinnett. «Y todos nos dimos cuenta de la necesidad de reforzar el control de este proceso de forma continua».

Se han añadido cuatro pruebas nuevas o revisadas para examinar la producción de las células de la batería, hasta sumar 10 pruebas en la actualidad. Cada célula pasará por pruebas más rigurosas durante el mes posterior a su fabricación, incluida una prueba de 14 días durante la cual se tomarán lecturas del régimen de descarga cada hora. Este nuevo procedimiento empezó a comienzos de febrero y las primeras celdas que han pasado por este proceso ya están listas. Cada batería debe pasar más de una docena de pruebas de conformidad durante la producción.

Boeing, Thales y GS Yuasa han decidido reducir el nivel aceptable de carga de la batería, para lo que han reducido la carga máxima permitida y han elevado el nivel mínimo permitido de descarga. Dos elementos del sistema de baterías, la unidad de control de las baterías y el cargador, están siendo rediseñados de acuerdo con normas más estrictas. El cargador también se adaptará para suavizar el ciclo de carga y reducir las tensiones que sufre la batería durante la carga.

Mejoras del diseño de la batería

Las modificaciones introducidas en la batería ayudarán a reducir la probabilidad de que aparezcan averías y a aislar las que se produzcan para que no causen problemas en otras partes del sistema.

Para aislar mejor las células de la batería las unas de las otras y de la caja de la batería, se añadirán dos tipos de aislamiento. Un aislamiento eléctrico envolverá cada célula para aislarla de las demás y de la caja, incluso en caso de avería. El aislamiento eléctrico y térmico instalado encima, debajo y entre las células ayudará a que el calor que desprende cada célula no impacte en las células vecinas.

Los protectores de los cables y el cableado del interior de la batería se mejorarán para hacerlos más resistentes al calor y al rozamiento, y se utilizarán nuevas bridas para sujetar las barras metálicas que conectan las ocho células de la batería. Estas bridas incluirán un mecanismo de bloqueo.

Por último, se están aplicando modificaciones al contenedor de la batería que contiene las células y la unidad de gestión. Se practicaron unos pequeños orificios en la parte inferior para drenar la humedad de la batería y orificios más grandes a los lados para que una batería averiada pueda ventilar y tenga menos impacto en otras partes de la batería.

Nuevo contenedor para la batería

La caja de la batería se colocará en un nuevo contenedor de acero inoxidable. Este contenedor aislará la batería del resto de dispositivos situados en los compartimentos de equipos electrónicos. También garantizará que no pueda haber fuego dentro del contenedor, lo que añade otro nivel de protección al sistema de baterías. El contenedor cuenta con un conducto de ventilación directo que transporta los vapores de la batería fuera del avión.

Se están instalando nuevas fijaciones de titanio en los compartimentos de equipos electrónicos para garantizar la correcta sujeción de la carcasa.

«Nuestra primera línea de mejoras, las pruebas de fabricación y las mejoras operativas, reduce considerablemente las probabilidades de avería de la batería. La segunda línea de mejoras, las modificaciones de la propia batería, ayuda a contener una incidencia y reduce al mínimo el efecto de una avería en la batería en el caso de que se produzca. Y la tercera línea de mejoras, la instalación de un nuevo contenedor, aísla la batería de forma que no pueda haber fuego dentro del contenedor y no haya impacto significativo para el avión», señaló Sinnett.

Estado de las pruebas

Las pruebas para conseguir la aprobación de la FAA a las mejoras de la batería ya han comenzado, con autorización del propio organismo.

Durante las pruebas de ingeniería, que se realizan antes de las pruebas de certificación, el equipo demostró que la nueva carcasa podía contener con seguridad un fallo de la batería en el que se averiaran las ocho células del dispositivo. La carga «de rotura» es el equivalente a 1,5 veces la fuerza máxima que cabría encontrar durante una avería de la batería. La carcasa soportó fácilmente la presión y no falló hasta que la presión llegó a más de tres veces la carga de rotura.

Mediante otra prueba, el equipo demostró que no podía haber fuego dentro del nuevo contenedor. Éste ha sido diseñado para eliminar la presencia de oxígeno, por lo que la unidad de contención representa un nivel de protección superior  a la detección y extinción de un incendio, al impedir que se produzca el fuego. El diseño también evacua todos los vapores al exterior del avión, fuera del compartimento de equipos eléctricos.

«Este nuevo diseño se ha sometido a un conjunto riguroso de pruebas. Intentamos encontrar una forma de producir un fuego en la unidad de contención, pero fue imposible. Incluso cuando introdujimos un gas inflamable en presencia de una fuente de ignición, la falta de oxígeno hizo que no hubiera fuego.

«Recurrimos a la nueva norma del sector, la DO-311 definida por la RTCA (Radio Technical Commission for Aeronautics), para establecer nuestro plan de pruebas», explicó Sinnett. «Esta norma, que no estaba disponible cuando establecimos el plan de pruebas de la batería inicial, nos ayudó a asegurarnos de que el nuevo diseño es robusto y seguro. Nuestra intención es demostrar durante la certificación que la batería del 787 cumple todos los requisitos de la DO-311 y sólo se desvía de ellos en aspectos exclusivos del 787 que no están cubiertos por la norma». La RTCA es una organización sin ánimo de lucro que actúa como comité asesor del gobierno de EE.UU. a la hora de definir directrices para el sector aeronáutico.

Hacia el reinicio de los vuelos

«Estamos siguiendo todos los protocolos necesarios para conseguir que nuestro nuevo diseño sea aprobado e instalado adecuadamente y así poder ayudar a nuestros clientes a volar sus aviones lo antes posible. Al mismo tiempo, estamos avanzando en nuestros esfuerzos por reanudar las entregas, pero nuestra primera prioridad es completar el trabajo de certificación y hacer que la flota entregada vuele de nuevo», apuntó Conner. «Nuestros clientes y sus pasajeros han demostrado una paciencia increíble mientras trabajábamos en este proceso y les agradecemos sinceramente el apoyo que nos han venido prestando y la confianza que han depositado en el 787.

«La arquitectura más eléctrica del 787 aporta un valor real no sólo a las aerolíneas, sino al conjunto del sector. Al reducir el consumo de combustible, estamos reduciendo nuestra huella medioambiental. Esta tecnología de batería es un elemento importante de esta arquitectura «más eléctrica», que nos está ayudando a reducir el consumo de combustible en más de 10.000 millones de galones (más de 300 millones de toneladas) durante la vida de este programa.

«Las nuevas tecnologías requieren un punto adicional de atención y exigencia, pero las ventajas son reales».