Baterías para coches eléctricos

Sin entrar en excesivos tecnicismos, vamos a intentar explicar las características principales de las actuales baterías para coches eléctricos. Antes de nada, hay que tener en cuenta que las baterías de tracción del coche eléctrico, poco tiene que ver con las baterías necesarias para el arranque o la instrumentación de 12 voltios que llevan la mayoría de vehículos, sean eléctricos o no.

En general, la batería almacena energía en forma de electricidad mediante elementos electroquímicos, un proceso con perdidas mínimas que permite un rendimiento próximo al 100%. Pero las baterías no son perfectas ya que tienen un número de ciclos de vida finitos, es lo que se denomina «ciclo de vida de la batería«.

Además, las baterías para coches eléctricos requieren de un control muy exhaustivo y severo para proteger a los usuarios de los coches eléctricos de posibles fallos en las baterías. El denominado BMS (Battery Management System) se encarga de ello.

Estación de Recarga rápida

A pesar de, la enorme tecnología que integran las baterías de los actuales coches eléctricos, su principio de funcionamiento es el de una batería cualquiera. Básicamente se aprovechan las reacciones de oxidación y reducción para generar corriente eléctrica o almacenarla

Características de las baterías de Ion Litio

Las principales características de una batería destinada al vehículo eléctrico son:

  • Densidad energética: Expresada en Wh/kg. Es la energía que puede suministrar la batería por cada kg. Cuanto mayor sea más autonomía tendrá el coche eléctrico o menor será el peso de este.
  • Potencia: Expresada en W/kg. Es la capacidad de proporcionar potencia (amperaje máximo) en el proceso de descarga. A más potencia mejores prestaciones para él vehículo eléctrico.
  • Eficiencia: Es el rendimiento de la batería, la energía que realmente aprovecha. Medido en %.
  • Coste: Es la mayor influencia en el precio total del vehículo.
  • Ciclo de vida: Ciclos completos de carga y descarga que soporta la batería antes de ser sustituida. Cuanto más ciclos mejor, ya que será más duradera.
Batería de Iones de Litio

Son casi innumerables los diferentes tipos y modelos de baterías para el funcionamiento de un vehículo, pero para los coches eléctricos en particular, las baterías más utilizadas son las denominadas de Ion-LI (baterías de Iones de Litio). Pero las baterías de Ion-LI a su vez, pueden ser de multiples familias manteniendo un equilibrio entre POTENCIA necesaria para que nuestro vehículo eléctrico tenga muchos Caballos y ENERGÍA, necesaria para que la autonomía del vehículo eléctrico sea respetable.

Las baterías de Litio mas usadas

Algunas de las baterías de Iones de Litio más utilizadas para los coches eléctricos son:

  • Batería Litio, Cobalto y Oxido (LiCoO2), Familia LCO. A pesar de su buena densidad energética, alta eficiencia y bajo efecto memoria, no es de las baterías más utilizadas, debido a su inestabilidad y a sus condiciones especificas de almacenamiento.
  • Batería Litio, Niquel, Manganeso, Cobalto (LiNi LiNi 1-x- MnxCoyO2), Familia NMC. La marca de coches eléctricos BMW utiliza este tipo de baterías en sus modelos BMW I8, BMW I3, o BMW Active E S8, entre otros.
  • Batería Litio-Niquel, Cobalto, Aluminio (Ni LiNi 0.8Co 0.15 Al 0.05 O2), Familia NCA. Es la batería utilizada en el Toyota Prius enchufable.
  • Batería de Oxido de Litio, Manganeso (LiMnO2), Familia LMO. Es la batería más utilizada en coches eléctricos. También llamada batería de Polímeros de Litio, esta batería esta presente en numerosos modelos de coches eléctricos como: Nissan Leaf , Tesla, Mitshubishi, Volvo EV, Toyota Rav 4 EV, For Focus EV, Audi e-tron, Mercedes Benz EQC o Wolkswagen ID Neo, entre otros.
  • Batería de Litio , Hierro , Fosfato (LiFePO4), Famila LFP. Esta batería posee mejor estabilidad, seguridad y más ciclos de vida que las opciones con cobalto. Alto coste de producción y densidad energética más baja.

Después de la Batería de ION-LI.

En la actualidad el uso y mejora de las baterías de litio han dotado de mayor autonomía a las baterías del vehículo eléctrico, llegando a autonomía del orden aproximado de 500 km. No obstante, se siguen desarrollando nuevos procedimientos para dotar a las baterías de no solo una autonomía mayor, sino que también se estudia el alargamiento de su vida útil y un aumento en la capacidad y velocidad de carga.

Grafeno.

Se está investigando un material que hasta ahora no había tenido presencia en las baterías, el grafeno. Este material se compone de una estructura de carbón de un átomo de espesor.

Este material presenta características muy novedosas, tales como:

  • Conductividad térmica y eléctrica altas.
  • Al ser alcanzado por la luz, este material genera conducción eléctrica.
  • Material muy duro, aproximadamente equivale a una dureza 100 veces superior a una supuesta lámina de acero y más duro que el diamante.
  • Es un material elástico y ligero, tan ligero como la fibra de carbono, pero más flexible.
  • Reacciona químicamente con otros compuestos para variar sus propiedades.
  • Estructura compacta, tanto que a las moléculas más pequeñas (helio) les resulta imposible atravesarlas.
  • Es autorreparable, es decir, cuando la lámina sufre daño, las partículas se atraen entre sí para la nueva unión.
  • Este material está siendo aplicado en las recientes investigaciones que se producen con baterías de litio-azufre (Li-S).

Batería de grafeno, ventajas

Es una tecnología reciente la cual presenta una gran ventaja respecto a las baterías de litio actuales, pues su densidad de energía oscila sobre los 2600 Wh/Kg (infinitamente superior a cualquier batería actual) lo que conlleva que esta batería pueda tener un tamaño reducido que implica una mayor autonomía para el vehículo eléctrico debido a la disminución de peso. Además de esto, el azufre es un material económicamente viable. El funcionamiento de esta batería consiste en un cátodo de azufre que interactúa con el litio del ánodo formando cadenas estructurales denominadas poli-sulfuros. Después de algún ciclo carga-descarga, estas cadenas se unen al ánodo y cátodo degradando el material activo de la batería. Unido a esto, también existen problemas derivados a la variación de volumen del azufre (en torno al 80 % de variación) y de su baja conductividad eléctrica.

Para mitigar este problema, se diseñaron estructuras de grafeno que envuelven al azufre y permiten una buena conductividad eléctrica y disponen de espacio libre para la expansión del azufre, denominadas Rgo/N-YSHCS/S.

Este revestimiento dio como resultado una alta capacidad reversible (800 mAh g-1 a 0,2ºC después de 100 ciclos) y un buen rendimiento de alta velocidad (636 mAh g-1 a 1ºC, 540 mAh g-1 a 2 C). [60]

Supercondensadores.

Estos sistemas surgen ante la necesidad de que los vehículos presten al vehículo más autonomía, aparte de una notable aceleración. Por un lado, las baterías ofrecen mayor densidad energética (cantidad de energía que pueden almacenar por unidad de volumen) que los supercondensadores, lo cual dota al vehículo de más autonomía que si solo se implementasen supercondensadores. Sin embargo, el principal detractor de las baterías es que no tienen la capacidad de entregar de forma instantánea grandes picos de potencia en un tiempo ínfimo, pues se sobrecalentarían llevando a tener pérdidas en la vida útil. Es ahí cuando los supercondensadores usan la gran densidad de potencia que tienen para dotar de aceleración al vehículo.

Por tanto, un buen sistema híbrido lograría mejorar la vida de la batería, pues no te va a producir el sobrecalentamiento en ella cuando demandes gran cantidad de potencia instantáneamente.

Sin ir más lejos, en la conferencia internacional sobre el procesamiento de señal, comunicación, energía y sistema integrado un grupo de ingenieros de la Universidad de Vishakhapatnam en la india implementó un sistema híbrido para implementación en vehículos eléctricos y vehículos híbridos constituido por una batería de plomo-ácido, al que se le añade un convertidor continua-continua (dc/dc) con una topología reductora-elevadora (buck-boost) de tensión y un supercondensador.

Se observó el comportamiento de este sistema ante tres modos de operación del vehículo:

1) Cuando se produce aceleración.

2) Cuando se opera a velocidad de crucero (moderada).

3) Cuando se produce frenada regenerativa.

Una vez hechas las pruebas, se concluye que la batería cuando se produce aceleración reduce su esfuerzo de carga en un 54 % gracias al supercondensador.

Este tipo de sistemas hoy en día están ocupando soluciones a nivel de red, evitando el uso de generadores diésel y turbinas, aunque se está contemplado el desarrollo de estos sistemas (sobre todo el Volkswagen) para su implementación comercial en un futuro cercano.

Electrolito sólido

Básicamente se trata de una batería donde no existen los materiales líquidos inflamables presentes en el electrolito que separa ánodo y cátodo, del resto de baterías de Litio. Además, con este tipo de baterías se podría conseguir unas densidades energéticas muy altas, capaces de proporcionar autonomías superiores a los 600 km reales. Son numerosos los proyectos de investigación de China, Japón y EEUU que apuestan por este tipo de batería. Sin duda el mercado de las baterías promete y en pocos años pasará de los actuales 23.000 millones de facturación a más de 84.000 millones de dólares para 2025.

Vehículo eléctrico de segunda mano. Una buena opción?.

Cada vez son más los clientes que tienen en su pensamiento la inversión en un vehículo eléctrico de ocasión. Si duda es un mercado creciente plagado de modelos de reciente creación. Además, el caso particular de vehículos eléctricos de segunda mano, tiene una ventaja importante basada fundamentalmente en el conocido como “coste pionero” potenciado por ser una tecnología nueva y en permanente cambio. Así, el precio de venta de este tipo de vehículos baja más rápido que el resto de vehículos basados en otras tecnologías más maduras, y por lo tanto, los precios de adquisición suelen ser muy interesantes.

Los compradores se benefician a la hora de adquirir estos vehículos eléctricos de ocasión, y no porque sea una tecnología fallida, o débil, sino por el hecho de ser menos demanda y desconocida hasta la fecha.

A QUIEN INTERESA ESTE TIPO DE VEHICULO ELECTRICO DE OCASION

Básicamente las premisas para adquirir este tipo de vehículo de ocasión, son las mismas que para el resto de vehículos eléctricos nuevos:

  • Desplazamientos limitados a 150 – 200 km diarios (si no disponemos de puntos de recarga intermedios en destino)
  • Disponer de punto de recarga propio en garaje.
  • Dependencia del estado de salud de la batería (leve deterioro con el uso).

Con estas limitaciones, el comprador de coches eléctricos normalmente, es alguien que vive en una zona urbana o suburbana, conduce una media de 100 kilómetros al día, está concienciado del estado ambiental de nuestro planeta y es probable que compre un coche eléctrico como segundo vehículo.

ASPECTOS A TENER EN CUENTA.

La inversión continua, con un punto prioritario a la hora de adquirir este tipo de automóvil eléctrico. La estación de recarga o infraestructura de recarga es una inversión a tener muy en cuenta, que rápidamente amortizaremos por el “bajo coste de la electricidad” si lo comparamos con el combustible. También debemos tener en cuenta el tipo de conexión que debe tener nuestro punto de recarga, para que sea compatible con el vehículo en cuestión y conocer a que potencia puede o debe cargar el mismo.

Pero para el caso de vehículo eléctrico, lo más importante es el estado de la batería. Existen parámetros determinantes sobre mismo como son el SOH (State of Health), el número de recargas rápidas o super-rápidas que ha sufrido la batería, calidad del BMS (Battery Management System) durante el funcionamiento del vehículo, número de descargas a 0%…etc. Hasta la fecha, como sucede con los vehículos tradicionales, es importante adquirir esto vehículos en concesionarios de reconocido prestigio donde, además de ofrecernos una garantía sobre los componente, no puede certificar que la autonomía máxima del vehículo es la “real” para el tipo de automóvil. En definitiva es importante que los sistemas no hayan sido manipulados para no llevarnos decepciones cuando apliquemos un uso “real” a nuestro vehículo eléctrico.

¿Os animáis a conocer más sobre el mercado de segunda mano de Vehículos eléctricos?. Dejar comentarios.