Hay quien dice que un auto eléctrico es una batería con ruedas. Y mucha razón tiene, ya que se trata del componente determinante (tanto técnica como económicamente) en el global de un vehículo eléctrico y, hoy en día, la principal variable que hace que un eléctrico sea atractivo o no para el público.
Si el auto se equipa una batería con buenas prestaciones a un precio competitivo automáticamente consigue un buen posicionamiento en el mercado.
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| Según datos de Bloomberg New Energy Finance, en el año 2015 la batería suponía el 57% del costo total de un auto eléctrico. Esa cifra bajó y se encuentra ahora en un 33% y según las previsiones, podría situarse en el 20% para el año 2025. |
Esto nos lleva a un escenario hoy en día en el que, aún con una importante reducción de precio, la batería va a seguir siendo uno de los componentes más caros y con más protagonismo de los vehículos eléctricos.
Hablamos siempre de baterías de iones litio, una tecnología que ha alcanzado tal nivel de popularidad y desarrollo industrial (no solo en la industria de la automoción, sino en todas las aplicaciones de almacenamiento eléctrico), que a corto-medio plazo parece imposible que aparezca otra tecnología que la deje de lado. Sin embargo, de cara a futuro no se descarta que puedan aparecer otras químicas que las mejoren en prestaciones como las baterías de estado sólido. En cualquier caso, a día de hoy, las baterías de litio son capaces de cumplir con las expectativas de la mayoría de consumidores en la mayoría de aplicaciones.( aunque no completamente cuando hablamos de automóviles...)
El problema es que el componente clave y más caro de los coches eléctricos es a la vez el más delicado. Y eso se convierte en una preocupación para propietarios y potenciales compradores de este tipo de autos y ni que hablar cuando la compra es de un vehículo de segunda mano. Cómo va a envejecer la batería sigue siendo una incertidumbre en la mayoría de modelos, ya que todavía no tenemos suficientes datos y experiencia para poder conocer el detalle. (solo el pasar de los años nos permitirán sacar conclusiones ciertas de cómo les fué a las baterías de última generación que tenemos hoy)
Lo que si sabemos es que las baterías de iones de litio tienen una vida útil y van perdiendo capacidad con el uso y el paso del tiempo. Por eso, podemos llegar a una situación, al igual que nos pasa con nuestros dispositivos electrónicos, en la que nos encontremos con una batería que ya no cumple con las cifras de capacidad (y por lo tanto, de autonomía) que anunciaba en el momento de su compra.
No obstante, que el momento de cambiar la batería llegue antes o después, o no llegue nunca, no depende solo de calidad constructiva, de la gestión electrónica y de la tecnología de la misma, sino que alargar o acortar su vida útil depende también de muchas otras variables que están al alcance de los usuarios. Por eso ya se empieza a explicar cómo alargar al máximo la vida útil de la batería de tu coche eléctrico.
Por qué envejecen y se degradan las baterías de iones de litio?
El funcionamiento de una batería de de litio se basa en el movimiento de iones entre un electrodo positivo y otro negativo, que se realiza en una dirección o en la contraria en función de si se está cargando o descargando. La teoría dice que este sistema reversible debería durar para siempre, pero en la triste realidad hay diferentes factores que provocan su envejecimiento y disminuyen su su capacidad de carga con el paso del tiempo.
Los principales factores que afectan a la degradación de una batería de iones de litio son los ciclos de carga, la potencia de carga/descarga, los límites/profundidad de carga/descarga y la exposición a altas temperaturas. (es decir hay muchos factores que si se llegan a dar en contra pueden comprometer la vida de la batería y la cuenta bancaria de su propietario)
Antes de empezar, es importante conocer cómo se mide el envejecimiento de una batería. El parámetro más utilizado para medir la degradación es el conocido como “estado de salud” por sus siglas en inglés SoH (State of Health).
El State of Health indica cuánta capacidad manteniene la batería respecto a la que tenía originalmente. La teoría dice que el SoH de una batería es del 100% en el momento de la fabricación y va disminuyendo con el uso y el paso del tiempo.
En este sentido, los fabricantes suelen garantizar la batería de forma diferenciada al resto del auto. Como regla general, las baterías suelen tener una garantía de 8 años o 160.000 kilómetros (lo que ocurra antes) con un SoH mínimo del 70% (es decir, que la batería mantenga un 70% de su capacidad original). Aunque existen diferencias entre fabricantes tanto en tiempo como en porcentaje.
La degradación de una batería suele ser más acusada al principio, pero se va estabilizando con el paso del tiempo. Además, la velocidad a la que se degrada está influida por diferentes factores que vamos a explicar a continuación.
1) CICLOS DE CARGA: El principal parámetro que influye en la vida útil de una batería son los conocidos como ciclos de carga. Que una batería haya cumplido un ciclo de carga significa que ha suministrado tanta energía como capacidad total dispone. Eso no quiere decir que para cumplir un ciclo de carga haya que vaciar la carga del 100% al 0% y volver a cargarla al completo, sino que también puede ocurrir con descargas parciales.
Sin embargo, es importante saber que no todos los ciclos son iguales ni afectan de la misma manera a la degradación de la batería. Por lo tanto, medir degradación o el envejecimiento de una batería de iones de litio en ciclos de carga no es concluyente, ya que depende mucho de las condiciones en las que se hayan realizado esos ciclos.
Aquí es importante resaltar es que contar con una batería de gran capacidad contribuye a que su degradación sea más lenta. A mayor capacidad, menores ciclos tendrá que realizar para entregar la misma cantidad de energía. Es decir, menores ciclos tendrá que realizar para recorrer la misma cantidad de kilómetros. Esto explicaría por qué los coches eléctricos de primera generación tenían degracaciones tan acusadas (capacidades de entorno a 20 kWh) y por qué coches como el Tesla Model S mantienen su capacidad muy bien incluso con kilometrajes importantes (capacidades siempre por encima de 60 kWh).
2) PROFUNDIDAD DE DESCARGA: La profundidad de descarga y los límites de carga son dos factores que afectan a la vida de la batería de un eléctrico mucho más de lo que podríamos pensar. Las baterías se encuentran más cómodas en la parte intermedia de su capacidad de carga, más o menos entre el 30% y el 80%, y mantenerlas dentro de esos límites combate la degradación. (claro está que mantener como mínimo 30% de carga implica tener que recargar con más frecuencia con la incomodidad que eso impilca).
Esto resalta la importancia entre la diferencia de la capacidad neta (utilizable) y la capacidad bruta (total), un dato que por cierto no siempre es fácil de obtener por parte de los fabricantes y que como consumidores deberíamos exigir. A mayor diferencia entre bruto y neto, mayor tiempo pasará la batería trabajando con cargas parciales. Esto explicaría por qué las baterías del Opel Ampera/Chevrolet Volt de primera generación envejecen tan bien, ya que cuentan con una capacidad bruta de 16,5 kWh y una neta de 10,9 kWh. Conclusión las baterías se encuentran "más cómodas" en porcentajes de carga de entre el 30% y el 80%.
De nuevo, contar con una bateria de gran capacidad también es de gran ayuda, ya que además de reducir el número total de ciclos, buena parte del tiempo de uso se hará con cargas parciales, entre los porcentajes donde más cómoda se encuentra.
Determinar el estado de salud de las baterías de forma rápida y precisa....
Cuando las baterías de iones de litio envejecen, su rendimiento disminuye. Los métodos actuales todavía requieren pruebas complejas de laboratorio instrumentadas para determinar qué tan rápido y en qué grado esto ocurre. En contraste, un procedimiento desarrollado por la Universidad Tecnológica de Chemnitz ahora permite un diagnóstico rápido y preciso. Asegura la determinación confiable del estado de salud (SoH) y la vida útil restante (RUL) de las baterías de iones de litio.
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| Demostrador con un sistema modular, excitación de corriente, procesamiento de señal analógica y placa de evaluación para medir el SoH de la batería de ion litio (Universidad Tecnológica de Chemnitz) . |
Las baterías de iones de litio (Li-ion) se han convertido en el sistema de almacenamiento de energía de elección en una variedad de aplicaciones tanto como batería de arranque en automóviles convencionales, pero también, y sobre todo, en vehículos eléctricos, en aplicaciones médicas, herramientas profesionales, robots móviles y UPS. En todos estos casos, el estado de salud de la batería tiene un efecto directo en la capacidad del sistema en general.
Ahora bien como se hace para determinar el estado de salud de una batería?
La determinación del SoH es esencial para evaluar la duración de la batería. Dependiendo de su aplicación real, se alcanza el final de la vida útil de la batería con un SoH de aproximadamente el 70%. La batería intercambia frecuentemente su "primera vida" por una "segunda vida" en donde se usa en una aplicación que exige menos capacidad. Por ejemplo, las baterías de automóviles eléctricos se utilizan como sistemas de almacenamiento de energía estacionarios para unidades fotovoltaicas durante su segunda vida. La capacidad máxima restante de la batería en la aplicación respectiva se conoce como la vida útil restante (RUL).
Dado que no es posible medir directamente la capacidad restante para determinar el SoH y la RUL, actualmente se utilizan procedimientos relativamente complejos y a menudo inexactos: antes de instalar la batería, se recopila una gran variedad de datos en el laboratorio para caracterizar la batería respectiva tipo. Los cálculos algorítmicos se utilizan para crear una tabla de búsqueda o un modelo empírico que describe la batería en puntos de trabajo definidos y en diversas aplicaciones. Los datos se guardan en el sistema de administración de la batería y el final de la vida útil de la batería simplemente se predice en comparación con los datos almacenados. El estado real de la batería en funcionamiento ya no se mide. Huelga decir que los datos base para el sistema de gestión de la batería siguen siendo muy inexactos.
Como dijimos la cátedra de tecnología de medición y sensores de la Universidad Tecnológica de Chemnitz en Alemania ha desarrollado un procedimiento que permite el diagnóstico preciso de una batería completamente operativa en solo unos minutos. Además, proporciona información confiable en línea sobre el SoH y RUL de la batería.
La conclusiones son las siguientes:
La menor degradación se produce cuando se realizan ciclos entre el 65% y el 75% de carga. Sin embargo, este escenario no es realista en el día a día de uso de un coche eléctrico...el escenario más razonable es mantener la carga entre el 25% y el 75%.
Por lo tanto, para alargar la vida útil de la batería lo recomendable es evitar descargas profundas (0%) o cargas totales (100%) en la medida de lo posible. En cualquier caso, hay marcas que recomiendan de vez en cuando hacer una carga completa al 100% con el objetivo de equilibrar las celdas (que se carguen todas hasta el mismo porcentaje). Es habitual que esta carga total se haga la noche previa a un viaje de larga distancia, por ejemplo.
Como vemos seguramente los automovilistas en algunos años vivirán obsesionados no solo por la autonomía y no quedarse tirados sino por que no se baje mucho el nivel de carga y por la cantidad de ciclos que lleva hechos a sus baterías....en fin pobre gente parece que vivirá en un infierno....
Por último medir "la salud" real de la batería es un tema de investigación y desarrollo.
