En las últimas dos décadas, la tecnología de las baterías de iones de litio se ha abierto camino hasta el primer puesto del mercado automotriz. Estas baterías permiten a los fabricantes de automóviles redefinir el transporte de consumo y comercial al reducir o eliminar la necesidad de combustibles fósiles en los motores de combustión interna (ICE). Pero la tecnología de las baterías de los vehículos eléctricos (EV) continuamente aumenta los límites de la capacidad de las baterías de iones de litio para proporcionar una amplia potencia, longevidad y seguridad.
Destacaremos algunas de las actuales tecnologías de baterías de EV en el mercado actual y analizaremos los diferentes tamaños de celdas de las baterías que funcionan en distintos sistemas de este tipo de vehículos.
Tipos de vehículos eléctricos
Fabricantes de vehículos eléctricos populares como Tesla, Honda, BMW, Ford y Porsche crean diversos e innovadores automóviles eléctricos que utilizan tecnología de baterías de iones de litio. Los vehículos eléctricos totalmente alimentados por baterías (BEV) dependen exclusivamente de la energía eléctrica para su conducción, mientras que los vehículos eléctricos híbridos con enchufe (PHEV) y los vehículos eléctricos totalmente híbridos (FHEV) trabajan en conjunto con los motores de combustión interna para generar y proporcionar energía. Todos estos tipos de vehículos requieren distintos niveles de complejidad y tamaño de baterías.
1. Vehículos eléctricos totalmente alimentados por baterías (BEV)
Tesla, actualmente el mayor fabricante mundial de vehículos eléctricos, crea vehículos con sistemas de baterías de hasta 110 kWh. Estos vehículos pueden almacenar suficiente energía para alimentar una bombilla estándar de 60 W durante más de 76 días y alimentar el modelo S de Tesla para 400 millas. Su más reciente pack de baterías probablemente contendrá varios miles de las propias celdas de iones de litio 2170 de Tesla.
Las celdas de iones de litio 2170 de Tesla son de un 10 % a un 15 % más eficientes con respecto a la energíaque las celdas Panasonic 18650 que funcionan en modelos anteriores. La solución de batería de 100 kWh de Tesla, creada en torno a la celda 18650, contiene 8256 celdas (12 Ah/celda), distribuidas de manera uniforme en 16 módulos de batería. Esta celda puede pilotar el Modelo S a más de 300 millas.
El nuevo Porsche Taycan, la respuesta de Porsche al EV de alto rendimiento de Tesla, el Modelo S Performance, contiene una batería de 93,4 kWh que produce 800 V, en lugar de los 400 V estándar que se encuentran en la mayoría de los otros vehículos eléctricos. La batería de los Taycan consiste en 33 módulos de batería con 12 celdas cada uno, totalizando 396 celdas de iones de litio capaces de almacenar la gran cantidad de 235,8 Wh/celda. Como la velocidad de carga de la batería está limitada por la corriente, la mayor tensión que producen estas celdas se traduce en pesos más ligeros del sistema de la batería y una carga más rápida. Sin embargo, este sistema de baterías de alta potencia presenta desafíos de diseño únicos y requiere una conversión de energía más avanzada y una protección de corriente para el funcionamiento de los subsistemas en todo el vehículo.
2. Con enchufe y totalmente híbridos
El PHEV más popular de Toyota, el Prius Prime, cuenta con un pack de baterías de 8,8 kWh, que permite que el vehículo alcance cerca de 55 MPG en la ciudad. Los conductores pueden cargar la batería de 8,8 kWh en casa o en movimiento, y debido a que el Prius Prime consume más electricidad que gasolina, ahorra dinero en la bomba. El Prius Prime funciona con cinco pilas de baterías, cada una de las cuales contiene 19 celdas de LI (95 celdas) que se combinan para una capacidad total de 8,8 kWh. En comparación, el Prius estándar, el FHEV más popular del mundo, contiene una batería mucho más pequeña, con solo dos pilas de 28 celdas cada una (total de 56 celdas), lo que le da una capacidad final de 0,745 kWh. Cabe destacar que las densidades de energía del PHEV y el FHEV son de 92,6 Wh/celda y 13,3 Wh/celda, respectivamente. La batería más grande y con mayor densidad de energía es ideal para alimentar una mayor carga de trabajo en todo el vehículo, lo que hace que el Prius Prime dependa más de la energía eléctrica que el Prius estándar. Muchos otros fabricantes ofrecen múltiples modelos con diferentes sistemas de capacidad de baterías y utilización de la misma.
Administración de la batería de vehículos eléctricos: velocidad, seguridad y más
Los diferentes vehículos eléctricos exigen distintas capacidades de batería, pero estas baterías difieren en mucho más que en la capacidad. Cuando se diseñan sistemas de baterías de vehículos eléctricos, los ingenieros también consideran la velocidad de carga, la capacidad del ciclo de carga, la degradación, la química y, por supuesto, la seguridad. Los umbrales de densidad de energía y potencia se lograron en la mayoría de las aplicaciones de vehículos eléctricos, pero los fabricantes de automóviles ajustan de manera constante los tamaños de los módulos y las celdas para obtener niveles de rendimiento óptimos.
Independientemente del tamaño de la celda de la batería de iones de litio y de los módulos, los sistemas de baterías de alta tensión que alimentan a los vehículos eléctricos requieren sistemas de gestión de baterías (BMS) meticulosamente diseñados para garantizar la máxima potencia y seguridad. La tecnología de los BMS y los fabricantes de componentes clave como Silicon Labs y Pulse Electronics son fundamentales para el avance de las tecnologías de las baterías de vehículos electrónicos y la producción de módulos y celdas de iones de litio en toda la industria de EV.