- El nuevo diseño de batería para vehículos eléctricos puede prolongar la vida útil más de un 20 %.
- La arquitectura permite que la corriente evite las celdas envejecidas, mejorando el rendimiento de la batería.
- El estudio muestra que la prolongación de la vida útil puede compensar los costes adicionales, según simulaciones por ordenador.
- La tecnología aún no se ha implementado en producción a gran escala y requiere más pruebas.
Investigadores suecos afirman que un nuevo diseño de batería para vehículos eléctricos puede prolongar la vida útil de la batería al permitir que la corriente evite las celdas envejecidas, con una mejora prevista de más del 20 %. La arquitectura utiliza interruptores electrónicos y un sistema de control para modificar la forma en que se conectan las celdas durante el funcionamiento. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han descubierto que este método puede mejorar significativamente la vida útil de la batería en vehículos de alto voltaje, incluidos camiones eléctricos y turismos de larga distancia. En un ejemplo de simulación que involucra una batería de 80 kilovatios-hora, el sistema retrasó el momento de sustitución de la batería en aproximadamente 14 meses.
Los investigadores también descubrieron que la vida útil prolongada y el mayor valor residual pueden compensar los costes adicionales de los componentes electrónicos. Estos hallazgos se basan en simulaciones por ordenador, no en pruebas a largo plazo en vehículos de producción. Los investigadores señalan que la mayor mejora de la vida útil representa un límite teórico superior en condiciones óptimas.
Principio de funcionamiento de la nueva arquitectura
Las baterías tradicionales de vehículos eléctricos contienen numerosas celdas interconectadas cuya capacidad disminuye gradualmente con el tiempo. Dado que las celdas se degradan a ritmos diferentes, una celda dañada puede limitar la capacidad utilizable de todo el paquete. La arquitectura propuesta resuelve esta limitación permitiendo que los interruptores desconecten las celdas más débiles mientras mantienen operativas las sanas. El sistema de gestión de la batería ya no depende de conexiones eléctricas fijas, sino que puede ajustar sus conexiones según cambie el estado de las celdas. «En nuestro estudio, esta solución permite que la batería evite las celdas problemáticas y siga funcionando».
Lo afirma Albert Skogström, primer autor del estudio y doctorando en Chalmers.
Los investigadores utilizaron modelos de batería validados experimentalmente y simulaciones a gran escala para examinar diferentes químicas de celdas, configuraciones de paquetes, condiciones de funcionamiento y patrones de envejecimiento. Cada escenario incluía 1.000 simulaciones de Monte Carlo para tener en cuenta la variabilidad entre celdas. Su análisis también consideró 20 modelos representativos de vehículos eléctricos de 15 fabricantes. La posible mejora de la vida útil suele aumentar con el voltaje de la batería, lo que hace que el método sea especialmente prometedor para vehículos con muchas celdas en serie. Sin embargo, el máximo beneficio requiere el control individual de cada celda.
Los diseños comerciales probablemente controlarán grupos de celdas para reducir la complejidad y el coste del hardware.
Análisis de la viabilidad económica
Los investigadores también examinaron si los componentes electrónicos adicionales resultan económicamente viables. En un escenario, simularon una batería de 80 kilovatios-hora que recorre 7.456 millas al año. Una batería convencional alcanza su punto de sustitución asumido a los 10 años, mientras que el diseño reconfigurable prolonga ese plazo en unos 14 meses. El análisis determinó condiciones económicas favorables para paquetes con una capacidad superior a unos 50 kilovatios-hora, un kilometraje anual inferior a 7.550 millas y un coste adicional inicial inferior al 7,16 %. La tecnología también puede reducir la necesidad de emparejar con precisión las celdas durante la fabricación, ya que el paquete se adapta mejor a las diferencias de rendimiento entre celdas.
Los investigadores indican que el método podría permitir que más baterías de vehículos eléctricos dadas de baja se reutilicen para almacenamiento estático.
La tecnología se ha sometido a investigación y pruebas de prototipos industriales, pero aún no se ha lanzado en vehículos de producción en serie. Todavía se necesitan pruebas a largo plazo en vehículos para determinar si la vida útil y la rentabilidad simuladas pueden alcanzarse en la práctica. Este estudio se realizó en colaboración con socios industriales como Scania y PHINIA, y se publicó en Nature Communications.
El impacto de esta tecnología en el mercado de vehículos eléctricos
El potencial del nuevo diseño de batería para vehículos eléctricos no reside solo en prolongar la vida útil de la batería, sino también en mejorar el rendimiento general, lo que resulta crucial para el desarrollo del mercado de vehículos eléctricos. A medida que aumenta la demanda de vehículos eléctricos, mejorar la vida útil y el rendimiento de las baterías puede reducir la frecuencia de sustitución y bajar los costes para los usuarios. El estudio muestra que este diseño puede abordar eficazmente el problema de la degradación de las baterías tradicionales y podría fomentar la reutilización de baterías fuera de uso, con un impacto positivo en la protección medioambiental y el reciclaje de recursos. No obstante, la tecnología aún requiere más pruebas para garantizar su viabilidad y rentabilidad en aplicaciones reales.