El «bypass» de celdas prolonga la vida útil de las baterías de los vehículos eléctricos
Los paquetes de baterías de los vehículos eléctricos están compuestos por múltiples celdas interconectadas que experimentan un envejecimiento desigual. En consecuencia, en las arquitecturas convencionales, una celda con una resistencia particularmente baja puede limitar la capacidad y la vida útil del conjunto del paquete.
En este contexto, se presenta un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers. En el presente estudio se aborda el análisis de las denominadas baterías reconfigurables, en las que se emplean interruptores y sistemas de control para permitir la modificación del cableado de las celdas individuales o de grupos de celdas. De este modo, es posible derivar selectivamente las celdas más débiles, mientras que se sigue aprovechando la capacidad restante.
En el caso más avanzado, en el que cada célula puede controlarse de forma individual, las simulaciones muestran que la vida útil de determinados vehículos de alta tensión puede prolongarse en más de un 20%. Según el estudio, este potencial resulta especialmente significativo en el caso de los camiones eléctricos y los coches eléctricos de largo alcance con numerosas células conectadas en serie.
Los paquetes de baterías reconfigurables tienen como objetivo evitar las celdas con bajo rendimiento
Para ilustrar la magnitud del efecto, los investigadores se sirven de un ejemplo que consiste en una batería de 80 kWh y un kilometraje anual de 12.000 km. En el caso de que un paquete de baterías convencional sea sustituido al cabo de diez años, el paquete reconfigurable alcanzaría el mismo estado de envejecimiento en el modelo al cabo de unos once años, es decir, unos catorce meses más tarde.
Además, el valor residual es mayor debido a que el paquete ha experimentado un envejecimiento más lento. Si bien la tecnología requiere componentes electrónicos adicionales, lo que implica costes iniciales más elevados, el estudio sugiere que la mayor vida útil y el mayor valor residual pueden compensar dichos costes en condiciones reales.
Actualmente, esta tecnología aún no se encuentra disponible en los vehículos de serie. No obstante, es importante destacar que este sistema ha sido rigurosamente evaluado en prototipos de investigación e industriales, lo que demuestra su fiabilidad y eficacia. En la práctica, es más probable que se utilicen grupos de celdas en lugar de controlar cada celda de forma individual. Por lo tanto, el aumento de la vida útil de más del 20 % representa un límite máximo teórico.
Además de prolongar la vida útil, los investigadores también identifican ventajas en la producción. En la actualidad, es imperativo que las células con propiedades más similares sean sometidas a rigurosas pruebas de compatibilidad y emparejadas adecuadamente. Los paquetes reconfigurables tienen el potencial de tolerar mayores variaciones entre las células, lo que se traduce en una reducción del esfuerzo requerido para el proceso de «emparejamiento de células».
Esta arquitectura podría ofrecer ventajas para aplicaciones de segunda vida. Los paquetes de baterías tienen el potencial de prolongar su vida útil en los vehículos, permitiendo posteriormente su reutilización como sistemas de almacenamiento estacionarios. Esta posibilidad se ve facilitada por la capacidad de las celdas individuales más débiles de operar de manera independiente, lo que reduce la necesidad de desechar el paquete completo.
Chalmers se encuentra actualmente investigando diversos métodos para prolongar la vida útil de las baterías. En mayo, un equipo de la universidad presentó una estrategia de carga rápida basada en la inteligencia artificial que adapta el proceso de carga al estado de la batería. Según las simulaciones, esta estrategia debería prolongar su vida útil en torno a un 23%. Por su parte, la arquitectura de batería reconfigurable objeto del nuevo estudio funciona directamente dentro del paquete de baterías y está diseñada para desviar selectivamente las celdas más débiles.
El estudio, titulado «Evaluación a nivel de sistema de la reconfiguración dinámica en relación con la vida útil y los costes de los paquetes de baterías de los vehículos eléctricos», ha sido publicado en la reputada revista Nature Communications. En el proyecto mencionado participaron distinguidos investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, así como representantes de las prestigiosas empresas PHINIA y Scania.
Escrito por José Miguel Fernández Gómez.
