Rutas de corriente flexibles
Dennis Lenz
(Imagen simbólica) Las baterías de los automóviles eléctricos se componen de muchas celdas que pueden envejecer a diferentes ritmos. Por lo tanto, las células débiles individuales pueden limitar el uso de toda la red. Una interconexión variable podría hacer un mejor uso de las reservas existentes. Hasta ahora, el modelo ha examinado el posible aumento de la esperanza de vida.
(Foto: © Investigación y conocimiento, imagen de IA)
Las baterías de los coches eléctricos pueden fallar debido a celdas individuales débiles, incluso si otras celdas todavía tienen reservas utilizables. Por ello, un grupo de investigación sueco está estudiando una arquitectura que elimine eléctricamente estos cuellos de botella. En el modelo ideal, la vida útil se prolonga en más del 20% en condiciones favorables. En primer lugar, los sistemas prácticos deben demostrar si esta ventaja se puede lograr de forma económica en vehículos de serie.
El tiempo que las baterías de los coches eléctricos siguen siendo utilizables no depende sólo de la química de sus celdas. La conexión también determina la cantidad de reservas disponibles que realmente llegan al accionamiento. Los investigadores dirigidos por Albert Škegro y Changfu Zou de la Universidad Tecnológica de Chalmers investigaron qué ventajas podría tener una conexión cambiante entre las células. En el trabajo también participaron investigadores de PHINIA y Scania.
Las celdas de batería débiles limitan toda la red
Una conexión en serie conecta muchas celdas de batería para formar un sistema de mayor voltaje. La misma corriente fluye a través de celdas conectadas en serie. Si una celda particularmente débil alcanza el límite de voltaje superior durante la carga, el sistema debe limitar el proceso de carga, incluso si otras celdas aún pudieran absorber energía. Durante la descarga, la baja capacidad o la alta resistencia interna también pueden convertirse en un cuello de botella. La gestión de baterías protege las celdas individuales, pero no puede simplemente revertir sus diferentes envejecimientos.
Un estudio independiente en Nature Energy muestra que estas diferencias son relevantes en la vida cotidiana. Se evaluaron los datos de funcionamiento de 116 coches eléctricos con baterías NMC y también de 17 autobuses eléctricos con baterías LFP. NMC se refiere a una combinación de níquel, manganeso y cobalto, LFP significa fosfato de hierro y litio. El equipo estimó las capacidades y resistencias de las celdas a partir de los datos de medición y tuvo en cuenta diferentes condiciones de funcionamiento. La evaluación respalda la importancia del envejecimiento celular desigual, pero no es una prueba práctica con la tecnología de derivación propuesta.
Las baterías de los coches eléctricos podrían evitar las células débiles
El método investigado integra interruptores controlables con los que las células individuales pueden eliminarse temporalmente del camino de la corriente activa. Luego, la corriente continúa fluyendo a través de un bypass. Esto significa que una célula particularmente antigua no tiene que determinar constantemente cómo funciona toda la red. Las células restantes podrán aprovechar mejor las posibilidades que aún tienen a su disposición. El estudio del modelo de reconfiguración dinámica, publicado en la revista Nature Communications, considera diferentes químicas celulares y condiciones operativas.
Los cálculos combinan modelos celulares probados experimentalmente con muchos procesos de envejecimiento posibles. En total, el equipo examinó 240 escenarios y 1.000 ejecuciones aleatorias cada uno. En el análisis se incluyeron diferencias en producción, distribución de temperatura, uso y voltaje del sistema. Estas cifras se refieren a simulaciones por computadora, no a una flota similar de vehículos con baterías convertidas. Existe un límite superior teórico de beneficio para el control ideal de células individuales. Un circuito más conveniente que trate grupos enteros de células juntas puede quedarse corto.
Un bypass no rejuvenece la química celular
Las baterías de iones de litio almacenan energía mediante procesos electroquímicos. Durante la descarga, los iones dentro de la celda se mueven entre los electrodos, mientras que los electrones fluyen a través del circuito externo y trabajan allí. Durante la carga, el proceso se invierte. El Departamento de Energía de EE. UU. explica por qué estos procesos no se repiten durante muchos ciclos sin ninguna pérdida: los materiales y las estructuras cambian, lo que puede hacer que el rendimiento disminuya con el tiempo.
Una conexión diferente no elimina estos cambios. Una celda envejecida no recibe nuevos electrodos ni recupera automáticamente su capacidad original mediante desviación eléctrica. El enfoque va al nivel superior, es decir, a la interacción de muchas células. Como resultado, una mayor duración de la batería no significa que cada celda individual envejezca más lentamente. Esto no se traduce automáticamente en una mayor autonomía en cada viaje. Lo que importa es durante cuánto tiempo el composite cumple los requisitos de su aplicación.
Más electrónica debe justificar el esfuerzo
La importancia práctica se puede ver usando un ejemplo del análisis de Chalmers. Para un vehículo con una capacidad de batería de 80 kilovatios hora y 12.000 kilómetros de kilometraje anual, el reemplazo de la batería modelada se pospuso aproximadamente 14 meses. Se trata de un cálculo concreto basado en determinadas suposiciones, no una predicción para todos los coches eléctricos. Un cambio adicional también conlleva costes. La utilidad de la tecnología depende de la vida útil real, el uso y el precio del hardware adicional.
Un proyecto industrial independiente demuestra que ya se están probando en la práctica sistemas de baterías reemplazables. Stellantis y Saft presentaron un prototipo del Peugeot E-3008 con el sistema IBIS para pruebas en carretera. Las funciones de carga e inversor están integradas en la batería. La empresa también describe la posibilidad de reemplazar módulos débiles o evitar módulos defectuosos. Sin embargo, la información del fabricante se refiere a un sistema general diferente y no proporciona evidencia de la ganancia de vida calculada por Chalmers.
El paso decisivo va del modelo al vehículo
Los hallazgos llaman la atención sobre un tornillo de ajuste que a menudo se pasa por alto: una batería no sólo se puede mejorar utilizando otros materiales, sino también haciendo que las celdas existentes funcionen juntas de manera más apropiada. Para una evaluación en la vida cotidiana, serían decisivos el rendimiento utilizable permanentemente, la fiabilidad de los interruptores y los costes totales del vehículo. Hasta el momento, del cálculo del modelo no se puede deducir ninguna recomendación general de compra ni una durabilidad garantizada. Más bien, proporciona un enfoque bien fundamentado para hacer que las reservas de células existentes sean utilizables durante un período de tiempo más largo.
Nature Communications, Evaluación a nivel de sistema de la reconfiguración dinámica para la vida útil y los resultados de costos en paquetes de baterías de vehículos eléctricos; doi:10.1038/s41467-026-74951-8
Nature Energy, Cuantificación del impacto de la inconsistencia entre celdas en la degradación y el uso de las baterías de los vehículos eléctricos; doi:10.1038/s41560-026-02131-5
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