¿Cómo son y cómo funcionan las baterías de los coches eléctricos?
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En lo que se refiere a los coches eléctricos, sus baterías son de los elementos más imprescindibles de todo el automóvil, por no decir el que más. Almacenando la energía que moverá a nuestro vehículo, es el que hace la diferencia entre uno de combustión interna y otro que no lo es. Su función, similar a la de un dispositivo corriente de uso diario, tiene al litio, silicio o cobalto como sus componentes. Pero, ¿cómo funcionan las baterías de los coches eléctricos?
El paso a las baterías en los coches eléctricos
Los vehículos eléctricos se denominan de esa manera gracias a que funcionan con electricidad en lugar de combustible. Ahora ya nos decimos «llenar el tanque» sino «cargar la batería». Para conocer cómo funcionan las baterías de estos nuevos coches eléctricos, es importante saber que son acumuladores de energía eléctrica. Éstas, transforman en energía química la electricidad aportada en una carga para liberarla más tarde, de nuevo como electricidad.
Está compuesta por una combinación de celdas que crean una capacidad de voltaje y corriente específica, que será lo que posteriormente ponga en movimiento a los coches eléctricos. La batería es un componente clave en un coche eléctrico, ya que determina la autonomía, la entrega de energía al motor y afecta mucho al peso y al diseño del vehículo. Forman parte de un sistema que además de las propias celdas, incluye su contenedor, refrigeración, cableado y gestión electrónica.
Es por esto que, con una respuesta cada vez mejor, han ido mejorado mucho en los últimos años, donde se han facilitado las condiciones para que circular con coches eléctricos sea mucho más fácil y cómodo. Además, con la posibilidad de instalar un cargador de coches eléctrico en tu garaje o en el parking de tu empresa, muchos están descubriendo que el vehículo eléctrico es la forma más económica y menos contaminante de circular por carretera frente a los coches de combustión.
Las baterías en el sistema de propulsión
Por norma general, estas baterías en los coches eléctricos funcionan en base a la tecnología de iones de litio. Sus atributos se centran en estructura de celdas que son similares entre todos los acumuladores, bien para móviles o para este tipo de vehículos. Para la reacción se requiere un metal reactivo como el litio. El mayor factor de coste de las mismas es lo que tiene que ver con el cátodo, que será lo que se denomina comúnmente como el polo positivo de la batería. Se compone de una mezcla de níquel, manganeso y cobalto. El ánodo está hecho de polvo de grafito, litio, electrolitos y un separador.
A grandes rasgos, ésta forma parte del sistema de propulsión de coche eléctrico, el cual se compone de una toma de corriente, de un cargador embarcado, del convertidor de corriente, de una transmisión (casi siempre de una sola marcha), una unidad de control del motor y, finalmente, de uno o varios motores eléctricos. Centrándonos en ella, la energía que almacena servirá exclusivamente para mover el vehículo. Los coches eléctricos poseen una batería tradicional de 12 V, como los coches térmicos, para alimentar los sistemas auxiliares, como la climatización, la iluminación…
La estructura de las celdas producirá la energía
La mencionada estructura de celdas, por su parte, es la que dará esa vida con la que funcionará nuestro coche. Esto es porque, en su conjunto, se asocian para producir esa energía final. Esta puede ser en serie o en paralelo, dando como resultado la obtención de una mayor intensidad.
A continuación, esa energía e intensidad será la que posteriormente hará que nuestro coche tenga un mayor o menor kilometraje, aspecto del que todavía resalta como uno de los problemas más comunes que se encuentran en este tipo de coches eléctricos que funcionan a base de baterías, ello debido a una escasa autonomía. Este kilometraje, por su parte, se obtiene de una carga completa que varía dependiendo del fabricante.
Esto es que si un vehículo con un alcance de 160 kilómetros recorriendo 80 kilómetros cada día tendría una llamada «descarga profunda» de la batería, consumiendo el 50% a diario, un número difícil de compensar en la mayoría de las estaciones de carga doméstica. Para conducir la misma distancia, un vehículo con un mayor rango de carga completa sería ideal porque tendría una “descarga poco profunda”. Las descargas menos profundas reducen la degradación general de la batería eléctrica y ayudan a que dure más tiempo.
Principales características
Cuantas más prestaciones tenga una batería mayor será su coste y, por tanto, también hará que el precio del vehículo sea siendo más alto. Para conocer dichas prestaciones debemos conocer las características de la batería. Así, los grandes desafíos de los fabricantes está el desarrollo de baterías de pequeño tamaño, gran potencia y capacidad de almacenamiento y con una enorme facilidad para su reciclaje una vez se acabe la vida útil de las mismas.
- Eficiencia. Medida en kilovatio hora (kWh), es lo que nos indicaría en un coche común la capacidad del depósito de combustible. En nuestro caso, la cantidad de energía que puede almacenar el contenedor. Aunque no es exacto del todo, podemos decir que un Kw corresponde a un litro de gasolina.
- Potencia. Esta, medida a través de kilovatio hora, es el equivalente a 1000 vatios. En el caso de un coche eléctrico, es la que nos va a indicar el caudal con el que pasa la energía a través de un cable.
- Densidad de la energía. En este caso, ésta será la que determine e identifique la energía que almacena y suministra la energía en kilovatios por hora. Cuanto mayor sea la densidad, mayor será la autonomía.
- Ciclo de vida. Son los ciclos de carga y descarga que soporta la batería en su vida útil. Cuantos más ciclos, más durabilidad tendremos.
Tipos de batería existentes
La tecnología ha variado mucho en los últimos años, tanto para todo lo relacionado con este tipo de coches eléctricos como los convencionales de combustión interna. Por lo que, si echamos la vista tres o cuatro décadas atrás, veremos que su desarrollo también ha cambiado drásticamente con lo que tenemos hoy. Es por esto que, en la actualidad, hallaremos dos tipos de batería:
- Baterías de ion-litio. Son las más utilizadas. Esto no es por otro motivo que porque concentran una alta densidad energética (de más de 250 Wh/kg) en poco espacio y peso. Además, las mismas son las que más mejoras permiten a corto plazo.
- Baterías Ni-Mh. Auqnue no son tan utilizadas, tiene una presencia importante sobre todo en los que son los coches híbridos, los cuales requieren de una tecnología aún más completa. Utilizan un ánodo de oxihidróxido de níquel (NiOOH) y un cátodo de una aleación de hidruro metálico. Tienen una densidad de energía de hasta 100 Wh/kg.
Las dos mencionadas son las más habituales y con las que trabajan la mayor parte de los fabricantes. Sin embargo, ya se vislumbra que las baterías de los coches eléctricos del futuro hagan por funcionar en base a las baterías de estado sólido, que son una evolución de las baterías de litio con las que su función básica es la misma. La única diferencia es que electrolito en lugar de estar en estado líquido como en estas se ha solidificado. También se encontrarás opciones como las baterías de de aluminio-aire, que no se podrán recargar, pero multiplicarán por 10 la capacidad de almacenamiento de las actuales de ion-litio.
Cuánta autonomía generan
En lo que se refiere a su autonomía, uno de los principales escollos de las baterías para estos coches eléctricos, la tecnología ha seguido haciendo por aumentar, considerablemente, su durabilidad y vida útil. Esto ha permitido a los distintos fabricantes un aumento de la misma, así como la velocidad de carga.
Algunas de las promesas más atractivas se mueven entre los 400 y 600 kilómetros, pero lo cierto es que su coste se eleva bastante. La media de los últimos años, de tipo medio y de precio más o menos asequible, cuenta con una autonomía de unos 240 kilómetros, que acaba siendo menos, dependiendo de la forma y el estilo de conducción.
Entre los coches que tienen mejores números al respecto se encuentran los de Tesla, en particular los Tesla Model S, que cuenta con una autonomía de gran capacidad: 610 km y que cuenta con velocidad máxima de unos 260 kmh; y el Model 3, disponiendo de hasta 560 km. Les siguen los Kia-e Niro (455 km), los Porsche Taycan (407 km) y el Audi e-tron (436 km).
Dónde se ubican
El tamaño de las mismas baterías puede variar a la hora de los fabricantes que harán funcionar cada vehículo eléctrico, esto dependiendo de sus características. A menudo las baterías se ubican en las zonas situadas debajo del habitáculo y dependiendo del modelo tienen diferentes formas, ya sea en forma rectangular o en forma de «T» cuando se mira desde arriba.
Un caso concreto es el que se observa de cerca con el nuevo Honda-e, uno de los coches eléctricos más funcionales y sobresalientes del mercado. Eso sí, como les ocurre en gran parte al resto de marcas, su autonomía sigue siendo bastante limitada (apenas 220 kilómetros). Aquí, la batería se sitúa debajo de la mitad del suelo del vehículo e impulsa un motor eléctrico que se encuentra ubicado bajo la base del maletero.
