Las baterías de litio están por todos lados. Las llevan los dispositivos electrónicos de consumo, como teléfonos móviles, tabletas y ordenadores portátiles. Las llevan herramientas como taladros, lijadoras o tijeras de poda eléctricas. Y, por supuesto, están presentes en los coches eléctricos. Una creencia relativamente común es que las baterías de los coches eléctricos durarán lo mismo que la de un teléfono móvil, pero nada más lejos de la realidad: las baterías de un coche eléctrica funcionan de manera muy diferente con el objetivo de durar más.
Estamos relativamente acostumbrados a que la batería del móvil dure dos o tres años en buenas condiciones. Si eres muy cuidadoso, quizá dure algo más, pero aún así habrá perdido una buena parte de su capacidad original. No es ningún secreto que las baterías de ion-litio, por su propia naturaleza, pierden capacidad energética con el paso del tiempo. Esto es, conforme se descargan y vuelven a cargar y van sumando ciclos de carga.
Uno de las desinformaciones más extendidas con el coche eléctrico tiene que ver con la vida útil de las baterías. Para alimentar esta desinformación, hay quien las compara con las baterías de un teléfono móvil. Pero las baterías de un coche eléctrico están hechas para durar mucho más. Es evidente que un producto de muchos miles de euros, como es un coche eléctrico, no se puede diseñar pensando en una vida útil de dos años. La gente jamás asumiría ese gasto. Sin embargo, la electrónica de consumo es diferente.
Para que las baterías duren más, llevan una serie de elementos y sistemas que las diferencian muy notablemente de las que llevas en tu bolsillo. Uno de los más importantes es el BMS, o Sistema de Gestión de la Batería, pero no es el único. Vamos a verlos con más detalle.
Gestión térmica más avanzada
En un móvil o una tableta, la gestión térmica es muy básica. Normalmente dependen de disipación pasiva del calor, por eso se calientan fácilmente durante la carga o con un uso intensivo del dispositivo. Las altas temperaturas aumentan la degradación.
Los coches eléctricos incorporan sofisticados sistemas de gestión térmica mediante aire forzado o refrigeración por líquido. La mayoría de las baterías modernas recurren a la refrigeración líquida. Esto permite mantener la batería en un rango de temperatura óptimo, generalmente entre 20 °C y 40 °C. Esto evita el sobrecalentamiento durante la carga rápida o el uso intensivo, y también protege contra temperaturas extremadamente bajas.
Profundidad de descarga controlada
En móviles y portátiles, las baterías suelen operar cerca de sus límites de carga y descarga teóricos para maximizar el tiempo de uso por carga. Son baterías pequeñas, así que se aprovechan al máximo posible, lo que provoca una degradación más rápida.
Sin embargo, la batería de un coche eléctrico tiene una reserva de energía tanto por arriba como por abajo, lo que suele denominarse buffer. Es decir, los fabricantes limitan la cantidad de energía utilizable de la batería para evitar que las celdas se descarguen o se carguen completamente, lo que reduce el estrés químico de la batería.
Por eso solemos hablar de capacidad bruta o instalada y capacidad neta o utilizable. Por un ejemplo, un Peugeot E-308 tiene una batería de 54 kWh, pero solamente se pueden utilizar 51 kWh. Se reserva el 5,6%. La batería del Mercedes EQS tiene 120 kWh instalados, de los cuales utiliza 108,4 kWh. El modelo alemán reserva el 9,7%.
Esto significa que, aunque la cargues hasta el 100%, no está cargada realmente al máximo gracias a una limitación de software. Lo mismo ocurre con la descarga. De esta manera, la batería nunca se carga ni se apura completamente, aunque el indicador del coche muestre en la pantalla 100% o 0%. Aun así, muchos fabricantes recomiendan mantener el estado de carga entre el 20 y el 80 por ciento.
Ciclos de carga menos intensivos
Relacionado con lo anterior, otro factor (en este caso más propio del tipo de uso que del diseño en sí) tiene que ver con el número de ciclos de carga. Normalmente, la batería de un coche eléctrico no se apura todos los días. Habrá casos excepcionales en que el usuario haga muchos kilómetros diariamente, pero generalmente se utiliza un porcentaje bajo de la batería cada día. Esto reduce el número de ciclos de carga completos realizados a lo largo del año (y por tanto, de toda su vida útil).
Por contra, es raro que no carguemos el móvil diariamente. Ya sea por un uso muy intensivo o por una autonomía algo pobre, estamos todos los días enchufados (en varios sentidos) al teléfono móvil. Esto implica más ciclos de carga en un periodo de tiempo más corto. Además, muchas veces los móviles se cargan incluso mientras se usan, generando calor adicional. Y como hemos visto antes, más calor supone una degradación más rápida.
Los coches hacen mayor énfasis en la durabilidad con celdas más resistentes
¿Qué es mejor? ¿Tener más autonomía o tener una batería que dure más? Lo ideal sería tener ambas, pero hay que buscar un equilibrio... O adaptarse a las necesidades de cada producto. En un dispositivo pequeño como un teléfono móvil o un ordenador portátil, las celdas de las baterías están diseñadas para ser compactas, ligeras y con la mayor autonomía posible, priorizando la densidad energética sobre la durabilidad, pues se prevé que estos dispositivos tengan por regla general un ciclo de vida de apenas 3-4 años.
Por su parte, los coches eléctricos utilizan celdas con una química más estable y resistente al envejecimiento químico con el objetivo de durar más. Cada vez más fabricantes optan por las baterías de litio-ferrofosfato (LFP), que tienen una durabilidad significativamente mayor, soportando 5.000 ciclos de carga e incluso más con una pérdida mínima de capacidad. Las baterías LFP tienen menor densidad energética, lo que las hace inviables para dispositivos pequeños.
Mientras que la batería de un móvil puede caer por debajo del 80 por ciento de su capacidad original en apenas un par de años si se usa intensivamente, los fabricantes de coches suelen dar garantías que cubren el 70-80% de la capacidad original durante 8-10 años o 150.000-300.000 km, dependiendo del fabricante.
BMS, el cerebro que se encarga de vigilar todo sobre la batería
Hay un componente en los coches eléctricos, y que los teléfonos móviles no tienen, que se encarga de controlar la temperatura en la batería, de supervisar las cargas y las descargas, de controlar el voltaje y la corriente en cada celda... Es el BMS, siglas de Battery Management System, o Sistema de Gestión de la Batería. Es lo que marca la diferencia y el sistema encargado de controlar muchas de las cosas que hemos mencionado en párrafos anteriores.
El BMS es uno de los componentes más importantes de un coche eléctrico. Se encarga de supervisar, analizar y proteger la batería del vehículo para garantizar su funcionamiento de la manera más eficiente y segura. Además de mejorar la seguridad, es vital para aumentar la vida útil de la batería.
El BMS es un sistema electrónico que controla continuamente parámetros como el voltaje, la corriente, la temperatura y el estado de carga mediante múltiples sensores y una unidad de control. Esta se encarga de analizar los datos recopilados por los sensores, tomar decisiones y enviar señales a otros sistemas del coche, como el inversor o la pantalla del conductor.
Dado que las celdas no siempre descargan o cargan de manera uniforme, el BMS también se encarga de nivelar su estado de carga. El BMS tiene un sistema de balanceo de celdas, que sirve para que todas las celdas trabajen por igual y no se castiguen excesivamente unas pocas, prolongando su vida útil. Mediante el balanceo pasivo, las celdas con mayor carga disipan el exceso de energía en forma de calor para igualarlas con las demás. El balanceo activo transfiere energía eléctrica de las celdas con mayor carga a las que tienen menor carga, maximizando la eficiencia.
El BMS también controla la cantidad de energía que entra a las celdas durante la carga, optimizando la carga rápida sin que se llegue a sobrecargas. En caso de sobrevoltaje, sobrecalentamiento o cortocircuito, el BMS puede cortar la energía, reducir la potencia del vehículo o desconectar la batería del sistema de carga.
