Tipos de baterías de iones de litio utilizadas en vehículos eléctricos

Si está pensando en comprar o reparar un vehículo eléctrico, es posible que haya encontrado algunos términos desconocidos. Uno de ellos probablemente sean los diferentes tipos de baterías de iones de litio que se utilizan en las aplicaciones modernas de vehículos eléctricos. Esto puede resultar bastante confuso a primera vista: ¿en qué se diferencian entre sí? ¿Es un tipo mejor que el otro cuando se trata de alimentar un vehículo eléctrico?

Responderemos todas estas preguntas y más a medida que exploremos las diversas tecnologías de baterías de iones de litio utilizadas por los fabricantes en la actualidad. Explicaremos lo que ofrece cada uno y discutiremos las ventajas y desventajas asociadas con cada modelo, para que pueda tomar decisiones informadas sobre qué opción es mejor para sus necesidades particulares.

¿Qué tienen de especial las baterías de iones de litio?

Las baterías de iones de litio son uno de los tipos más populares de baterías que se utilizan en los diseños de paquetes de baterías para vehículos eléctricos en la actualidad. Probablemente esto se deba a sus inmensas capacidades de alta densidad de energía y peso ligero. Desarrolladas originalmente en la década de 1970, las celdas de iones de litio están compuestas principalmente de grafito, óxido de manganeso, óxido de cobalto y otros metales como el fosfato de hierro.

Además, estas baterías tienen una esperanza de vida de ciclo alto, lo que significa que pueden recargarse cientos o miles de veces sin degradarse significativamente. Por ejemplo, un modelo de vehículo eléctrico común tiene una autonomía de 310 millas con una esperanza de vida de la batería de entre 500 y 800 ciclos de recarga antes de comenzar realmente a degradarse.

Con estos atributos combinados, las baterías de iones de litio ofrecen a los conductores un valor innegable para los vehículos eléctricos, lo que subraya aún más su continua relevancia en la industria automotriz.

Diferentes tipos de arquitecturas celulares utilizadas en vehículos eléctricos

Con el aumento de la popularidad de los vehículos eléctricos, es importante comprender los diferentes tipos de arquitecturas de celdas que se utilizan en ellos. Desde celdas de iones de litio y celdas cilíndricas hasta diseños de bolsas y módulos prismáticos más grandes, existen varios tipos de celdas que componen el paquete de baterías de un vehículo eléctrico, cada una de las cuales ofrece ventajas e inconvenientes de rendimiento para una variedad de aplicaciones.

Además, con el rápido desarrollo de la tecnología, las baterías pueden llegar a ser aún más eficientes en el futuro. Comprender estas arquitecturas de células puede ayudar a guiar las decisiones a la hora de elegir el vehículo eléctrico adecuado en función de factores como el coste, la autonomía, la escalabilidad y la eficiencia.

Células cilíndricas

Las celdas cilíndricas son el tipo de batería más común utilizado en vehículos eléctricos. Están formados por un recipiente metálico con dos electrodos (cátodo y ánodo) que contienen electrolitos de iones de litio. El tamaño de estas celdas se puede personalizar para satisfacer las necesidades específicas de la aplicación, lo que las hace muy versátiles e ideales para aplicaciones de vehículos eléctricos.

Pros y contras de las celdas cilíndricas

Ventajas:

• Versátil: se puede fabricar en varios tamaños para satisfacer necesidades específicas.
• Alta densidad de energía: estas celdas están diseñadas para una alta eficiencia energética, lo que se traduce en un mayor alcance por carga.
• Rentable: las celdas cilíndricas pueden ofrecer ahorros significativos en comparación con otros diseños.

Desventajas:

• Escalabilidad limitada: las celdas cilíndricas pueden no ser ideales para aplicaciones muy grandes.
• Rendimiento a bajas temperaturas: estas baterías tienden a funcionar mal en temperaturas frías y pueden requerir aislamiento adicional para su uso en tales condiciones.
• Funciones de seguridad reducidas: si bien las celdas cilíndricas son generalmente seguras, su diseño no ofrece el mismo nivel de funciones de seguridad que otros diseños.
• Uso menos eficiente del espacio: la forma cilíndrica de las celdas crea espacios cuando se empaquetan varias ventas una al lado de la otra, lo que puede reducir la densidad de energía del paquete de baterías.

Células de bolsa

Las celdas tipo bolsa son una opción cada vez más popular para los vehículos eléctricos debido a su diseño liviano y flexible. Consisten en dos electrodos con una bolsa blanda entre ellos, llena de electrolito y sellada con una película laminada. Esto permite que la celda tenga la forma necesaria, lo que la hace ideal para aplicaciones donde el espacio es limitado, como en los vehículos eléctricos.

Pros y contras de las células de bolsa

Ventajas:

• Liviano: las celdas tipo bolsa son mucho más livianas que otros diseños de celdas, lo que las hace ideales para vehículos eléctricos.
• Diseño flexible: estas celdas se pueden doblar o moldear según sea necesario para caber en espacios reducidos.
• Alta densidad de energía: las celdas de bolsa tienen una alta densidad de energía debido a su perfil delgado y diseño flexible.

Desventajas:

• Más caras: las celdas de bolsa tienden a ser más caras que otros diseños.
• Escalabilidad limitada: las celdas de bolsa pueden no ser ideales para aplicaciones muy grandes debido a su tamaño limitado.

Células prismáticas

Las celdas prismáticas son más grandes y potentes que las cilíndricas o de bolsa, lo que las convierte en una excelente opción para paquetes de baterías de vehículos eléctricos a gran escala. Estas celdas están formadas por una pila de electrodos sellada en una carcasa de aluminio, llena de electrolitos de iones de litio y luego plegada en la forma deseada. Esto permite personalizar la celda para cualquier tipo de limitación de espacio, lo que la convierte en una excelente opción para paquetes de baterías más grandes.

Pros y contras de las células prismáticas

Ventajas:

• Alta densidad de energía: estas celdas ofrecen una mayor densidad de energía que otros diseños.
• Versátil: el diseño de las celdas prismáticas permite personalizar el tamaño y la forma para satisfacer necesidades específicas.
• Escalable: estas celdas se pueden ampliar para satisfacer las demandas de los vehículos eléctricos de gran tamaño.

Desventajas:

• Más caras: las celdas prismáticas tienden a ser más caras que otros diseños.
• Flexibilidad reducida: el diseño de las celdas prismáticas las hace menos flexibles que las celdas cilíndricas y de bolsa.

¿Tiene alguna opción entre la arquitectura de batería de iones de litio en los vehículos eléctricos?

Si bien ayuda a comprender las diferentes arquitecturas utilizadas en las baterías de vehículos eléctricos en la actualidad, no afecta su selección una vez que se ha concentrado en un vehículo específico. Los fabricantes eligen el tipo de arquitectura de la batería en la etapa de ingeniería y, a menudo, se determina según el propósito del vehículo.

La seguridad es primordial para los fabricantes de automóviles, por lo que cualquiera de estos diseños se prueba minuciosamente antes de implementarlos en un nuevo modelo. Aun así, puede haber casos en los que se produzcan fallos debido a la fabricación, y hemos visto retiradas de paquetes de baterías que podrían haberse evitado si se hubiera utilizado una arquitectura diferente.

Estar más familiarizado con los diferentes diseños de baterías de los vehículos eléctricos puede ayudarle a comprender un poco mejor cómo funcionan, y es crucial para que los técnicos comprendan cómo dar servicio, reparar y reemplazar estas poderosas baterías.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el tipo de batería de iones de litio más común que se utiliza actualmente en los vehículos eléctricos?

La tecnología NMC (níquel-manganeso-cobalto) es la más utilizada en los vehículos eléctricos de pasajeros actuales. Ofrece un excelente equilibrio entre densidad energética, potencia y coste, lo que la convierte en la opción preferida de la mayoría de los fabricantes de automóviles que buscan modelos con una autonomía competitiva.

¿Por qué algunos fabricantes de automóviles están cambiando a baterías LFP?

Las baterías LFP (fosfato de hierro y litio) ofrecen una vida útil significativamente mayor, mejor estabilidad térmica (menor riesgo de sobrecalentamiento) y menores costos de materia prima, ya que no utilizan cobalto ni níquel. Para aplicaciones de autonomía estándar y flotas, las ventajas de durabilidad de las baterías LFP suelen compensar su menor densidad energética.

¿Cómo afecta la composición química de la batería a la autonomía de los vehículos eléctricos?

Las químicas de mayor densidad energética, como NMC y NCA, permiten a los fabricantes ofrecer mayor autonomía con el mismo tamaño físico de batería. El LFP, con su menor densidad energética, suele dar como resultado una batería más pesada o voluminosa para una autonomía equivalente, aunque las mejoras en el diseño de las baterías están reduciendo esta diferencia.

¿Son seguras las baterías de los vehículos eléctricos desde el punto de vista del riesgo de incendio?

Todas las químicas de iones de litio conllevan cierto riesgo de sobrecalentamiento, pero este riesgo varía significativamente según la química. El LFP es el más estable térmicamente y el más difícil de inflamar. El NMC y el NCA requieren un diseño cuidadoso del sistema de gestión de baterías (BMS) para mantenerse dentro de los límites operativos seguros. Los vehículos eléctricos modernos están diseñados con múltiples capas de seguridad redundantes.

¿Influye el tipo de batería del vehículo eléctrico en la forma en que debe recibir mantenimiento?

Sí. Las diferentes químicas responden de manera diferente a los ciclos de carga, la exposición a la temperatura y la profundidad de descarga. Los técnicos de servicio que trabajan en paquetes de baterías de vehículos eléctricos necesitan conocimientos específicos de química. Herramientas de servicio Midtronics xEV Están diseñados para funcionar con diversas configuraciones de baterías para vehículos eléctricos.

¿Qué papel desempeña la batería de 12V en un vehículo eléctrico con un paquete de tracción de litio?

La batería auxiliar de 12 V alimenta los sistemas de bajo voltaje del vehículo (luces, controles de climatización, cerraduras de las puertas, sistema de infoentretenimiento) mientras que el paquete de tracción alimenta el motor de tracción. Si la batería de 12 V falla, es posible que el vehículo no funcione incluso si el paquete de tracción está completamente cargado. Las pruebas regulares de la batería de 12 V con herramientas como xLVS-9000 es una práctica esencial de servicio de vehículos eléctricos.