La omisión de celdas tiene como objetivo extender la vida útil de las baterías de vehículos eléctricos.

Un estudio de la Universidad Tecnológica de Chalmers analiza paquetes de baterías reconfigurables que pueden omitir selectivamente las celdas más débiles. En condiciones óptimas, esto podría prolongar la vida útil de las baterías en ciertos vehículos de alta tensión en más del 20 por ciento.

Imagen: Universidad Tecnológica de Chalmers | Albert Skegro

Los paquetes de baterías en los vehículos eléctricos están formados por numerosas celdas interconectadas que no envejecen al mismo ritmo. En las arquitecturas convencionales, una celda especialmente débil puede limitar la capacidad útil y la vida útil de todo el paquete.

Es precisamente aquí donde entra en juego un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers. Este examina los llamados grupos de baterías reconfigurables, en los cuales interruptores y sistemas de control pueden modificar el cableado de las celdas individuales o de grupos de celdas. De este modo, se pueden omitir selectivamente las celdas más débiles mientras se sigue utilizando la capacidad restante.

En el caso más avanzado, donde cada celda puede controlarse de forma individual, las simulaciones demuestran que la vida útil de ciertos vehículos de alta tensión puede extenderse en más del 20 por ciento. Según el estudio, este potencial es especialmente significativo para camiones eléctricos y automóviles eléctricos de largo alcance con muchas celdas conectadas en serie.

Los grupos de baterías reconfigurables buscan omitir las celdas débiles

Para ilustrar la magnitud del efecto, los investigadores utilizan un ejemplo con una batería de 80 kWh y un kilometraje anual de 12,000 km. Si una batería convencional se reemplaza después de diez años, el paquete reconfigurable alcanza en el modelo el mismo estado de envejecimiento solo después de aproximadamente once años, es decir, unos 14 meses más tarde.

Además, el valor residual es mayor porque el paquete ha envejecido menos. Aunque la tecnología requiere electrónica adicional y, por lo tanto, implica costos iniciales más elevados, el estudio sugiere que la mayor vida útil y el valor residual más alto pueden compensar estos costos adicionales en condiciones realistas.

Tecnológicamente, aún no está disponible en vehículos de producción. Sin embargo, ya se ha probado en prototipos de investigación e industriales. En la práctica, es más probable que se utilicen grupos de celdas en lugar de un control individual de cada una. Por lo tanto, la vida útil un 20 por ciento mayor representa un límite teórico máximo.

Más allá de prolongar la vida útil, los investigadores también ven ventajas en la producción. Actualmente, las celdas con propiedades muy similares deben someterse a pruebas exhaustivas y emparejarse. Los grupos reconfigurables podrían tolerar mayores diferencias entre las celdas, reduciendo así el esfuerzo necesario para lo que se conoce como emparejamiento de celdas.

La arquitectura también podría ofrecer beneficios para aplicaciones en segunda vida. Los grupos de baterías podrían seguir utilizándose en vehículos durante más tiempo y posteriormente reutilizarse mejor como sistemas de almacenamiento estacionario, ya que las celdas individuales más débiles no necesariamente obligarían a que todo el grupo dejara de funcionar.

Chalmers ya está investigando varios enfoques para prolongar la vida útil de las baterías. En mayo, un equipo de la universidad presentó una estrategia de carga rápida basada en inteligencia artificial que adapta el proceso de carga a las condiciones de la batería y se espera que prolongue su vida útil en un 23 por ciento aproximadamente según las simulaciones. La arquitectura de batería reconfigurable recién estudiada, por su parte, funciona directamente dentro del grupo de baterías y está diseñada para omitir selectivamente las celdas más débiles.

El estudio, titulado “Evaluación a nivel de sistema de la reconfiguración dinámica para los resultados en vida útil y costos de las baterías de vehículos eléctricos”, ha sido publicado en la revista _Nature Communications_. Participaron investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, así como representantes de PHINIA y Scania.