Baterías estructurales, el siguiente hito en coches eléctricos

La mejora de los aceros y materiales empleados en automoción han dado como resultado que cada vez los vehículos sean más rígidos y resistentes. No solo hablamos de seguridad pasiva, especialmente en el habitáculo, también en comodidad, comportamiento dinámico en curva o niveles NVH más bajos.

Bajo el prisma actual, las baterías de los coches eléctricos no son elementos estructurales, por lo que el chasis/plataforma debe proporcional la robustez necesaria para proteger los paquetes de baterías a un nivel similar al que protegen a los ocupantes de deformaciones de carrocería y penetraciones de órganos mecánicos propios o ajenos.

El siguiente salto evolutivo es el concepto de baterías estructurales, que realmente forman parte del chasis/plataforma, haciendo que este último pueda ser más ligero mientras se mantiene la rigidez. La mera reducción de peso ya implica una mejora en la autonomía.

Baterías CTP de NIO con una capacidad de 100 kWh

A partir de aquí se pueden considerar diferentes enfoques de cómo repartir las celdas y los módulos dentro de las baterías. De momento la industria del motor no se ha puesto de acuerdo en un formato común, ya que cada uno está haciendo la guerra por su cuenta, ídem respecto a los fabricantes de baterías.

Bajo la modalidad CTP (célula a paquete) las celdas forman parte directamente de las baterías, evitando la necesidad de dividirlas por módulos, por lo que se ahorra peso en componentes y hay más espacio para almacenar energía. Las baterías no tienen una relación energía/masa buena si comparamos con depósitos de derivados petrolíferos, con este diseño eso mejora bastante.

El problema principal de este enfoque es que se pierde modularidad, con implicaciones a la hora de diseñar diferentes tamaños/capacidades de baterías, así como teniendo en cuenta las futuras necesidades de mantenimiento. Por ejemplo, resulta más sencillo reemplazar un módulo que baterías enteras.

GMC Hummer EV Pick-up

Tenemos a varios fabricantes que están haciendo progresos en el campo de las baterías estructurales, como General Motors, Tesla o Volvo. Estos últimos anunciaron que trabajan, junto a la sueca Northvolt, en baterías que proporcionen autonomías del orden de los 1.000 kilómetros.

En el caso de General Motors, las baterías de la plataforma Ultium que veremos funcionando en el GMC Hummer EV son elementos estructurales, muy importante en un vehículo todoterreno, aunque se mantiene la jerarquía de celdas y módulos. Los chinos BYD y CATL tienen diseños en los que no hay módulos, solo celdas.

Otra arquitectura interesante es la que desarrolla One Next Energy (cuyo acrónimo es ONE), con un diseño de doble paquete de baterías, una estructural sin módulos que se complementa por otra con más capacidad y que alimenta a la anterior. Según sus creadores, este diseño aporta más seguridad y respeta más al medio ambiente al no usar níquel ni cobalto. Además, facilita mucho su fabricación a niveles logísticos (materias primas).

ONE apuesta por unas baterías en serie, donde unas recargan a las otras

Como podemos ver, los avances que puede haber solo en la parte del empaquetado son importantes. Lo hemos visto en el pasado en modelos como Renault ZOE, BMW i3 o Nissan Leaf, que han mejorado sustancialmente sus autonomías dentro de la misma generación respecto a los primeros modelos, casi doblándolas, y ocupando el mismo espacio.

Sin embargo, hay que tener en cuenta problemas de diseño clásicos cuando las baterías tienen mayor capacidad. En primer lugar, a mayor capacidad, mayor tiempo para recargar dada la misma potencia. Baterías grandes implican, por tanto, potencias de carga muy elevadas. Eso nos lleva al segundo problema: temperatura.

Las baterías deben mantener un rango de temperatura aceptable, ni muy frías ni muy calientes, para que sus celdas mantengan la capacidad y la entrega de potencia nominal y máxima. Cuando más cerca están las celdas más se complica la refrigeración de las mismas. Por último, no hay que evitar reducir el coste, que es el que acaba marcando la diferencia, al ser las baterías de lo más caro que hay en el coche.

Fuente: Reuters