Comprender la duración de la batería del vehículo eléctrico

Jun 02, 2023

Nuestro último blog sobre vehículos eléctricos desglosa los detalles clave sobre la duración de la batería de los vehículos eléctricos: qué significa "Estado de salud", las diferencias de duración de la batería entre las baterías para PHEV (vehículos eléctricos híbridos enchufables) y BEV (vehículos eléctricos con batería), el vínculo entre autonomía y capacidad y más.

Las baterías son el componente más costoso y el componente que más preocupa a los conductores que consideran cambiar a vehículos eléctricos de batería (BEV) o vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV). ¿Qué rango proporcionará una batería? ¿Se degradará y será necesario reemplazarlo? ¿Cuál es el impacto potencial en el costo residual del vehículo?

Estadísticas de motor SIMI Díganos que en Irlanda se registraron 46 BEV en 2011, ¡45 de ellos eran Nissan Leaf! Por el contrario, para la primera mitad de 2022, se registraron 8.444 BEV de 54 modelos diferentes, de 26 fabricantes de automóviles. 7 de los diez modelos más vendidos en 2022 no estaban en el mercado en 2019.

La confianza en el estado de la batería a largo plazo era una preocupación. Estado de salud (SoH) es el término utilizado como una medida porcentual de la capacidad útil de una batería. ¿Podemos predecir el estado de la batería de los vehículos eléctricos a largo plazo sin datos del mundo real? Para comprender el estado de la batería de los vehículos eléctricos, analizaremos la tecnología que alimenta a la mayoría de los vehículos eléctricos (los vehículos híbridos que no cargan la batería desde una fuente externa no están incluidos).

Todos los BEV y PHEV tienen dos tipos de baterías para el almacenamiento de energía, una batería auxiliar de 12 V y un paquete de baterías de tracción.

Un EV no arrancará sin una batería de 12 V cargada, sin importar cuánta carga haya en un paquete de baterías, ya que inicia el sistema de alimentación a bordo y energiza el paquete de baterías. La batería de 12 V de un EV se arranca de la misma manera que la de un vehículo ICE. Según AA Rescue, es más común que la batería de 12Vir plano que quedarse sin carga en un EV.

En los paquetes de baterías EV de hoy en día, la tecnología de iones de litio (Li-ion) es la más utilizada. Sony lanzó la primera batería de iones de litio recargable comercial en 1991, lo que provocó una revolución en la electrónica móvil y, desde entonces, ¡ha evolucionado rápidamente desde computadoras portátiles hasta automóviles!

La tecnología de iones de litio tiene una serie de características que la hacen adecuada para vehículos eléctricos, como por ejemplo,

Una 'batería' de iones de litio EV se compone de una serie de celdas de batería para formar un 'módulo'. Una serie de módulos conectados en serie y encerrados en una carcasa de batería se conoce como paquete de batería. Un paquete de baterías generalmente consta de miles de celdas, por lo que si una sola celda falla, no tendrá un gran impacto en el SoH, la batería seguirá haciendo su trabajo, a diferencia de un ICE donde una sola falla detiene el funcionamiento del motor por completo.

El tipo de paquete de batería depende de la marca y el modelo del vehículo eléctrico y, por lo general, se ubica a lo largo del piso del vehículo.

La energía o capacidad total de un paquete de baterías EV se mide en kWh (kilovatios-hora). La autonomía del vehículo es la distancia que puede recorrer un vehículo con una carga completa, normalmente en proporción a la capacidad de la batería. Cada modelo tiene un tamaño de batería y una eficiencia diferentes y, por lo tanto, una autonomía diferente.

Como es el caso de los vehículos ICE, con tanques de combustible de diferentes tamaños y millas por galón, los EV varían ampliamente en la distancia que pueden viajar con una batería completamente cargada. Otras variables que tienen un impacto en la autonomía eléctrica del mundo real de un BEV o PHEV incluyen el comportamiento del conductor (específicamente la velocidad, como con los vehículos ICE, cuanto más rápido vas, menor es la autonomía), las condiciones de conducción, la topografía, la carga de pasajeros, el uso auxiliar y el clima. Esto no es diferente del rendimiento de un vehículo ICE, ¡pero ese es otro blog!

Aunque el SoH de las baterías de los PHEV también se verá afectado por las mismas variables que los BEV, la autonomía totalmente eléctrica de los PHEV es más compleja dado que ambos tipos de combustible se utilizan a menudo simultáneamente.

El desafío de la industria automotriz es tener una batería rentable y eficiente para satisfacer las necesidades de los conductores de vehículos eléctricos que desean un mayor alcance y una carga más rápida. Entonces, mientras los electroquímicos trabajan para aumentar la capacidad de la batería, ¿qué sabemos sobre la vida útil esperada de un paquete de baterías de iones de litio? ¿Cuál es la historia de la degradación de la batería (disminución del SoH) y qué pueden hacer los propietarios de vehículos eléctricos para minimizarla?

Las baterías de los automóviles eléctricos se fabrican para que tengan una vida útil prolongada, y la mayoría de los fabricantes garantizan 8 años o 160 000 km (SoH de las baterías > 70-80 %). Tesla Model S o X ofrecen una garantía de falla de batería de 8 años o hasta 240,000 km, lo que ocurra primero. ¡Hay informes en línea de vehículos eléctricos que pasan la marca de 1,000,000 km con la misma batería!

Algunos Consumer Reports en los EE. UU. estiman que la vida útil promedio del paquete de baterías EV es de alrededor de 320 000 km, lo que equivale a casi 19,5 años de uso si se conduce al promedio irlandés por automóvil de 16 400 km por año (CSO 2019), más que la vida útil esperada de la mayoría de los vehículos (que es 10-14 años)! ¡Siga leyendo para ver por qué los paquetes de baterías EV irlandeses pueden ser aún mejores debido al clima irlandés!

Las baterías de vehículos eléctricos son más robustas que las que se utilizan en otras tecnologías móviles y, con sus sistemas de gestión de baterías, es poco probable que fallen catastróficamente. Es inevitable que el SoH de cualquier batería de iones de litio disminuya gradualmente con el uso (ciclos de carga/descarga), lo que da como resultado una capacidad de carga reducida y, por lo tanto, una autonomía reducida. Muchos distribuidores tienen una garantía de 8 años o 160 000 km en sus baterías, lo que demuestra que la disminución de la batería tardará años en ocurrir.

La degradación de la potencia o la pérdida de rendimiento en la entrega de potencia al tren motriz rara vez se observa en los vehículos eléctricos, pero el rendimiento o la eficiencia de recarga pueden degradarse.

El costo de los paquetes de baterías ha disminuido en un 88 % en los últimos 10 años según Forbes. Se esperaba que esta caída en el precio continuara en 2022, pero se vio afectada por el conflicto, la inflación y las condiciones del mercado.

La degradación de la batería a largo plazo está influenciada por muchas variables, como la temperatura, los patrones de carga y el uso. Tener en cuenta estas variables al formar hábitos de uso puede prolongar la vida útil de la batería. Se deben seguir las recomendaciones del fabricante para vehículos específicos para optimizar la vida útil de la batería.

La sensibilidad a la temperatura es una debilidad de la tecnología de iones de litio. Las altas temperaturas (como las del desierto) deterioran el rendimiento de las celdas de iones de litio y producen calor durante el funcionamiento. La temperatura puede afectar la degradación de la batería a largo plazo y también acelerar el tiempo de recarga a corto plazo.

En general, los climas más cálidos afectan negativamente la vida útil de una batería EV más que los climas más fríos. Las altas temperaturas pueden afectar negativamente la vida útil y el alcance de la batería, pero no afectan el tiempo de recarga, y las bajas temperaturas pueden afectar negativamente el tiempo y el alcance de recarga, pero no afectan la vida útil de la batería.

Un sistema de gestión de la batería supervisa y mantiene la temperatura óptima del paquete de baterías mediante calefacción/refrigeración activa. Al igual que el cuerpo humano funciona mejor a 37 grados, la química de una batería EV funciona mejor en un rango de temperatura moderado. Las pruebas han demostrado que a -6 grados C un EV pierde un 12% de su alcance en promedioen comparación con 23 grados C . Día a día, la temperatura también afecta la autonomía, ya que la batería suministra energía para calentar/enfriar tanto la cabina (para comodidad del conductor) como la batería (para un rendimiento operativo óptimo).

Los sistemas de refrigeración de los EV varían: si su EV tiene la función de preacondicionar la temperatura de la batería para un rendimiento óptimo, consulte el manual del propietario para saber cómo aprovechar al máximo esta función.

Otra variable importante son los patrones de carga. El agotamiento constante hasta el 0 % y la recarga hasta el 100 % pueden provocar la degradación de la batería, pero la experiencia ha demostrado que los propietarios de vehículos eléctricos no hacen esto. Sin embargo, para evitar la descarga completa o la sobrecarga, los fabricantes incorporan cierta contingencia en el extremo inferior y superior de la capacidad utilizable de la batería que no está disponible para su uso.

A las celdas de iones de litio en los paquetes de baterías de la mayoría de los automóviles eléctricos modernos no les gusta mantenerse en un estado de carga completo o muy bajo durante períodos prolongados. Para optimizar la vida útil de una batería EV, el consejo estándar es mantener un SoC entre 20% y 80% día a día.

Aunque es conveniente, la carga rápida (carga de CC) produce más calor que la carga de CA y este calor puede provocar el deterioro de la batería. Idealmente, la carga de CA debería satisfacer la mayoría de las necesidades de carga, con un uso mínimo de carga rápida prolongará la vida útil de la batería.

Demostrando el impacto del patrón de carga en la vida útil de la batería, Hyundai publicó números en su sitio web que muestran una gran variabilidad en la vida útil de su Soul Booster EV (64kWh, rango máximo de 386 km).

Si la batería está agotada y recargada al 100%, la batería se puede utilizar para 1000 cargas. Si se usa al 50% y se recarga, la batería se puede usar para 5,000 cargas. Si está usado y recargado al 20%, se puede usar para 8,000 cargos.

En resumen, Hyundai afirma que si su Soul Booster EV se conduce durante 77 km/día (equivalente al 20 % de la distancia máxima de conducción) y se recarga todas las noches,la batería puede durar 8.000 días (22 años).

En 2020, GeoTab, un proveedor de soluciones telemáticas,datos de batería del mundo real publicadosde 6000 EV (BEV y PHEV) durante millones de días para producir 2 herramientas de uso gratuito que brindan información valiosa sobre el impacto de la temperatura y el SoH de las baterías EV a largo plazo.

Estos datos del mundo real mostraron que la batería EV promedio perdió alrededor del 2.3% de su capacidad por año. En otras palabras, un EV de 300 km de alcance hoy habrá perdido 34 km en 5 años. Los datos también mostraron que el calor y la carga rápida (carga de CC) son responsables de una mayor degradación de la batería que la edad o el kilometraje7, por lo que los altos niveles de uso, es decir, la conducción o el kilometraje, no parecen ser una preocupación.

Los datos del mundo real de GeoTab, junto con otros informes de vehículos eléctricos que superan con creces su garantía por múltiplos de distancia, abundan los casos de alto nivel de uso. Por ejemplo, un Renault Zoe 52kWh 2017, que se usa como taxi en la (calurosa) Turquía con 345 000 km en el reloj y un SoH casi perfecto del 96 % después de conducir más dela esperanza de vida de un coche irlandés medio.

Ahora que hemos explicado la tecnología de la batería y cómo se degrada a lo largo de más de 300 000 km, ¿cómo cree que se compara con un ICE? ¿En qué estado se encontraría un motor diésel o de gasolina después de 300 000 km? ¿Lo compraría con la confianza de que no necesita mantenimiento?

Los EV siguen funcionando, su rango puede reducirse ligeramente con el tiempo, pero son más confiables que los ICE, donde si falla un solo componente, el motor y el automóvil se detienen por completo.

Un punto final es que todavía es pronto para los vehículos eléctricos y las baterías: los centros de reciclaje solo se están probando ahora porque hay muy pocas baterías de vehículos eléctricos para reciclar y la gran mayoría (de vehículos dados de baja) pasan a una segunda vida como respaldo. a la red eléctrica.

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