La batería de un coche eléctrico puede contener decenas, cientos o incluso miles de celdas, pero todas ellas no envejecen exactamente al mismo ritmo. Pequeñas diferencias de fabricación, temperatura o condiciones de uso pueden hacer que algunas pierdan capacidad o aumenten su resistencia antes que las demás. Y cuando están conectadas formando un mismo paquete, las más débiles pueden acabar condicionando el rendimiento de todo el conjunto.
Aunque la mayoría de las celdas se mantengan en buen estado, basta con que unas pocas envejezcan antes para limitar la potencia y obligar a retirar todo el paquete de batería antes de tiempo
La batería de un coche eléctrico puede contener decenas, cientos o incluso miles de celdas, pero todas ellas no envejecen exactamente al mismo ritmo. Pequeñas diferencias de fabricación, temperatura o condiciones de uso pueden hacer que algunas pierdan capacidad o aumenten su resistencia antes que las demás. Y cuando están conectadas formando un mismo paquete, las más débiles pueden acabar condicionando el rendimiento de todo el conjunto.
Un estudio publicado en Nature Energy ha intentado medir cuánto importa este fenómeno fuera del laboratorio. Los investigadores analizaron datos de 116 turismos eléctricos y 17 autobuses, seguidos durante más de tres años y con vehículos que alcanzaron hasta 300.000 kilómetros. Entre los autores figuran Yizhou Zhang, Zhenpo Wang, Zhongwei Chen y Zhiyu Mao.
Cuando una sola celda obliga a parar antes
El problema se entiende mejor imaginando varias celdas conectadas en serie. Todas deben trabajar juntas, pero no necesariamente llegan al mismo tiempo a sus límites.
Durante la carga, por ejemplo, la celda con menor capacidad puede alcanzar antes el voltaje máximo permitido. El sistema de gestión debe detener o limitar entonces la carga para evitar dañarla, aunque otras celdas todavía pudieran almacenar más energía. Del mismo modo, una celda con una resistencia interna especialmente elevada puede limitar la potencia que puede entregar todo el paquete.
Es decir, la batería no funciona según el promedio de todas sus celdas, sino que en determinados aspectos queda condicionada por las que están peor.
Los investigadores pudieron observar además cómo esas diferencias crecen con el tiempo. En un turismo analizado con 95 celdas, las tensiones eran muy similares al principio, pero la dispersión se volvió evidente al superar los 300.000 kilómetros. Tras corregir factores como la temperatura, las trayectorias mostraban que unas celdas perdían capacidad y aumentaban su resistencia más deprisa que otras.
La vida útil podría acortarse cerca de un 18%
Aquí aparece uno de los resultados más llamativos. En los turismos estudiados, la inconsistencia entre celdas se asoció con una reducción media del 6,2% en el aprovechamiento del estado de salud de la batería y con una disminución del 12,9% en su capacidad de potencia.
Pero el impacto mayor apareció en la duración. Según el modelo utilizado por los investigadores, el paquete alcanzaría su criterio de retirada alrededor de un 17,7% antes que la vida media potencial de las celdas que lo componen.
La razón vuelve a ser el cuello de botella: cuando la celda más degradada llega al límite establecido, puede dejar infrautilizadas muchas otras que siguen estando en mejores condiciones.
Los autores estimaron así que los turismos aprovecharon alrededor del 80,7% de los recursos energéticos disponibles durante la vida operativa considerada. Dicho de otra manera, cerca del 19% quedaría sin aprovechar debido principalmente a la retirada anticipada asociada a esas diferencias internas.
En los autobuses el efecto fue todavía mayor
El equipo comprobó el fenómeno con una segunda flota muy distinta: 17 autobuses eléctricos con baterías LFP, frente a las NMC de los turismos.
En ellos, la vida útil calculada se redujo un 22,8%, la capacidad de potencia un 15,1% y el aprovechamiento energético quedó en torno al 73%. Los autores plantean que una de las razones puede ser el mayor número de celdas —156 frente a 95— y unas diferencias térmicas más difíciles de controlar. Además, esos autobuses no disponían del mismo sistema de equilibrado de voltaje que los turismos analizados.
Este contraste refuerza la importancia del BMS, el sistema electrónico que supervisa y equilibra la batería. Reducir las diferencias entre celdas mediante un mejor control térmico y de carga puede retrasar que unas pocas empiecen a separarse demasiado del resto.
No significa que todas las baterías vayan a perder un 18% de vida
Las cifras no deben interpretarse como una regla universal para cualquier coche eléctrico. El estudio se basa en flotas concretas y utiliza modelos para reconstruir el envejecimiento de cada celda a partir de medidas de voltaje, corriente y temperatura tomadas durante el uso real. Los propios autores reconocen que, al tratarse de datos observacionales, no pueden separar completamente el envejecimiento electroquímico intrínseco de todos los efectos derivados de las condiciones de uso.
Hay además otro matiz: como los vehículos todavía seguían funcionando, para algunos cálculos de vida útil se utilizó como referencia un estado de salud del 85%, en lugar del 80% empleado habitualmente como criterio convencional de final de vida.
El trabajo sí deja clara una idea relevante para el diseño de las próximas baterías: no basta con fabricar celdas capaces de durar mucho por separado. También importa conseguir que envejezcan de manera parecida. Porque en un paquete compuesto por muchas unidades, unas pocas que se deterioren antes pueden terminar decidiendo cuándo toda la batería deja de rendir como debería.
Motor
