Una batería de ion-litio pierde capacidad con los ciclos y con el tiempo; la temperatura, la profundidad de descarga y la potencia de carga aceleran ese desgaste. Su sistema de gestión (BMS) mide celdas y limita corrientes y temperaturas. Su riesgo propio es la fuga térmica, que se previene con diseño, control y separación. Los mismos principios valen para un vehículo y para un sistema de almacenamiento estacionario.
Respuesta corta
Una batería de ion-litio se desgasta de dos maneras: por el uso (cada ciclo de carga y descarga) y por el tiempo (aunque no se use). La temperatura, la profundidad de descarga, el estado de carga al que se almacena y la potencia con que se carga aceleran ese desgaste. Su riesgo de seguridad propio es la fuga térmica. El sistema de gestión de la batería (BMS) es lo que mantiene la batería dentro de límites seguros y lo que permite prolongar su vida.
Por qué el ion-litio
El Departamento de Energía de Estados Unidos señala que la mayoría de los vehículos eléctricos y de los híbridos enchufables usan baterías de ion-litio. De esta tecnología destaca su alta energía por unidad de masa y de volumen, su alta eficiencia, su buen desempeño a temperaturas altas, su vida larga y su baja autodescarga. Las baterías de plomo-ácido, en cambio, tienen baja energía específica y mal desempeño en frío; en un vehículo eléctrico se usan solo para cargas auxiliares. Para ver cómo se comparan con las baterías estacionarias clásicas, vea baterías de plomo-ácido y níquel-cadmio.
Qué es la vida útil de una batería
La vida útil no es un número único. Se mide de dos formas:
- Vida en ciclos: cuántos ciclos completos de carga y descarga soporta antes de bajar de cierto porcentaje de su capacidad inicial.
- Vida calendario: cuántos años dura aunque casi no se use, porque la química se degrada con el tiempo.
El fin de vida se define convencionalmente cuando la capacidad baja de un umbral. El Departamento de Energía indica que una batería de vehículo eléctrico al final de su vida puede conservar al menos el 70 % de su capacidad original, si no ha fallado ni se ha dañado, y seguir funcionando 10 años o más. Es un dato de referencia general, no una garantía: los valores y condiciones de cada modelo los declara su fabricante.
Qué acelera el desgaste
| Factor | Efecto general | Qué hacer |
|---|---|---|
| Temperatura alta | Acelera las reacciones de degradación | Sistema térmico adecuado; evitar exposición prolongada al calor |
| Estado de carga alto mantenido | Aumenta el estrés de la celda | Seguir la recomendación del fabricante para el uso diario |
| Descargas profundas frecuentes | Más desgaste por ciclo | Evitar vaciar la batería con frecuencia |
| Potencia de carga alta repetida | Más calor y estrés | Reservar la carga rápida para cuando se necesite |
| Frío intenso | Reduce la potencia disponible y limita la carga | Preacondicionar si el vehículo lo permite |
| Tiempo | Degradación calendario | Inevitable; se gestiona con los otros factores |
La magnitud de cada efecto depende de la química y del diseño de cada batería. Por eso las guías de uso las da el fabricante de cada vehículo.
El BMS: el que cuida la batería
El sistema de gestión de la batería (BMS) mide la tensión de las celdas, la corriente y las temperaturas, y limita la carga y la descarga a lo que la batería admite en cada momento. Sus funciones típicas son:
- Proteger contra sobretensión, subtensión, sobrecorriente y temperatura fuera de rango, desconectando la batería si es necesario.
- Equilibrar las celdas para que ninguna quede más cargada o más descargada que las demás.
- Estimar el estado de carga y el estado de salud.
- Comunicar con el cargador y con el vehículo. En un vehículo, el cargador a bordo y el equipo de carga reciben de la batería lo que esta admite, como se explica en vehículo eléctrico: batería, cargador y motor.
El BMS no corrige una batería defectuosa, pero evita que se opere fuera de sus límites.
Fuga térmica y seguridad
El riesgo propio de una batería de ion-litio es la fuga térmica: una celda que se calienta, libera energía y gases, y puede propagar el evento a las vecinas. Las causas más conocidas son un daño mecánico, un cortocircuito interno, una sobrecarga o un calentamiento externo. La prevención se hace en varios niveles:
- Diseño de la celda y del módulo, con la separación entre celdas.
- BMS que desconecta ante condiciones anormales.
- Control térmico que mantiene la temperatura.
- En instalaciones estacionarias, separación entre contenedores, detección de gases, ventilación o alivio y extinción.
En almacenamiento estacionario las normas y los ensayos de seguridad son un tema propio; la guía sistema BESS: partes, funciones y normas los trata.
Vehículo y almacenamiento: los mismos principios
Un vehículo eléctrico y un sistema de almacenamiento con baterías (BESS) usan la misma tecnología de celdas con distinta escala y distinto uso. En el vehículo el uso es irregular y la batería viaja; en el BESS es un ciclo programado en un lugar fijo. En ambos, la temperatura, el estado de carga y la potencia determinan la vida, y el BMS es el guardián. La capacidad que conserva un BESS con los años se mide con las pruebas de desempeño de un BESS, y su costo de ciclo de vida se analiza en CAPEX y OPEX de un BESS.
Segunda vida y fin de vida
Cuando una batería ya no sirve para un vehículo puede conservar capacidad útil para otros fines, como almacenamiento estacionario. Que sea viable depende de su estado de salud, de la seguridad del conjunto y de la economía del proyecto, y se evalúa caso por caso con ensayos de capacidad. No se puede asumir que una batería usada sea apta para otra aplicación sin medirla.
Cómo cuidar una batería en la práctica
- Siga el manual del fabricante sobre estado de carga y carga rápida.
- Evite el calor prolongado, sobre todo con la batería muy cargada.
- No use equipos de carga no certificados.
- Ante un golpe fuerte en los bajos del vehículo o una alerta de la batería, haga revisar el vehículo antes de seguir cargándolo.
- En instalaciones estacionarias, mantenga la climatización, la ventilación y la detección en buen estado y haga las pruebas periódicas.
Para ampliar, vea cómo operan las microrredes y el impacto de los vehículos eléctricos en la red.
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- Impacto de los vehículos eléctricos en la red
- Sistema BESS: partes, funciones y normas
- Pruebas de desempeño de un BESS
Referencias
- U.S. Department of Energy, Alternative Fuels Data Center, Batteries for Electric Vehicles: https://afdc.energy.gov/vehicles/electric_batteries.html
- U.S. Department of Energy, Alternative Fuels Data Center, How Do All-Electric Cars Work?: https://afdc.energy.gov/vehicles/how-do-all-electric-cars-work
- Guía del sitio Sistema BESS: partes, funciones y normas, sobre fuga térmica y seguridad de almacenamiento.
Preguntas frecuentes
¿Cuánta capacidad pierde una batería de vehículo eléctrico?
Depende del fabricante, de la química, de la temperatura y del uso. El Departamento de Energía de Estados Unidos indica que una batería de vehículo eléctrico al final de su vida puede conservar al menos el 70 % de su capacidad original, si no ha fallado ni se ha dañado. También indica que puede seguir funcionando 10 años o más. La garantía y los datos de su modelo los da el fabricante.
¿Es seguro cargar siempre al 100 %?
La recomendación de uso la da cada fabricante, porque depende de la química y del BMS de su batería. En general, mantener la batería a plena carga y a alta temperatura durante mucho tiempo acelera su desgaste. Consulte el manual del vehículo.
¿Qué es la fuga térmica?
Es el calentamiento incontrolado de una celda: libera energía y gases y puede contagiar a las celdas vecinas. Se previene con el BMS que desconecta, el control de temperatura, la separación entre módulos y, en instalaciones estacionarias, la detección y la extinción.