Tipos de baterías de los coches eléctricos

La batería es una de las piezas más importantes del coche ya que almacena la energía eléctrica necesaria para poner en marcha el motor (combustión/atmosférico). Existen diferentes tipos de baterías, aunque su principio de funcionamiento es el mismo, basado en diferentes placas positivas (ánodo)(PbO2 – dióxido de plomo (Peróxidos)) y negativas (cátodo) (Pb+4 – plomo poroso puro, llamado plomo esponjoso, unidas a través de un puente.

Baterías y sus tipos

Hay muchos tipos de baterías para coches, en general: batería de ‘Celdas Húmedas’, batería de ‘Calcio’, batería ‘VRLA – Gel y AGM (Valve Regulated Lead Acid)‘, batería de ‘Ion de Litio’, bateria de ‘Ciclo Profundo’

Funcionamiento.

La corriente eléctrica se genera a partir de una reacción química entre las placas y una solución de agua destilada y ácido sulfúrico (H₂SO₄).

H2 = Símbolo para el hidrógeno (el subíndice 2 significa que allí hay dos átomos de hidrógeno)
S = Símbolo del azufre.
O4 = Símbolo de oxígeno (el subíndice 4 indica que hay cuatro átomos de oxígeno)

En el proceso de descarga

Debido a que la electricidad tiene signo opuesto al flujo de electrones, por lo que ésta irá desde el polo positivo (dióxido de plomo de la placa positiva (PbO2)) al polo negativo (plomo poroso puro, llamado plomo esponjoso (PbSO4)).

En el proceso de carga:

El ánodo (+) y el cátodo (-) se invierten para que el primero vuelva a ganar los electrones perdidos durante la conducción.

La función de la batería del coche es la de acumular y proveer de energía eléctrica al motor de arranque y a los accesorios del automóvil.
Es la encargada de dar la electricidad necesaria para el funcionamiento de los sistemas eléctricos y electrónicos (luces, centralitas, limpiaparabrisas, accesorios…) cuando el motor está apagado o en marcha si la demanda energética excede la capacidad del alternador.
Un porcentaje alto de las averías eléctricas en automóviles están relacionadas con la batería, el alternador o el motor de arranque.

Batería de Celdas Húmedas

Una serie de placas de polaridad positiva (+) recubiertas o impregnadas de dióxido de plomo (PbO₂) y negativa (–) recubiertas de plomo (Pb) que se encuentran suspendidas en un líquido (electrolito), generalmente ácido sulfúrico (H₂SO₄).

El número de placas determinará la intensidad de la corriente. Con densidad 1,280 g/ml, corresponde a la carga completa de la batería. Con bajo o sin mantenimiento. Suele proporcionar una tensión de 6 V, 12 V (voltios). Vida útil entre 3 y 4 años. Estas baterias son las más comunes y económicas del mercado, desde 40 euros.

Batería de Calcio

Sin mantenimiento. Las rejillas fabricadas con la aleación de calcio plata (con mayor porosidad permite disminuir la evaporación y pérdida de líquido, lo que permite que las descargas sean más lentas, prolongando su vida útil) sumergidas en electrolito de agua-ácido se destacan por su mayor resistencia a la corrosión, se logra que pierda hasta un 80% menos de fluido (autodescarga) y a los efectos destructivos de las altas temperaturas. Hay que tener cuidado de no sobrecargarlas, ya que podrían dañarse irreversiblemente. El agregado de Ag manifiesta en una mayor vida útil de la batería.

Sus precios (+- 80 €) son algo más caras que las de celdas húmedas, pero con mejores prestaciones (mayor potencia de arranque, vida útil más larga (como media 6 años), se evita la corrosión de las placas, mayor tiempo de vida en almacén, menor autodescarga,…).

También necesitan unas tensiones de carga superiores, no siendo aptas para coches antiguos con alternadores menos potentes y cargadores no capaces de mantener una tensión entre 14,4 y 14,8V.

Batería VRLA (Valve Regulated Lead Acid) – Gel y A.G.M.

VRLA, por las siglas en inglés (Valve Regulated Lead Acid), válvulas de seguridad que se encuentran presurizadas en el interior de la caja de la batería ( no puede perder líquidos porque el gas está presurizado en estado líquido).

Estas baterías se desaconsejan como baterías de arranque en coches porque son sensibles a las altas temperaturas que se alcanzan en el vano del motor.

Dentro de las baterías con válvulas se encuentran dos subtipos:

Por un lado están las baterías conocidas como de gel ya que utilizan un ácido gelificado. Utilizadas en las caravanas, autocaravanas y camperizaciones, ya que tienen una buena capacidad para resistir descargas lentas y prolongadas de bajo consumo.

Por otro las A.G.M. (fibra de vidrio absorbida). Ejemplo: NDS A.G.M. Nautik 120Ah/12V (adecuadas para cualquier tipo de embarcación) – Su construcción exclusiva con rejillas reforzadas, placas de aleación de plomo / calcio, separadores de lana de vidrio y la mezcla especial de material activo utilizado en su fabricación, permite obtener un rendimiento eléctrico óptimo muy alto, adecuado para uso combinado (así como batería de servicio y en cuanto a las funciones de arranque). Ausencia total de mantenimiento y vapores de ácido -.

Totalmente hermética, y con posibilidad de recarga con módulos solares (Solar Recharge/Hermetic Battery). Arrancadores de pinzas con tecnología A.G.M. Ejemplo: SOS 12/24 V 1600/800 CA (12/24 V DC. Amperaje de arranque: 1.600/800 A/CA. Amperaje de punta: 4.740/2.370 A/CP. Descarga máx. KW: 22. Tipo de pinza: 1.000 A. Cargador electrónico automático CA/CC: 1,3 Ah.).

¿Qué hay que tener en cuenta en una batería para coche eléctrico?

2016 Chevrolet Volt battery — electromovilidad.net

La autonomía y el precio del coche, dependen del tipo y tamaño de la misma. El tipo y la capacidad de la batería condicionan la velocidad máxima, la autonomía entre recargas, el tiempo de recarga y la duración de la batería.

Los principales parámetros a tener en cuenta en una batería destinada al vehículo eléctrico (VE-EV) son:

Densidad energética (Wh/kg): es la energía que puede suministrar la batería por cada kg. Cuanto mayor sea, más autonomía tendrá el vehículo o menor será el peso de este.
Potencia (W/kg): es la capacidad de proporcionar potencia (amperaje (A) máximo) en el proceso de descarga. A más potencia, mejores prestaciones para él vehículo eléctrico.
Eficiencia (%): es el rendimiento de la batería, la energía que realmente aprovecha.
Coste: es la mayor influencia en el precio total del vehículo.
Ciclo de vida: ciclos completos de carga y descarga que soporta la batería antes de ser sustituida. Cuanto más ciclos mejor, ya que será más duradera.

Aunque hay muchas, nos ceñiremos a dos tipos:

Batería de ciclo profundo

Proveen de energía durante un largo tiempo. Son baterías de coche, que tienen unas placas muy gruesas ya que esto aumenta su capacidad de carga. Normalmente no se utilizan en los coches ya que tienen un alto ratio de descarga, esto significa que la batería se descargaría muy rápidamente.

Se usan habitualmente en los barcos pequeños, los carritos de golf, o los coches eléctricos. También las encontraras en la industria de la energía solar y las turbinas eólicas para almacenar energía. Son caras y las más baratas empiezan sobre los 150 euros.

Batería de ion de litio (LiCoO2)

El mejor tipo de batería. Son más ligeras, ofrecen más autonomía y son las más costosas (su precio inicial es de 800 euros). Sus principales características son la alta eficiencia, la eliminación del efecto memoria, la ausencia de mantenimiento y la facilidad a la hora de reciclar.

Estas baterías utilizan como electrolito una sal de litio y electrodos de litio, cobalto y oxido, y suelen ofrecer una gran autonomía, por lo que se suelen encontrar en los coches de alta gama o en los vehículos eléctricos (se ha generalizado para el desarrollo de los coches eléctricos y electrificados equipados con paquetes de baterías de gran tamaño

Uno de sus problemas es que es necesario colocar un circuito de protección para las sobrecargas, de manera que se mantenga bajo control la temperatura (pueden explotar por el sobrecalentamiento). Además, tienen un rendimiento inferior en frío (en su almacenaje necesitan un ambiente frio y deben estar parcialmente cargadas).

Representan a día de hoy la mejor elección para montar en un vehículo eléctrico (VE). De este tipo de baterías para coches eléctricos hay variantes: batería LiFePO4, batería polímero de litio. Las utilizan los mejores coches eléctricos. El porche carrera 911 del 2010 utiliza una batería de litio (li) para su arranque.

Batería LiFePO4

Las baterías LiFePO4 (fosfato de hierro-litio), no usan cobalto (Co), tienen un voltaje de descarga muy constante. Su voltaje se mantiene cerca de los 3,2 V durante la descarga hasta que la pila se vacía. Esto permite a la batería entregar virtualmente toda la energía hasta su descarga completa. Al dar una salida de 3,2 V nominal, se pueden conectar en serie cuatro celdas para un voltaje nominal de 12,8 V.

Entre sus ventajas está su mayor estabilidad y seguridad de uso. Otras ventajas son un ciclo de vida más largo y una mayor potencia. Entre sus inconvenientes, la menor densidad energética y su alto coste. Los altos ratios de descarga necesarios para la aceleración, su menor peso y mayor durabilidad hacen de este tipo de batería ideal para bicis y coches eléctricos.

Batería Polímero de litio (LiPo)

Variación de las Ion-litio (LiCoO2) que cuenta con algunas mejoras, como una densidad energética mayor y una potencia más elevada. No tienen efecto memoria, son ligeras y eficientes. El alto coste y bajo ciclo de vida hacen de estas baterías una opción no muy extendida en la actualidad.