¿La carga rápida de CC realmente reduce la capacidad de la batería de su EV?

Si tiene un vehículo eléctrico que carga rápidamente con regularidad, tal vez debería echar un vistazo a las implicaciones que tiene en la degradación de la batería.

La carga rápida de su EV suena genial, ya que un cargador rápido de 350 kilovatios puede llevar un EV de batería grande como un Lucid Air Pure a un estado de carga del 80 por ciento en 15 minutos. Aunque no es tan rápido como repostar un vehículo de gasolina tradicional, la carga rápida de CC reduce el tiempo que se tarda en repostar un vehículo eléctrico.

Pero, ¿la conveniencia de cargar un vehículo eléctrico tiene el costo de la degradación de la batería? Bueno, averigüémoslo.

Para comprender mejor la longevidad de la batería EV, es importante saber qué es la carga rápida y cómo funciona. En términos generales, la batería de un vehículo eléctrico se puede recargar utilizando tres metodologías diferentes denominadas carga de Nivel 1, Nivel 2 y Nivel 3. Los dos primeros tipos se basan en corriente alterna (CA), mientras que la carga de nivel 3, también conocida como carga rápida de CC, requiere corriente continua.

La distinción importante aquí es que los cargadores de Nivel 1 y Nivel 2 usan el cargador a bordo del vehículo para convertir la corriente de CA a CC, ya que la batería de iones de litio de su vehículo no puede tomar corriente alterna directamente.

Sin embargo, cuando se trata de cargadores rápidos de nivel 3, pueden simplemente bombear jugo directamente a la batería sin la necesidad del cargador integrado. Esto permite que la carga de CC envíe grandes cantidades de corriente y voltaje al paquete de baterías sin estar limitado por las capacidades del cargador a bordo del vehículo.

Las baterías de iones de litio convierten la energía química en energía eléctrica e, hipotéticamente, esta reacción debería durar para siempre. Sin embargo, todos sabemos que las baterías de iones de litio no duran para siempre. Pero, ¿cuál es la razón exacta de esta degradación?

Bueno, varias reacciones químicas ocurren dentro de una celda de iones de litio cuando se carga o se descarga. Algunas reacciones funcionan para generar electricidad, mientras que otras consumen iones de litio que reducen la capacidad de la batería. En otras palabras, con cada ciclo de carga y descarga, la batería de iones de litio de un EV perderá algo de capacidad; esto realmente sucede y no entra en la categoría de mitos de carga de vehículos eléctricos.

Dicho esto, es importante comprender que estas reacciones ocurren a diferentes velocidades según varias condiciones ambientales, y hay pasos que puede seguir para que la batería dure más.

Por lo tanto, la mayoría de los fabricantes de baterías ofrecen una gama de temperaturas en las que las baterías funcionan mejor. Este rango cambia según la química de la batería, pero en la mayoría de los casos, se encuentra entre -4 y 140 grados Fahrenheit para la descarga y entre 0 y 45 grados Fahrenheit para la carga.

Este rango operativo muestra que las baterías se pueden cargar en un rango de temperaturas más bajo, y cargarlas en condiciones extremas, tanto frías como calientes, puede causar problemas, ya que estas condiciones aumentan la velocidad a la que se producen reacciones no deseadas, consumiendo iones de litio y reduciendo la capacidad.

Ahora que sabemos por qué disminuye la capacidad de una batería de iones de litio, podemos tratar de comprender qué sucede dentro de la batería cuando se carga rápidamente.

La carga rápida utiliza una corriente de alto voltaje para cargar la batería. Los iones de litio se extraen del cátodo con mayor fuerza y ​​se trasladan al ánodo cuando se cargan. Esto provoca grietas en el cátodo y también genera dendritas en los electrodos. Debido a estas grietas y acumulación de dendritas, la capacidad de las celdas de iones de litio se reduce y también aumentan la resistencia de la batería.

La resistencia interna de una batería aumenta cuando se carga rápidamente. Debido a este aumento en la resistencia y la entrada de alta corriente durante la carga rápida, se genera un calor excesivo dentro de las baterías. Esta alta temperatura reduce la capacidad de las baterías de iones de litio.

Cuando una batería de iones de litio se carga rápidamente con altas corrientes a bajas temperaturas, se produce un fenómeno conocido como revestimiento de litio en el ánodo. Debido a esto, los átomos de litio no se intercalan dentro del ánodo. Esto da como resultado metal de litio inerte (que no puede generar electricidad) en la superficie de los electrodos.

Mirando la lista de mecanismos de degradación dada anteriormente, es evidente que la carga rápida está destinada a reducir la vida útil de un vehículo eléctrico. Dicho esto, los paquetes de baterías EV están diseñados para evitar daños a la batería. Por lo tanto, antes de concluir que la carga rápida es mala para los vehículos eléctricos, entendamos cómo sus paquetes de baterías están diseñados para contrarrestar la degradación.

Los paquetes de baterías EV consisten en varias celdas de iones de litio que están conectadas para crear módulos. Varios módulos están conectados para crear el paquete, y el estado de la batería es administrado por el Sistema de administración de batería, también conocido como BMS.

El BMS es básicamente una computadora conectada a varios sensores que monitorean el voltaje, la corriente y la temperatura de las celdas individuales. Luego analiza estos datos para garantizar que cada celda funcione de manera óptima.

Si las celdas dentro del paquete de baterías están demasiado calientes, el BMS aumentará el enfriamiento para reducir la temperatura general del paquete. Si detecta un alto voltaje o corriente en la celda durante la carga rápida de CC, regulará ambos parámetros para evitar daños en la batería.

Por lo tanto, el BMS es la parte EV que tiene el papel más importante en la reducción de la degradación de la batería.

Veamos algunos estudios que muestran cuánto daño sufren los vehículos debido a la carga rápida. Cuatro vehículos eléctricos Nissan Leaf 2012 fueron conducidos en Phoenix, Arizona por el Laboratorio Nacional de Idaho. Dos vehículos se cargaron con carga rápida de CC, mientras que los otros dos se cargaron con carga de CA de nivel 2, con los siguientes resultados:

La degradación de la batería se produce independientemente del método de carga, pero aumenta en los vehículos de carga rápida; la diferencia es de alrededor del 5 por ciento.

En un experimento separado del anterior, el Laboratorio Nacional de Idaho probó dos paquetes de baterías Nissan Leaf en condiciones de laboratorio. Uno era de carga rápida de CC, mientras que el otro solo tenía carga de CA. El objetivo de esta prueba era ver qué le sucede a todo el paquete en comparación con cada celda, como en el experimento anterior.

Esto muestra una fuerte correlación entre la degradación de la batería y la temperatura, lo que sugiere que la carga rápida no es un factor tan importante para la degradación de la batería.

En otro estudio, Geotab, una empresa de gestión de flotas, recopiló datos sobre el estado de la batería de 6000 vehículos eléctricos y concluyó que la carga rápida aumentaba la tasa de degradación de la batería. Este estudio, al igual que muchos otros, mostró que la carga rápida aumentó la velocidad a la que se degrada la batería de iones de litio de su vehículo y destacó el papel vital del BMS para mantener la degradación lo más baja posible.

El paquete de baterías de su EV está destinado a perder capacidad a medida que pasa el tiempo. Dicho esto, la velocidad a la que se produce esta degradación depende de varios factores, y la carga rápida es sin duda un factor que puede acelerarla.

Otra cosa a tener en cuenta es que el uso de la carga rápida con moderación no reducirá mucho el alcance de la batería, y puede usarlo en viajes largos por carretera para reducir el tiempo que lleva recargar su vehículo.

Nischay se graduó en ingeniería en Electrónica y Comunicaciones con una habilidad especial para simplificar la tecnología cotidiana. Ha estado haciendo que la tecnología sea fácil de entender desde 2020, trabajando con publicaciones como Candid.Technology, Technobyte, Digibaum e Inkxpert. Además, a Nischay le encanta la tecnología automotriz y ha trabajado como ingeniero con Stellantis durante los últimos dos años. Tiene un conocimiento experto sobre las características que hacen que los automóviles de hoy sean más seguros y fáciles de conducir.