Batería de vehículo eléctrico

Una batería de vehículo eléctrico (EVB) (también conocida como batería de tracción ) es una batería que se utiliza para alimentar los motores eléctricos de un vehículo eléctrico de batería (BEV) o un vehículo eléctrico híbrido (HEV). Estas baterías suelen ser baterías recargables (secundarias) y suelen ser baterías de iones de litio . Estas baterías están diseñadas específicamente para una capacidad de alto amperio -hora (o kilovatio-hora).

Corte del Nissan Leaf que muestra parte de la batería en 2009

Las baterías de vehículos eléctricos se diferencian de las baterías de arranque, iluminación e ignición (SLI) porque están diseñadas para proporcionar energía durante períodos prolongados de tiempo y son baterías de ciclo profundo . Las baterías para vehículos eléctricos se caracterizan por su relación potencia / peso relativamente alta , energía específica y densidad energética ; Son deseables baterías más pequeñas y ligeras porque reducen el peso del vehículo y, por lo tanto, mejoran su rendimiento. En comparación con los combustibles líquidos, la mayoría de las tecnologías de baterías actuales tienen una energía específica mucho menor , y esto a menudo afecta la autonomía máxima totalmente eléctrica de los vehículos.

El tipo de batería más común en los vehículos eléctricos modernos es el de iones de litio y el polímero de litio , debido a su alta densidad de energía en comparación con su peso. Otros tipos de baterías recargables que se utilizan en vehículos eléctricos incluyen plomo-ácido ("inundado", de ciclo profundo y plomo-ácido regulado por válvula ), níquel-cadmio , níquel-hidruro metálico y, con menos frecuencia, zinc-aire y níquel sódico. pilas de cloruro ("zebra") . [1] La cantidad de electricidad (es decir, carga eléctrica) almacenada en las baterías se mide en amperios hora o en culombios , y la energía total a menudo se mide en kilovatios-hora .

Desde finales de la década de 1990, los avances en la tecnología de baterías de iones de litio han sido impulsados ​​por demandas de dispositivos electrónicos portátiles, computadoras portátiles, teléfonos móviles y herramientas eléctricas. El mercado de BEV y HEV ha cosechado los beneficios de estos avances tanto en rendimiento como en densidad de energía. A diferencia de las químicas de las baterías anteriores, en particular de níquel-cadmio , las baterías de iones de litio se pueden descargar y recargar diariamente y en cualquier estado de carga.

El paquete de baterías representa un costo significativo de un BEV o un HEV. A diciembre de 2019 , el costo de las baterías de vehículos eléctricos ha caído un 87% desde 2010 por kilovatio-hora. [2] A partir de 2018, los vehículos con más de 400 km (250 millas) de autonomía totalmente eléctrica, como el Tesla Model S , se han comercializado y ahora están disponibles en numerosos segmentos de vehículos. [3]

En términos de costos operativos, el precio de la electricidad para hacer funcionar un BEV es una pequeña fracción del costo del combustible para motores de combustión interna equivalentes, lo que refleja una mayor eficiencia energética .

Antiguo: todavía se utilizan bancos de baterías de automóvil de plomo-ácido convencionales para la propulsión de algunos BEV.
Celda cilíndrica (18650) antes del montaje.
Electrónica de monitoreo de batería de iones de litio (protección contra sobrecargas y descargas)

Plomo-ácido

Las baterías de plomo-ácido inundadas son las más baratas y, en el pasado, las baterías de vehículos más comunes disponibles. Hay dos tipos principales de baterías de plomo-ácido: baterías de arranque de motor de automóvil y baterías de ciclo profundo. Las baterías de arranque de motor de automóvil están diseñadas para usar un pequeño porcentaje de su capacidad para proporcionar altas tasas de carga para arrancar el motor, mientras que las baterías de ciclo profundo se usan para proporcionar electricidad continua para hacer funcionar vehículos eléctricos como carretillas elevadoras o carritos de golf. [4] Las baterías de ciclo profundo también se utilizan como baterías auxiliares en vehículos recreativos, pero requieren una carga de varias etapas diferente. [5] Ninguna batería de plomo ácido debe descargarse por debajo del 50% de su capacidad, ya que acorta la vida útil de la batería. [5] Las baterías inundadas requieren la inspección de los niveles de electrolitos y el reemplazo ocasional del agua, que se elimina durante el ciclo de carga normal.

Anteriormente, la mayoría de los vehículos eléctricos usaban baterías de plomo-ácido debido a su tecnología madura, alta disponibilidad y bajo costo, con la notable excepción de algunos BEV tempranos, como el Detroit Electric, que usaba una batería de níquel-hierro . Las baterías de plomo de ciclo profundo son caras y tienen una vida útil más corta que el vehículo en sí, por lo general, deben reemplazarse cada 3 años.

Las baterías de plomo-ácido en aplicaciones de vehículos eléctricos terminan siendo una parte significativa (25-50%) de la masa final del vehículo. Como todas las baterías, tienen una energía específica significativamente menor que los combustibles derivados del petróleo, en este caso, de 30 a 50 Wh / kg. [6] Si bien la diferencia no es tan extrema como parece debido al tren de transmisión más liviano en un EV, incluso las mejores baterías tienden a generar masas más altas cuando se aplican a vehículos con un rango normal. La eficiencia (70–75%) y la capacidad de almacenamiento de la generación actual de baterías de plomo ácido de ciclo profundo comunes disminuyen con temperaturas más bajas, y el desvío de energía para hacer funcionar un serpentín de calentamiento reduce la eficiencia y el rango hasta en un 40%. [ cita requerida ]

La carga y el funcionamiento de las baterías suelen producir la emisión de hidrógeno , oxígeno y azufre , que se producen de forma natural y normalmente son inofensivos si se ventilan correctamente. Los primeros propietarios de Citicar descubrieron que, si no se ventilaba correctamente, los olores desagradables de azufre se filtrarían en la cabina inmediatamente después de la carga.

Las baterías de plomo-ácido alimentaban los primeros vehículos eléctricos modernos como las versiones originales del EV1 .

Hidruro metálico de níquel

Módulo de batería GM Ovonic NiMH

Las baterías de hidruro metálico de níquel ahora se consideran una tecnología relativamente madura . [7] Aunque son menos eficientes (60-70%) en la carga y descarga que incluso el plomo-ácido, tienen una energía específica de 30-80 Wh / kg, mucho más alta que el plomo-ácido. [6] Cuando se usan correctamente, las baterías de hidruro metálico de níquel pueden tener una vida útil excepcionalmente prolongada, como se ha demostrado en su uso en automóviles híbridos y en los vehículos eléctricos Toyota RAV4 de NiMH de primera generación supervivientes que aún funcionan bien después de 100.000 millas (160.000 km) y más de una década de servicio. [8] Las desventajas incluyen la baja eficiencia, alta autodescarga, ciclos de carga muy delicados y bajo rendimiento en climas fríos.

GM Ovonic produjo la batería NiMH utilizada en la segunda generación EV-1, [9] y Cobasys fabrica una batería casi idéntica (diez celdas NiMH de 1,2 V 85 Ah en serie en contraste con once celdas para la batería Ovonic). [10] Esto funcionó muy bien en el EV-1. [11] El gravamen de patentes ha limitado el uso de estas baterías en los últimos años. [12]

Cebra

La batería de cloruro de sodio y níquel o "Zebra" utiliza una sal de cloroaluminato de sodio (NaAlCl 4 ) fundida como electrolito. Una tecnología relativamente madura, la batería Zebra tiene una energía específica de 120 Wh / kg. Dado que la batería debe calentarse para su uso, el clima frío no afecta mucho su funcionamiento, excepto por el aumento de los costos de calefacción. Se han utilizado en varios vehículos eléctricos, como el vehículo comercial Modec . [13] Las baterías Zebra pueden durar unos pocos miles de ciclos de carga y no son tóxicas. Las desventajas de la batería Zebra incluyen una potencia específica deficiente (<300 W / kg) y el requisito de tener que calentar el electrolito a aproximadamente 270 ° C (518 ° F), lo que desperdicia algo de energía, presenta dificultades en el almacenamiento a largo plazo de carga y es potencialmente un peligro. [14]

Iones de litio

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Un hombre cortando una batería de iones de litio para su uso en un vehículo eléctrico

Las baterías de iones de litio (y el polímero de litio mecánicamente similar) se desarrollaron y comercializaron inicialmente para su uso en computadoras portátiles y electrónica de consumo. Con su alta densidad de energía y su largo ciclo de vida, se han convertido en el tipo de batería líder para su uso en vehículos eléctricos. La primera química de iones de litio comercializada fue un cátodo de óxido de cobalto de litio y un ánodo de grafito demostrados por primera vez por N. Godshall en 1979, y por John Goodenough y Akira Yoshino poco después. [15] [16] [17] [18] La desventaja de las baterías de iones de litio tradicionales incluye la sensibilidad a la temperatura, el rendimiento de energía a baja temperatura y la degradación del rendimiento con el tiempo. [19] Debido a la volatilidad de los electrolitos orgánicos, la presencia de óxidos metálicos altamente oxidados y la inestabilidad térmica de la capa SEI del ánodo, las baterías tradicionales de iones de litio presentan un riesgo de seguridad contra incendios si se perforan o cargan incorrectamente. [20] Estas primeras células no aceptaban ni suministraban carga cuando eran extremadamente frías, por lo que en algunos climas pueden ser necesarios calentadores para calentarlas. La madurez de esta tecnología es moderada. El Tesla Roadster (2008) y otros coches producidos por la empresa utilizaron una forma modificada de las tradicionales celdas de "batería de portátil" de iones de litio.

Los vehículos eléctricos recientes están utilizando nuevas variaciones en la química de iones de litio que sacrifican energía específica y potencia específica para proporcionar resistencia al fuego, respeto al medio ambiente, carga rápida (tan rápido como unos pocos minutos) y una vida útil más larga. Se ha demostrado que estas variantes (fosfatos, titanatos, espinelas, etc.) tienen una vida útil mucho más larga, con los tipos A123 que utilizan fosfato de hierro y litio que duran al menos más de 10 años y más de 7000 ciclos de carga / descarga, [21] y LG Chem espera que sus baterías de espinela de litio y manganeso duren hasta 40 años. [ cita requerida ]

Se está trabajando mucho en baterías de iones de litio en el laboratorio. [22] El óxido de litio y vanadio ya se abrió camino en el prototipo de Subaru G4e , duplicando la densidad de energía [ cita requerida ] . Los nanocables de silicio, [23] [24] nanopartículas de silicio, [25] y las nanopartículas de estaño [26] [27] prometen varias veces la densidad de energía [ clarificación necesaria ] en el ánodo, mientras que el compuesto [28] [29] y la superrejilla [30 ] los cátodos también prometen importantes mejoras de densidad.

Nuevos datos han demostrado que la exposición al calor y el uso de carga rápida promueven la degradación de las baterías de iones de litio más que la edad y el uso real, y que la batería promedio de un vehículo eléctrico retendrá el 90% de su capacidad inicial después de 6 años y 6 meses. de servicio. Por ejemplo, la batería de un Nissan LEAF se degradará dos veces más rápido que la batería de un Tesla, porque el LEAF no tiene un sistema de enfriamiento activo para su batería. [31]

Capacidad de la batería

Los automóviles híbridos no enchufables tienen capacidades de batería entre 0,65 kWh ( Honda Civic Hybrid 2012 ) y 1,8 kWh ( Toyota Prius 2001 ).

Los coches híbridos enchufables tienen una capacidad de batería de entre 4,4 kWh ( Toyota Prius híbrido enchufable 2012 ) y 34 kWh ( Polestar 1 ).

Los coches totalmente eléctricos tienen una capacidad de batería de entre 6,0 kWh ( Renault Twizy 2012 ) y 100 kWh ( Tesla Model S 2012 y Tesla Model X 2015 ).

Prototipos de batería de polímero de iones de litio de 50 W⋅h / kg . Las celdas de iones de litio más nuevas pueden proporcionar hasta 265 W⋅h / kg y durar miles de ciclos de carga.

En 2010, los científicos de la Universidad Técnica de Dinamarca pagaron 10.000 dólares EE.UU. por una batería EV certificada con una capacidad de 25 kWh (es decir, 400 dólares EE.UU. / kWh), sin reembolsos ni recargos. [32] Dos de cada 15 productores de baterías podrían proporcionar los documentos técnicos necesarios sobre calidad y seguridad contra incendios. [33] En 2010 se estimó que pasarían como máximo 10 años antes de que el precio de la batería bajara a un tercio. [32]

Según un estudio de 2010, realizado por el Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos , el costo de un paquete de baterías de iones de litio fue de aproximadamente US $ 1.700 / kWh de energía utilizable, y considerando que un PHEV -10 requiere aproximadamente 2.0 kWh y un PHEV-40 aproximadamente. 8 kWh, el costo de fabricación del paquete de baterías para un PHEV-10 es de alrededor de US $ 3.000 y sube a US $ 14.000 para un PHEV-40. [34] [35] El MIT Technology Review estimó que el costo de los paquetes de baterías automotrices será de entre 225 y 500 dólares por kilovatio hora para 2020. [36] Un estudio de 2013 del American Council for an Energy-Efficient Economy informó que la batería los costos se redujeron de US $ 1300 / kWh en 2007 a US $ 500 / kWh en 2012. El Departamento de Energía de EE. UU. ha establecido objetivos de costos para su investigación de baterías patrocinada de US $ 300 / kWh en 2015 y US $ 125 / kWh para 2022. Reducciones de costos mediante Los avances en la tecnología de baterías y los mayores volúmenes de producción permitirán que los vehículos eléctricos enchufables sean más competitivos que los vehículos convencionales con motor de combustión interna. [37] En 2016, el mundo tenía una capacidad de producción de iones de litio de 41,57 GW⋅h. [38]

Los costos reales de las celdas están sujetos a mucho debate y especulación, ya que la mayoría de los fabricantes de vehículos eléctricos se niegan a discutir este tema en detalle. Sin embargo, en octubre de 2015, el fabricante de automóviles GM reveló en su Conferencia Empresarial Global anual que esperaban un precio de US $ 145 / kWh para las celdas de iones de litio para 2016, sustancialmente más bajo que las estimaciones de costos de otros analistas. GM también espera un costo de US $ 100 / kWh para fines de 2021. [39]

Según un estudio publicado en febrero de 2016 por Bloomberg New Energy Finance (BNEF), los precios de las baterías cayeron un 65% desde 2010 y un 35% solo en 2015, alcanzando los US $ 350 / kWh. El estudio concluye que los costos de las baterías están en una trayectoria para hacer que los vehículos eléctricos sin subsidios gubernamentales sean tan asequibles como los autos con motor de combustión interna en la mayoría de los países para 2022. BNEF proyecta que para 2040, los autos eléctricos de largo alcance costarán menos de US $ 22,000 expresados ​​en 2016 dolares. BNEF espera que los costos de las baterías de los autos eléctricos estén muy por debajo de los US $ 120 / kWh para 2030, y que caigan aún más a partir de entonces a medida que se disponga de nuevos productos químicos. [40] [41]

Comparación de la estimación del costo de la batería
Tipo de BateríaAñoCosto (US $ / kWh)
Li-ion2016130 [42] -145 [39]
Li-ion2014200–300 [43]
Li-ion2012500–600 [44]
Li-ion2012400 [45]
Li-ion2012520–650 [46]
Li-ion2012752 [46]
Li-ion2012689 [46]
Li-ion2013800–1000 [47]
Li-ion2010750 [48]
Hidruro de níquel-metal2004750 [49]
Hidruro de níquel-metal2013500–550 [47]
Hidruro de níquel-metal350 [50]
Plomo-ácido256,68

[51]

Comparación de estimaciones de duración de la batería
Tipo de BateríaAño de la estimaciónCiclosMillasAños
Li-ion2016> 4000 [51]1.000.000 [51]> 10 [52]
Li-ion2008100.000 [53]5 [53]
Li-ion60.0005
Li-ion20022-4 [54]
Li-ion1997> 1000 [55]
Hidruro de níquel-metal2001100.000 [56]4 [56]
Hidruro de níquel-metal1999> 90.000 [57]
Hidruro de níquel-metal200.000 [50]
Hidruro de níquel-metal19991000 [58]93.205,7 [58]
Hidruro de níquel-metal1995<2000 [59]
Hidruro de níquel-metal20022000 [54]
Hidruro de níquel-metal1997> 1000 [60]
Hidruro de níquel-metal1997> 1000 [55]
Plomo-ácido1997300–500 [55]3

En 2010, el profesor de baterías Poul Norby declaró que creía que las baterías de litio necesitarían duplicar su energía específica y reducir el precio de US $ 500 (2010) a US $ 100 por kWh de capacidad para tener un impacto en los automóviles de gasolina. [61] Citigroup indica 230 dólares EE.UU. / kWh.

La página oficial del plug-in Toyota Prius 2012 declara 21 kilómetros (13 millas) de autonomía y una capacidad de batería de 5,2 kWh con una relación de 4 kilómetros (2,5 millas) / kWh, mientras que el vehículo utilitario Addax (modelo 2015) ya alcanza los 110 kilómetros. (68,5 millas) o una relación de 7,5 kilómetros (4,6 millas) / kWh. [62]

Los coches eléctricos con batería tienen un consumo de energía de entre 2,5 millas (4,0 km) / kWh (85 MPGe ) y 5,0 millas (8,0 km) / kWh (135 MPGe).

El secretario de Energía de los Estados Unidos, Steven Chu, predijo que los costos de una batería de 40 millas de alcance bajarán de un precio en 2008 de 12.000 dólares EE.UU. a 3.600 dólares EE.UU. en 2015 y más a 1.500 dólares EE.UU. en 2020. [63] [64] iones de litio, Li -poly, las baterías de aluminio-aire y las baterías de zinc-aire han demostrado tener energías específicas lo suficientemente altas como para ofrecer un alcance y tiempos de recarga comparables a los de los vehículos convencionales de combustibles fósiles.

Paridad de costos

Los diferentes costos son importantes. Un problema es el precio de compra, el otro problema es el costo total de propiedad. A partir de 2015, los automóviles eléctricos son más caros de comprar inicialmente, pero más baratos de operar y, al menos en algunos casos, el costo total de propiedad puede ser menor.

Según Kammen et al., 2008 , los nuevos PEV serían rentables para los consumidores si los precios de las baterías bajaran de US $ 1300 / kWh a aproximadamente US $ 500 / kWh (de modo que la batería pueda pagarse por sí misma). [sesenta y cinco]

En 2010, se informó que el paquete de baterías del Nissan Leaf se produjo a un costo de 18.000 dólares estadounidenses. [66] Los costos de producción iniciales de Nissan en el lanzamiento del Leaf eran, por lo tanto, de aproximadamente 750 dólares EE.UU. por kilovatio hora (para la batería de 24 kWh). [66]

En 2012, McKinsey Quarterly vinculó los precios de las baterías con los precios de la gasolina sobre la base del costo total de propiedad de un automóvil a 5 años, estimando que US $ 3,50 / galón equivale a US $ 250 / kWh. [67] En 2017, McKinsey estimó que los automóviles eléctricos serán competitivos con un costo de paquete de baterías de 100 dólares EE.UU. / kWh (previsto alrededor de 2030), y espera que los costos de paquete sean de 190 dólares EE.UU. / kWh para 2020. [68]

En octubre de 2015, el fabricante de automóviles GM reveló en su Conferencia Comercial Global anual que esperaban un precio de 145 dólares por kilovatio hora para las celdas de iones de litio a partir de 2016. [39]

Paridad de rango

La paridad de autonomía significa que el vehículo eléctrico tiene la misma autonomía que un vehículo de combustión total promedio (500 kilómetros o 310 millas), con baterías de energía específica superior a 1  kWh / kg . [69] Mayor autonomía significa que los vehículos eléctricos recorrerían más kilómetros sin recarga.

Funcionarios japoneses y de la Unión Europea están en conversaciones para desarrollar conjuntamente baterías recargables avanzadas para automóviles eléctricos a fin de ayudar a las naciones a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Desarrollar una batería que pueda alimentar un vehículo eléctrico 500 kilómetros (310 millas) con una sola carga es factible, dijo el fabricante japonés de baterías GS Yuasa Corp. Sharp Corp y GS Yuasa se encuentran entre los fabricantes japoneses de celdas y baterías de energía solar que pueden beneficiarse de la cooperación . [70]

  • La batería de iones de litio en el AC Propulsion tzero proporciona de 400 a 500 km (200 a 300 millas) de alcance por carga (rango de carga única). [71] El precio de lista de este vehículo cuando se lanzó en 2003 era de 220.000 dólares EE.UU. [72]
  • Conduciendo en un Daihatsu Mira equipado con baterías de iones de litio de 74  kWh , el Japan EV Club ha logrado un récord mundial para un automóvil eléctrico: 1.003 kilómetros (623 millas) sin recargar.
  • Zonda Bus , en Jiangsu , China , ofrece el Zonda Bus New Energy con una autonomía eléctrica de 500 kilómetros (310 millas). [73] [ aclaración necesaria ]
  • El superdeportivo Rimac Concept One con batería de 82 kWh tiene una autonomía de 500 km. El coche está construido desde 2013.
  • El coche eléctrico puro BYD e6 con batería de 60 kWh tiene una autonomía de 300 km. [74]

Componentes internos

Paquete de baterías en el techo de un autobús eléctrico a batería
Camión eléctrico e-Force One. Paquete de baterías entre los ejes.

Los diseños de paquetes de baterías para vehículos eléctricos (EV) son complejos y varían ampliamente según el fabricante y la aplicación específica. Sin embargo, todos incorporan una combinación de varios sistemas de componentes mecánicos y eléctricos simples que realizan las funciones básicas requeridas del paquete.

Las celdas de batería reales pueden tener diferentes componentes químicos, formas físicas y tamaños según lo prefieran los distintos fabricantes de paquetes. Los paquetes de baterías siempre incorporarán muchas celdas discretas conectadas en serie y en paralelo para lograr los requisitos totales de voltaje y corriente del paquete. Los paquetes de baterías para todos los vehículos eléctricos con propulsión eléctrica pueden contener varios cientos de celdas individuales. Cada celda tiene un voltaje nominal de 3-4 voltios , dependiendo de su composición química.

Para ayudar en la fabricación y el ensamblaje, la gran pila de celdas generalmente se agrupa en pilas más pequeñas llamadas módulos. Varios de estos módulos se colocarán en un solo paquete. Dentro de cada módulo, las celdas se sueldan juntas para completar la ruta eléctrica para el flujo de corriente. Los módulos también pueden incorporar mecanismos de enfriamiento, monitores de temperatura y otros dispositivos. En la mayoría de los casos, los módulos también permiten monitorear el voltaje producido por cada celda de la batería en la pila mediante el uso de un Sistema de administración de batería (BMS). [75]

La pila de celdas de la batería tiene un fusible principal que limita la corriente del paquete en caso de cortocircuito. Se puede quitar un "enchufe de servicio" o "desconexión de servicio" para dividir la pila de baterías en dos mitades eléctricamente aisladas. Con el enchufe de servicio retirado, los terminales principales expuestos de la batería no presentan ningún peligro eléctrico de alto potencial para los técnicos de servicio. [75] [76]

El paquete de baterías también contiene relés o contactores que controlan la distribución de la energía eléctrica del paquete de baterías a los terminales de salida. En la mayoría de los casos, habrá un mínimo de dos relés principales que conectan la pila de celdas de la batería a los terminales de salida principal positivo y negativo del paquete, que luego suministran alta corriente al motor de accionamiento eléctrico. Algunos diseños de paquetes incluirán rutas de corriente alternativas para precargar el sistema de accionamiento a través de una resistencia de precarga o para alimentar un bus auxiliar que también tendrá sus propios relés de control asociados. Por razones de seguridad, estos relés están normalmente abiertos. [75] [76]

La batería también contiene una variedad de sensores de temperatura, voltaje y corriente. La recopilación de datos de los sensores del paquete y la activación de los relés del paquete se realizan mediante la Unidad de monitoreo de batería (BMU) o el Sistema de administración de batería (BMS) del paquete . El BMS también es responsable de las comunicaciones con el vehículo fuera del paquete de baterías. [75]

Recarga

Las baterías de los BEV deben recargarse periódicamente. Los BEV generalmente se cargan desde la red eléctrica (en casa o usando un punto de recarga en la calle o en una tienda ), que a su vez se genera a partir de una variedad de recursos domésticos, como carbón , energía hidroeléctrica , nuclear , gas natural y otros. La energía doméstica o de la red, como los paneles de células solares fotovoltaicas, la energía eólica o microhidroeléctrica también se puede utilizar y se promueve debido a las preocupaciones sobre el calentamiento global .

Con fuentes de alimentación adecuadas, generalmente se logra una buena vida útil de la batería a tasas de carga que no exceden la mitad de la capacidad de la batería por hora ( "0.5 C " ), [77] por lo tanto, toma dos o más horas para una carga completa, pero una carga más rápida es disponible incluso para baterías de gran capacidad. [78]

El tiempo de carga en el hogar está limitado por la capacidad del tomacorriente doméstico , a menos que se realicen trabajos de cableado eléctrico especializados. En los EE. UU., Canadá, Japón y otros países con electricidad de 110 voltios , una toma de corriente doméstica normal entrega 1,5 kilovatios . En los países europeos con electricidad de 230 voltios se pueden suministrar entre 7 y 14 kilovatios (monofásicos y trifásicos 230 V / 400 V (400 V entre fases), respectivamente). En Europa, una conexión a la red de 400 V (trifásica 230 V) es cada vez más popular ya que las casas más nuevas no tienen conexión de gas natural debido a las regulaciones de seguridad de la Unión Europea.

Tiempo de recarga

Los autos eléctricos como Tesla Model S , Renault Zoe , BMW i3 , etc., pueden recargar sus baterías al 80 por ciento en estaciones de carga rápida en 30 minutos. [79] [80] [81] [82] Por ejemplo, la carga de un Tesla Model 3 Long Range en un Supercargador Tesla Versión 3 de 250 kW pasó de un estado de carga del 2% con 9,7 km (6 millas) de alcance al estado del 80% de carga con 240 millas (390 km) de alcance en 27 minutos, lo que equivale a 520 millas (840 km) por hora. [83]

Conectores

La potencia de carga se puede conectar al coche de dos formas. La primera es una conexión eléctrica directa conocida como acoplamiento conductor . Esto puede ser tan simple como un cable de alimentación en un enchufe resistente a la intemperie a través de cables especiales de alta capacidad con conectores para proteger al usuario de altos voltajes . El estándar moderno para la carga de vehículos enchufables es el conector conductor SAE 1772 (IEC 62196 Tipo 1) en los EE. UU. La ACEA ha elegido el VDE-AR-E 2623-2-2 (IEC 62196 Tipo 2) para su implementación en Europa, lo que, sin un pestillo, significa requisitos de energía adicionales innecesarios para el mecanismo de bloqueo. [ cita requerida ]

El segundo enfoque se conoce como carga inductiva . Se inserta una 'paleta' especial en una ranura del automóvil. La paleta es un devanado de un transformador , mientras que el otro está integrado en el automóvil. Cuando se inserta la paleta, completa un circuito magnético que proporciona energía a la batería. En un sistema de carga inductiva, [84] un devanado está unido a la parte inferior del automóvil y el otro permanece en el piso del garaje. La ventaja del enfoque inductivo es que no hay posibilidad de electrocución ya que no hay conductores expuestos, aunque los enclavamientos, conectores especiales y detectores de falla a tierra pueden hacer que el acoplamiento conductor sea casi tan seguro. La carga inductiva también puede reducir el peso del vehículo al mover más componentes de carga fuera de la borda. [85] Un defensor de la carga inductiva de Toyota sostuvo en 1998 que las diferencias generales de costos eran mínimas, mientras que un defensor de la carga conductiva de Ford sostuvo que la carga conductiva era más rentable. [85]

Puntos de recarga

A abril de 2020, hay 93.439 ubicaciones y 178.381 estaciones de carga de vehículos eléctricos en todo el mundo. [86]

Rango de recorrido antes de recargar

El alcance de un BEV depende del número y tipo de baterías utilizadas. El peso y el tipo de vehículo, así como el terreno, el clima y el rendimiento del conductor también influyen, al igual que en el kilometraje de los vehículos tradicionales . El rendimiento de conversión de un vehículo eléctrico depende de varios factores, incluida la química de la batería:

  • Las baterías de plomo-ácido son las más asequibles y económicas. Tales conversiones generalmente tienen un rango de 30 a 80 km (20 a 50 millas). Los vehículos eléctricos de producción con baterías de plomo-ácido tienen una capacidad de hasta 130 km (80 millas) por carga.
  • Las baterías de NiMH tienen una energía específica más alta que las de plomo-ácido; Los vehículos eléctricos prototipo ofrecen hasta 200 km (120 millas) de alcance.
  • Los nuevos vehículos eléctricos equipados con baterías de iones de litio brindan de 320 a 480 km (200 a 300 millas) de autonomía por carga. [87] El litio también es menos caro que el níquel. [88]
  • Las baterías de níquel-zinc son más baratas y ligeras que las de níquel-cadmio . También son más baratas (pero no tan ligeras) que las baterías de iones de litio. [89]

La resistencia interna de algunas baterías puede aumentar significativamente a baja temperatura [90], lo que puede provocar una reducción notable en la autonomía del vehículo y en la vida útil de la batería.

Encontrar el equilibrio económico entre autonomía y rendimiento, capacidad de la batería frente al peso y tipo de batería frente al costo desafía a todos los fabricantes de vehículos eléctricos.

Con un sistema de CA o un sistema de CC avanzado, el frenado regenerativo puede extender el alcance hasta en un 50% en condiciones de tráfico extremas sin detenerse por completo. De lo contrario, el rango se amplía entre un 10 y un 15% en la conducción en ciudad y solo de forma insignificante en la conducción en carretera, dependiendo del terreno.

Los BEV (incluidos autobuses y camiones) también pueden utilizar remolques de grupos electrógenos y remolques de empuje para ampliar su alcance cuando se desee sin el peso adicional durante el uso normal de corto alcance. Los remolques de canasta descargados se pueden reemplazar por otros recargados en ruta. Si se alquila, los costos de mantenimiento se pueden diferir a la agencia.

Algunos BEV pueden convertirse en vehículos híbridos dependiendo del tipo de energía y tren motriz del remolque y del automóvil.

Remolques

La capacidad de la batería auxiliar transportada en los remolques puede aumentar la autonomía general del vehículo, pero también aumenta la pérdida de potencia derivada de la resistencia aerodinámica , aumenta los efectos de transferencia de peso y reduce la capacidad de tracción .

Intercambio y eliminación

Una alternativa a la recarga es cambiar las baterías agotadas o casi agotadas (o módulos de extensión de rango de batería ) por baterías completamente cargadas. Esto se llama cambio de batería y se realiza en estaciones de intercambio . [91]

Las características de las estaciones de intercambio incluyen: [92]

  1. El consumidor ya no se preocupa por el costo de capital de la batería, el ciclo de vida, la tecnología, el mantenimiento o los problemas de garantía;
  2. El intercambio es mucho más rápido que la carga: el equipo de intercambio de baterías construido por la firma Better Place ha demostrado intercambios automáticos en menos de 60 segundos; [93]
  3. Las estaciones de intercambio aumentan la viabilidad del almacenamiento distribuido de energía a través de la red eléctrica;

Las preocupaciones sobre las estaciones de intercambio incluyen:

  1. Posibilidad de fraude (la calidad de la batería solo se puede medir durante un ciclo de descarga completo; la vida útil de la batería solo se puede medir en ciclos de descarga repetidos; los que participan en la transacción de intercambio no pueden saber si están desgastando o disminuyendo la eficacia de la batería; la calidad de la batería se degrada lentamente durante tiempo, por lo que las baterías gastadas se introducirán gradualmente en el sistema)
  2. Falta de voluntad de los fabricantes para estandarizar el acceso a las baterías / los detalles de implementación [94]
  3. Problemas de seguridad [94]

Relleno

Las baterías de flujo de zinc-bromo se pueden recargar con un líquido, en lugar de recargarse con conectores, lo que ahorra tiempo.

Ciclo de vida de las baterías para vehículos eléctricos de litio

Esquema del ciclo de vida de las baterías de vehículos eléctricos. Adaptado de Engel et al. [95]

Hay principalmente cuatro etapas durante el ciclo de vida de las baterías de vehículos eléctricos de litio: la fase de materias primas, la fabricación de la batería, la fase de operación y la fase de gestión del final de su vida útil. Como se muestra en el esquema del ciclo de vida de las baterías de los vehículos eléctricos, durante la primera etapa, los materiales de tierras raras se extraen en diferentes partes del mundo. Después de que se refinan en las fábricas de preprocesamiento, las empresas de fabricación de baterías se hacen cargo de estos materiales y comienzan a producir baterías y ensamblarlas en paquetes. Estos paquetes de baterías se envían luego a las empresas de fabricación de automóviles para la integración de vehículos eléctricos. En la última etapa, si no se implementa una gestión, los materiales valiosos de las baterías podrían desperdiciarse potencialmente. Una buena fase de gestión del final de la vida útil intentará cerrar el círculo. Los paquetes de baterías usados ​​se reutilizarán como almacenamiento estacionario o se reciclarán según el estado de salud de la batería (SOH). [95]

El ciclo de vida de la batería es bastante largo y requiere una estrecha cooperación entre empresas y países. Actualmente, la fase de materias primas y la fase de fabricación y operación de baterías están bien establecidas. La fase de gestión del final de la vida útil tiene dificultades para crecer, especialmente el proceso de reciclaje, principalmente debido a la economía. Por ejemplo, solo el 6% de las baterías de iones de litio se recolectaron para su reciclaje en 2017-2018 en Australia. [96] Sin embargo, cerrar el círculo es extremadamente importante. No solo debido a un suministro limitado previsto de níquel, cobalto y litio en el futuro, también el reciclaje de baterías de vehículos eléctricos tiene el potencial de maximizar el beneficio ambiental. Xu y col. predijo que en el escenario de desarrollo sostenible, el litio, el cobalto y el níquel alcanzarán o superarán la cantidad de reservas conocidas en el futuro si no hay reciclaje. [97] Ciez y Whitacre descubrieron que mediante el reciclaje de baterías se podrían evitar algunas emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de la minería. [98]

Emisiones de reciclaje de baterías en la red eléctrica promedio de EE. UU. (a, b) para celda cilíndrica y (c, d) para celda de bolsa. Adaptado de Ciez y Whitacre [98]
Proceso de fabricación de baterías para vehículos eléctricos

Para desarrollar una comprensión más profunda del ciclo de vida de las baterías de los vehículos eléctricos, es importante analizar las emisiones asociadas con las diferentes fases. Usando celdas cilíndricas NMC como ejemplo, Ciez y Whitacre encontraron que alrededor de 9 kg de CO 2 e kg de batería - 1 se emiten durante el preprocesamiento de materias primas y la fabricación de baterías en la red eléctrica promedio de EE. UU. La mayor parte de las emisiones provino de la preparación de materiales que representan más del 50% de las emisiones. Si se utiliza una celda de bolsa NMC, la emisión total aumenta a casi 10 kg de CO 2 e kg de batería - 1, mientras que la fabricación de materiales aún contribuye a más del 50% de la emisión. [98] Durante la fase de gestión del final de la vida útil, el proceso de restauración añade pocas emisiones a las emisiones del ciclo de vida. El proceso de reciclaje, por otro lado, como lo sugieren Ciez y Whitacre emite una cantidad significativa de GEI. Como se muestra en el diagrama de emisiones de reciclaje de baterías ayc, la emisión del proceso de reciclaje varía con los diferentes procesos de reciclaje, diferentes productos químicos y diferentes factores de forma. Por lo tanto, la emisión neta evitada en comparación con el no reciclado también varía con estos factores. De un vistazo, como se muestra en el gráfico byd, el proceso de reciclaje directo es el proceso más ideal para reciclar baterías de celda de bolsa, mientras que el proceso hidrometalúrgico es más adecuado para baterías de tipo cilíndrico. Sin embargo, con las barras de error mostradas, el mejor enfoque no se puede elegir con confianza. Vale la pena señalar que para la química de los fosfatos de hierro y litio (LFP), el beneficio neto es negativo. Debido a que las células LFP carecen de cobalto y níquel, que son costosas y de producción intensiva en energía, su extracción es energéticamente más eficiente. En general, además de promover el crecimiento de un solo sector, se debe realizar un esfuerzo más integrado para reducir las emisiones del ciclo de vida de las baterías de los vehículos eléctricos. Un suministro total finito de material de tierras raras aparentemente puede justificar la necesidad de reciclaje. Pero el beneficio medioambiental del reciclaje necesita un examen más detenido. Basado en la tecnología de reciclaje actual, el beneficio neto del reciclaje depende de los factores de forma, la química y el proceso de reciclaje elegido.

Fabricación

Hay principalmente tres etapas durante el proceso de fabricación de baterías para vehículos eléctricos: fabricación de materiales, fabricación de células e integración, como se muestra en el gráfico Proceso de fabricación de baterías para vehículos eléctricos en color gris, verde y naranja, respectivamente. Este proceso mostrado no incluye la fabricación de hardware de celda, es decir, carcasas y colectores de corriente. Durante el proceso de fabricación de materiales, primero se mezclan el material activo, los aditivos de conductividad, el aglutinante polimérico y el disolvente. Después de esto, se recubren sobre los colectores actuales listos para el proceso de secado. Durante esta etapa, los métodos para fabricar materiales activos dependen del electrodo y la química. Para el cátodo, dos de los productos químicos más populares son los óxidos de metales de transición, es decir, óxidos de litio, níquel, manganeso y cobalto (Li-NMC) y fosfatos de metal de litio, es decir, fosfatos de litio y hierro (LFP). Para el ánodo, la química más popular ahora es el grafito. Sin embargo, recientemente ha habido muchas empresas que han comenzado a fabricar ánodo mixto de Si ( Sila Nanotech , Prologium ) y ánodo de metal Li ( Cuberg , Solid Power ). En general, para la producción de materiales activos, hay tres pasos: preparación de materiales, procesamiento de materiales y refinamiento. Schmuch y col. discutió la fabricación de materiales en mayor detalle. [99]

En la etapa de fabricación de la celda, el electrodo preparado se procesará a la forma deseada para su envasado en formato cilíndrico, rectangular o de bolsa. Luego, después de llenar los electrolitos y sellar las celdas, las celdas de la batería se ciclan cuidadosamente para formar SEI que protege el ánodo. Luego, estas baterías se ensamblan en paquetes listos para la integración del vehículo. Kwade y col. discuta el proceso general de fabricación de baterías con mayor detalle.

Reutilización y reutilización

Cuando una batería de EV se degrada del 70% al 80% de su capacidad original, se define que llegará al final de su vida útil. Uno de los métodos de gestión de residuos es reutilizar el paquete. Al reutilizar el paquete para almacenamiento estacionario, se puede extraer más valor del paquete de baterías al tiempo que se reduce el impacto del ciclo de vida por kWh. Sin embargo, no es fácil habilitar la segunda vida útil de la batería. Varios desafíos obstaculizan el desarrollo de la industria de reacondicionamiento de baterías.

En primer lugar, se produce una degradación desigual y no deseada de la batería durante el funcionamiento del vehículo eléctrico. Cada celda de la batería podría degradarse de manera diferente durante el funcionamiento. Actualmente, la información del estado de salud (SOH) de un sistema de gestión de baterías (BMS) se puede extraer a nivel de paquete. Obtener el estado celular de la información de salud requiere BMS de próxima generación. Además, debido a que muchos factores podrían contribuir al bajo nivel de SOH al final de la vida útil, como la temperatura durante la operación, el patrón de carga / descarga y la degradación del calendario, el mecanismo de degradación podría ser diferente. Por lo tanto, el simple hecho de conocer el SOH no es suficiente para garantizar la calidad del paquete reacondicionado. Para resolver este desafío, los ingenieros pueden mitigar la degradación mediante la ingeniería del sistema de gestión térmica de próxima generación. Para comprender completamente la degradación dentro de la batería, los métodos computacionales, incluido el método del primer principio, el modelo basado en la física y el método basado en el aprendizaje automático, deben trabajar juntos para identificar los diferentes modos de degradación y cuantificar el nivel de degradación después de operaciones severas. Por último, se deben utilizar herramientas de características de batería más eficientes, por ejemplo, espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) para garantizar la calidad de la batería. [100] [101]

Ejemplos de proyectos de almacenamiento que utilizan baterías para vehículos eléctricos de segunda vida. Adaptado de Awan [100]

En segundo lugar, es costoso y requiere mucho tiempo desmontar módulos y celdas. Después del último punto, el primer paso es probar para determinar el SOH restante de los módulos de batería. Esta operación puede variar para cada sistema retirado. A continuación, el módulo debe estar completamente descargado. Luego, el paquete debe desmontarse y reconfigurarse para cumplir con los requisitos de potencia y energía de la aplicación de segunda vida. Es importante tener en cuenta que se requieren trabajadores calificados y herramientas especializadas para desmontar las baterías de vehículos eléctricos de alto peso y alto voltaje. Además de las soluciones discutidas en la sección anterior, una empresa de remodelación puede vender o reutilizar la energía descargada del módulo para reducir el costo de este proceso. Para acelerar el proceso de desmontaje, se han realizado varios intentos de incorporar robots en este proceso. En este caso, los robots pueden manejar tareas más peligrosas aumentando la seguridad del proceso de desmantelamiento. [100] [102]

En tercer lugar, la tecnología de las baterías no es transparente y carece de estándares. Debido a que el desarrollo de la batería es la parte central de los vehículos eléctricos, es difícil para el fabricante etiquetar la química exacta del cátodo, el ánodo y los electrolitos en el paquete. Además, la capacidad y el diseño de las celdas y los paquetes cambian anualmente. La empresa de restauración debe trabajar en estrecha colaboración con el fabricante para tener una actualización oportuna de esta información. Por otro lado, el gobierno puede establecer un estándar de etiquetado. [100]

Por último, el proceso de restauración agrega costos a las baterías usadas. Desde 2010, los costos de la batería han disminuido en más del 85%, lo que es significativamente más rápido que la predicción. Debido al costo adicional de reacondicionamiento, la unidad reacondicionada puede ser menos atractiva que las baterías nuevas en el mercado. [103]

No obstante, ha habido varios éxitos en la aplicación de segunda vida, como se muestra en los ejemplos de proyectos de almacenamiento que utilizan baterías para vehículos eléctricos de segunda vida. Se utilizan en aplicaciones de almacenamiento estacionario menos exigentes como reducción de picos o almacenamiento adicional para fuentes de generación basadas en energías renovables. [100]

Reciclaje
Ejemplos de instalaciones actuales de reciclaje de baterías de iones de litio. Adaptado de Awan [100]

Aunque la vida útil de la batería se puede extender habilitando una aplicación de segunda vida, en última instancia, las baterías de los vehículos eléctricos deben reciclarse. Actualmente, existen cinco tipos de procesos de reciclaje: Recuperación pirometalúrgica, Separación de materiales físicos, Recuperación hidrometalúrgica de metales, Método de reciclaje directo y Recuperación biológica de metales. Los procesos más utilizados son los tres primeros procesos enumerados, como se muestra en los ejemplos de las instalaciones actuales de reciclaje de baterías de iones de litio. Los dos últimos métodos todavía están a escala de laboratorio o piloto, sin embargo, pueden evitar potencialmente la mayor cantidad de emisiones de la minería.

El proceso pirometalúrgico implica quemar los materiales de la batería con escoria, piedra caliza, arena y coque para producir una aleación de metal utilizando un horno de alta temperatura. Los materiales resultantes son una aleación metálica, escoria y gases. Los gases comprenden moléculas que se evaporan de los componentes del electrolito y aglutinante. La aleación de metal se puede separar mediante procesos hidrometalúrgicos en materiales constituyentes. La escoria, que es una mezcla de metales aluminio, manganeso y litio, puede recuperarse mediante procesos hidrometalúrgicos o utilizarse en la industria del cemento. Este proceso es muy versátil y relativamente seguro. Debido a que no se necesita una clasificación previa, puede funcionar con una amplia variedad de baterías. Además, debido a que se quema toda la celda, el metal de los colectores de corriente podría ayudar al proceso de fundición y debido a la reacción exotérmica de la quema de plásticos de arena con electrolitos, el consumo de energía también se puede reducir. Sin embargo, este proceso todavía requiere un consumo de energía relativamente mayor y solo se puede recuperar un número limitado de materiales. Separación de materiales físicos materiales recuperados mediante trituración mecánica y aprovechamiento de propiedades físicas de diferentes componentes como tamaño de partícula, densidad, ferromagnetismo e hidrofobicidad. Las carcasas de cobre, aluminio y acero se pueden recuperar por clasificación. Los materiales restantes, denominados "masa negra", que están compuestos por níquel, cobalto, litio y manganeso, necesitan un tratamiento secundario para recuperarse. Para el proceso hidrometalúrgico, los materiales del cátodo deben triturarse para eliminar el colector de corriente. Luego, los materiales del cátodo se lixivian mediante soluciones acuosas para extraer los metales deseados de los materiales del cátodo. El reciclaje directo de cátodos, como su nombre sugiere, extrae los materiales directamente, produciendo un poder de cátodo que está listo para ser utilizado como nuevo material prístino de cátodo. Este proceso implica la extracción del electrolito utilizando CO 2 líquido o supercrítico . Una vez que se reduce el tamaño de los componentes recuperados, los materiales del cátodo se pueden separar. Para la recuperación o biolixiviación de metales biológicos, el proceso utiliza microorganismos para digerir los óxidos metálicos de forma selectiva. Luego, los recicladores pueden reducir estos óxidos para producir nanopartículas metálicas. Aunque la biolixiviación se ha utilizado con éxito en la industria minera, este proceso aún es incipiente para la industria del reciclaje y existen muchas oportunidades para una mayor investigación. [98] [100] [102]

Se han realizado muchos esfuerzos en todo el mundo para promover el desarrollo y la implementación de tecnologías de reciclaje. En los EE. UU., Las Oficinas de Tecnologías de Vehículos del Departamento de Energía (VTO) estableció dos esfuerzos dirigidos a la innovación y la viabilidad de los procesos de reciclaje. El centro de RD de reciclaje de litio ReCell reúne a tres universidades y tres laboratorios nacionales para desarrollar tecnologías de reciclaje innovadoras y eficientes. En particular, el método de reciclaje directo de cátodos fue desarrollado por el centro ReCell. Por otro lado, VTO también creó el premio de reciclaje de baterías para incentivar a los empresarios estadounidenses a encontrar soluciones innovadoras para resolver los desafíos actuales. [104]

Vehículo a red

La red inteligente permite que los BEV proporcionen energía a la red en cualquier momento, especialmente:

  • Durante los períodos de carga máxima (cuando el precio de venta de la electricidad puede ser muy alto. Los vehículos se pueden recargar durante las horas de menor actividad a tarifas más económicas, lo que ayuda a absorber el exceso de generación nocturna. Los vehículos sirven como un sistema de almacenamiento de batería distribuido para amortiguar la energía. )
  • Durante apagones , como fuentes de energía de respaldo.

Seguridad

Los problemas de seguridad de los vehículos eléctricos a batería se tratan en gran medida en la norma internacional ISO 6469 . Este estándar se divide en tres partes:

  • Almacenamiento de energía eléctrica a bordo, es decir, la batería
  • Medios de seguridad funcional y protección contra averías
  • Protección de personas contra peligros eléctricos.

Los bomberos y el personal de rescate reciben capacitación especial para lidiar con los voltajes y productos químicos más altos que se encuentran en los accidentes de vehículos eléctricos e híbridos. Si bien los accidentes de BEV pueden presentar problemas inusuales, como incendios y humos resultantes de la descarga rápida de la batería, muchos expertos coinciden en que las baterías de BEV son seguras en vehículos disponibles comercialmente y en colisiones traseras, y son más seguras que los autos propulsados ​​por gasolina con tanques de gasolina traseros. . [105]

Por lo general, las pruebas de rendimiento de la batería incluyen la determinación de:

  • Estado de carga (SOC)
  • Estado de salud (SOH)
  • Eficiencia energética

Las pruebas de rendimiento simulan los ciclos de conducción para los trenes de transmisión de los vehículos eléctricos de batería (BEV), los vehículos eléctricos híbridos (HEV) y los vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) según las especificaciones requeridas por los fabricantes de automóviles ( OEM ). Durante estos ciclos de conducción, se puede realizar un enfriamiento controlado de la batería, simulando las condiciones térmicas en el automóvil.

Además, las cámaras climáticas controlan las condiciones ambientales durante las pruebas y permiten la simulación del rango completo de temperatura del automóvil y las condiciones climáticas. [ cita requerida ]

Patentes

Las patentes pueden utilizarse para suprimir el desarrollo o despliegue de tecnología de baterías. Por ejemplo, las patentes relacionadas con el uso de células de hidruro metálico de níquel en automóviles estaban en manos de una filial de Chevron Corporation , una empresa petrolera, que mantenía el poder de veto sobre cualquier venta o concesión de licencias de tecnología NiMH. [106] [107]

A diciembre de 2019, se prevé invertir miles de millones de euros en investigación en todo el mundo para mejorar las baterías. [108] [109]

Europa tiene planes de realizar grandes inversiones en el desarrollo y la producción de baterías para vehículos eléctricos, e Indonesia también apunta a producir baterías para vehículos eléctricos en 2023, invitando a la empresa china de baterías GEM y Contemporary Amperex Technology Ltd a invertir en Indonesia. [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117]

Ultracondensadores

Los condensadores eléctricos de doble capa (o "ultracondensadores") se utilizan en algunos vehículos eléctricos, como el prototipo del concepto AFS Trinity, para almacenar energía rápidamente disponible con su alta potencia específica , a fin de mantener las baterías dentro de los límites seguros de calentamiento resistivo y prolongar la vida útil de la batería. . [118] [119]

Dado que los ultracondensadores disponibles comercialmente tienen una energía específica baja, ningún automóvil eléctrico de producción utiliza ultracondensadores exclusivamente.

En enero de 2020, Elon Musk , CEO de Tesla , declaró que los avances en la tecnología de baterías de iones de litio han hecho que los ultracondensadores sean innecesarios para los vehículos eléctricos. [120]

Promoción en Estados Unidos

En 2009, el presidente Barack Obama anunció 48 nuevos proyectos avanzados de baterías y propulsores eléctricos que recibirían US $ 2.4 mil millones en fondos bajo la Ley de Recuperación y Reinversión de Estados Unidos . El gobierno afirmó que estos proyectos acelerarían el desarrollo de la capacidad de fabricación estadounidense de baterías y componentes de propulsión eléctrica, así como el despliegue de vehículos de propulsión eléctrica, ayudando a establecer el liderazgo estadounidense en la creación de la próxima generación de vehículos avanzados. [121]

El anuncio marcó la mayor inversión en tecnología avanzada de baterías para vehículos híbridos y de propulsión eléctrica jamás realizada. Los funcionarios de la industria esperaban que esta inversión de US $ 2.4 mil millones, junto con otros US $ 2.4 mil millones en costos compartidos de los ganadores del premio, resultaría directamente en la creación de decenas de miles de empleos de manufactura en las industrias automotriz y de baterías de EE. UU.

Los premios cubren US $ 1.5 mil millones en subvenciones a fabricantes con sede en Estados Unidos para producir baterías y sus componentes y para expandir la capacidad de reciclaje de baterías.

  • El vicepresidente de Estados Unidos, Joe Biden, anunció en Detroit más de mil millones de dólares en subvenciones a empresas y universidades con sede en Michigan. Como reflejo del liderazgo del estado en la fabricación de energía limpia, las empresas e instituciones de Michigan recibieron la mayor parte de las subvenciones de todos los estados. Dos empresas, A123 Systems y Johnson Controls , recibirían un total de aproximadamente 550 millones de dólares EE.UU. para establecer una base de fabricación en el estado para baterías avanzadas, y otras dos, Compact Power y Dow Kokam , [122] recibirían un total de más de EE.UU. $ 300 millones para fabricar celdas y materiales de batería. Los grandes fabricantes de automóviles con sede en Michigan, incluidos GM, Chrysler y Ford, recibirían un total de más de 400 millones de dólares para fabricar baterías y componentes de propulsión eléctrica. Tres instituciones educativas en Michigan, la Universidad de Michigan , la Universidad Estatal de Wayne en Detroit y la Universidad Tecnológica de Michigan en Houghton, en la Península Superior, recibirían un total de más de 10 millones de dólares para programas de educación y capacitación de la fuerza laboral para capacitar a investigadores y técnicos. y proveedores de servicios, y realizar investigaciones de consumidores para acelerar la transición hacia vehículos y baterías avanzados.
  • El secretario de Energía de EE. UU., Steven Chu, visitó Celgard , [123] en Charlotte, Carolina del Norte , para anunciar una subvención de 49 millones de dólares para que la empresa amplíe su capacidad de producción de separadores para atender el aumento esperado de la demanda de baterías de iones de litio de las instalaciones de fabricación en los Estados Estados. Celgard planeaba expandir su capacidad de fabricación en Charlotte, Carolina del Norte, y la cercana Concord, Carolina del Norte , [124] y la compañía esperaba que la nueva producción de separadores entrara en funcionamiento en 2010. Celgard esperaba que se pudieran crear aproximadamente cientos de puestos de trabajo, con el primero de esos trabajos comenzó en el otoño de 2009.
  • La administradora de la EPA, Lisa Jackson, estaba en St. Petersburg, Florida, para anunciar una subvención de 95,5 millones de dólares para Saft America , Inc. [125] [126] para construir una nueva planta en Jacksonville en el sitio de la antigua base militar Cecil Field , para fabricamos celdas, módulos y paquetes de baterías de iones de litio para vehículos militares, industriales y agrícolas.
  • El subsecretario del Departamento de Transporte, John Porcari, visitó East Penn Manufacturing Co, [127] en Lyon Station, Pensilvania , para otorgar a la empresa una subvención de 32,5 millones de dólares estadounidenses para aumentar la capacidad de producción de sus baterías de plomo-ácido reguladas por válvulas y UltraBattery , una batería de plomo-ácido combinada con un supercondensador de carbono , para aplicaciones híbridas suaves y micro. [128]

Ejemplos de
  • Lista de vehículos híbridos
  • Lista de vehículos eléctricos de batería de producción
  • Lista de fabricantes de baterías para vehículos eléctricos
Relacionados
  • Bateria cargando
  • Unidad múltiple eléctrica a batería
  • Locomotora a batería
  • Tránsito de modo dual
  • Eficiencia energética del coche eléctrico
  • Almacenamiento de energía del volante
  • Lista de tipos de baterías
  • Batería de agua salada
  • El motor de tracción
  • Vehículo a red (V2G)

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  • Prueba de paquetes de baterías para vehículos eléctricos en un entorno de fabricación
  • Baterías de tracción para automóviles  : la nueva fiebre del oro 2010-2020 (IDTechEx)
  • Glosario de términos y definiciones sobre baterías
  • Informe anual de combustibles NACS 2011
  • Los fabricantes asiáticos liderarán el mercado de US $ 8 mil millones para baterías de vehículos eléctricos ( Pike Research )
  • Factores cruciales para el éxito de las baterías recargables en los vehículos, ex analista de investigación de Grail, abril de 2012
Construcción
  • Construcción de baterías de tracción
  • Imágenes de la construcción de baterías de automóviles