Sistemas de baterías de vehículos eléctricos y su desarrollo

Introducción:

Las baterías EV o baterías de vehículos eléctricos son sistemas de baterías construidos para vehículos eléctricos. Los vehículos eléctricos no son algo nuevo; ya hemos construido motores eléctricos y la infraestructura correspondiente entonces ¿qué falta? ¿Cómo es que no se han apoderado del mundo? El motivo es la batería. Sería más exacto decir sistema de batería EV. En este artículo, discutiremos los conceptos básicos de los sistemas de baterías EV y sus requisitos.

Al pensar en baterías, lo primero que se le viene a la cabeza es probablemente las baterías de dos celdas que usan sus pequeños dispositivos eléctricos o las baterías con las que funciona su Android o iOS. Pero bueno, estamos hablando de un vehículo aquí. Así que ese tamaño es un no-no. Necesitamos una batería más grande para alimentar incluso a los vehículos más básicos, y eso significa más carga y, por lo tanto, más requisitos de energía, más alcance y más almacenamiento. Mientras que, al mismo tiempo, no podemos esperar que una batería de ese tamaño no sea pesada. Así que agregue control de peso a la lista. ¿Mencionamos las condiciones ambientales? Tú entiendes. Son muchos requisitos y las baterías no son precisamente sencillas.

Requisitos de energía de la batería EV:

Para operar un vehículo de tamaño promedio, necesitará mucha energía. Mucho más que incluso un procesador de alto rendimiento o un monitor LCD. Un valor estimado de la potencia requerida para acelerar un vehículo típico en una carretera plana sin viento en contra es de alrededor de 61kW. Ahora, es mucha potencia para pedir por vehículo y tampoco desea un automóvil rezagado en un viaje cuesta arriba o en un día ventoso. Y sin mencionar el equilibrio de la resistencia interna para que sea lo suficientemente baja para la máxima potencia de salida.

Densidad de energía de los sistemas EV:

Ahora analicemos un término importante que encontrará a menudo mientras trabaja con sistemas de baterías EV, "densidad de energía". La densidad de energía, como su nombre lo indica, es energía almacenada por unidad de volumen. (La energía específica es energía por unidad de masa).

Las fuentes de combustible que se utilizan con mayor frecuencia tienen que ser la gasolina y el carbón en comparación con las baterías. Sin embargo, las baterías son más convenientes pero su densidad de energía y energía específica son menores que el carbón y la gasolina. Para poner las cosas en perspectiva, si comparamos la gasolina y una batería de iones de litio, el calor específico de la gasolina es 100 veces mayor. La gasolina también es 300 veces más alta en comparación con las baterías de plomo-ácido.

Sistemas de baterías eléctricas vs ICE (motor de combustión interna)

Sin embargo, en términos de eficiencia, un motor eléctrico es mejor que un ICE (motor de combustión interna). Pero, de nuevo, es difícil lograr rango con un motor eléctrico en comparación con un ICE. Por ejemplo, un vehículo a gasolina con un tanque más pequeño puede recorrer alrededor de 400 millas, mientras que el rango promedio de un automóvil eléctrico es de alrededor de 180 millas.

Si bien existen ofertas competitivas de gama superior, también existen desventajas. ¿Por qué no discutirlos antes de continuar?

• Los costos de fabricación de estas baterías son realmente altos y representan una gran parte del precio total de compra del EV.
• La recarga y descarga de tales baterías conduce a la degradación con el tiempo y no tenemos datos sólidos sobre el rendimiento a largo plazo de los sistemas de baterías. Por otro lado, los vehículos ICE pueden recorrer fácilmente hasta 100,000 millas si se les da el mantenimiento adecuado.
• La carga de tales baterías requiere mucho tiempo. Incluso los mejores supercargadores que Tesla tiene para ofrecer te harán esperar media hora más o menos.

 VE y la química involucrada:

La investigación para encontrar la mejor tecnología de batería no es nueva. Un documento del Laboratorio Nacional de Argonne publicado en 1994 enumeró una serie de 'sistemas de batería EV candidatos' que incluían plomo-ácido, níquel/cadmio, níquel/hierro, níquel/hidruro metálico, sodio/azufre, zinc/bromo, zinc/aire, cloruro de sodio/níquel, sulfuro de litio/hierro y polímero de litio. Se enumeraron según las energías específicas de los sistemas desde la más baja (plomo-ácido, es decir, 25 a 40 vatios-hora por kilogramo) hasta la más alta (polímero de litio, es decir, 100 a 200 vatios-hora por kilogramo).

Hoy en día, el sistema de batería favorito para vehículos eléctricos es el de iones de litio. EN 2012, el sistema de batería predominante anteriormente era el hidruro de níquel/metal (NiMH), pero hoy en día predomina el uso de iones de litio. Con el tiempo, los investigadores observaron que el ion de litio proporciona una mayor potencia de salida, tiene un calor específico más alto y, en general, tiene menos problemas. Para ver una animación sobre la funcionalidad de una batería de iones de litio, haga clic aquí .

El impacto de los vehículos eléctricos:

Como se dijo antes, los vehículos eléctricos no se han "tomado el control del mundo" exactamente. En cambio, los motores a base de gasolina y diesel todavía se usan mayoritariamente. Específicamente para viajes de larga distancia, los clientes seguirán prefiriendo los combustibles a base de petróleo en comparación con los sistemas de baterías. El mercado de vehículos eléctricos en los EE. UU. tampoco es grande. (Compare esto con la cuota de mercado de vehículos eléctricos de Noruega, que es unas 32 veces mayor que la de EE. UU.). El uso de vehículos eléctricos también es más común en países como China (cuyo mercado de vehículos eléctricos está creciendo el doble de rápido que el de EE. UU.)

Conclusión:

Parece que la industria de los vehículos eléctricos todavía está evolucionando. Hay muchos desarrollos necesarios que hacer antes de que los sistemas de baterías EV dominen el mundo. Su uso será muy beneficioso si se superan los principales obstáculos, como el precio y la practicidad, en los próximos años.