Temperatura de las baterías en los coches eléctricos. ¿Por qué es importante?

Con la revolución del mercado de automóvil, en el que todos los nuevos productos vienen con algún tipo de hibridación, las preguntas que más se hace la gente son ¿Cuánta autonomía tienen? Y ¿Cuánto durarán las baterías?. La autonomía depende del tipo de batería que se use, su tecnología, y su tamaño, dando para una entrada distinta y extensa, pero la vida útil y la autonomía también están relacionadas con la temperatura de la batería. Vamos a dar un repaso a las distintas soluciones que han ido encontrando los fabricantes para esto.

Los primeros, como el CitiCar de los años 70 o el Clio electrique de mediados de los 90, que no eran más que prototipos o modelos de nicho con pocas intenciones de venderse, usaban simples baterías de ácido-plomo, como las de 12V que hemos usado toda la vida en los coches hasta que llegaron las de gel con el start-stop. Según las necesidades se conectaban en serie o en paralelo, y evidentemente los sistemas de mantenimiento de temperatura en estos vehículos eran nulos.

Mención especial a los primeros aires acondicionados de coche eléctrico en los que conectaban el compresor a un motor eléctrico dedicado en vez de a la correa de accesorios de un motor de combustión.

General Motors GM EV1

Aquí pasamos al primer vehículo eléctrico con intención de venderse a gran escala. El GM EV1, del que ya os hemos hablado en alguna ocasión en Nergiza.

En las pruebas se determinó que el calor hacía que las baterías rindiesen mal en condiciones extremas, por ello el túnel de las baterías era capaz de refrigerarlas. Este coche también iba acompañado de otra innovación: bomba de calor. Hasta la fecha e incluso no hace mucho en modelos de gama baja la calefacción es eléctrica, con una resistencia que calienta el habitáculo.

Toyota Prius

En esta década, también entramos en la primera generación de híbridos, con el Toyota Prius lanzándose en 1997

El sistema de refrigeración es simple y es el que sigue usando Toyota hasta la fecha, así como otros fabricantes de híbridos e incluso algún híbrido enchufable.

Consiste en un ventilador en los asientos de atrás, que toma el aire del habitáculo del coche, normalmente enfriado por el aire acondicionado y más frío que el del exterior, y lo hace pasar a través de las celdas para enfriarlo. Para calentarlo lleva una resistencia auxiliar.

La electrónica de potencia y el motor eléctrico, situada bajo el capó, lleva un sistema de refrigeración líquida para mantenerse en temperaturas de trabajo.

Renault ZOE: Refrigeración por aire con una vuelta de tuerca.

En este caso lleva un módulo independiente del aire acondicionado, que gracias a la bomba de calor y un sistema de válvulas es capaz de refrigerar la batería de forma independiente del habitáculo, recirculándolo y haciéndolo pasar a través del evaporador.

Opel Ampera / Chevrolet Volt: Refrigeración líquida + aire acondicionado

Aquí GM está en un momento delicado para ellos, y se la juegan a sacar el que podemos considerar el primer híbrido enchufable, que realmente es un extensor de rango ya que el motor de gasolina en raro caso mueve las ruedas (hay polémica al respecto). Con tanta tensión no quieren problemas de fiabilidad, especialmente en las baterías, que es la parte de los coches a la que mas escéptica es el consumidor. Aplican un sistema que consiste en un intercambiador de calor al que llega el refrigerante, entre las celdas de la batería. Este refrigerante se lleva a un radiador en el morro del coche, y por si fuese innecesario en condiciones extremas, va conectado a otro intercambiador en el circuito de aire acondicionado, por lo que puede no solo disipar el calor sino refrigerar de forma activa. También tiene resistencias, siendo capaz de calentar la batería en climas fríos para evitar que sufra.

Esquema (complicado) del funcionamiento. Fuente: https://www.gm-volt.com/threads/the-chevrolet-volt-cooling-heating-systems-explained.336535/

Tesla octovalve: El santo grial de la climatización

Hasta ahora vemos como los fabricantes separan los sistemas para refrigerar la batería del habitáculo. Los ingenieros de Tesla disrumpen en el ambiente y crean la octovalve:

En este sistema que a priori parece tan complicado, tenemos 4 puertos de entrada y 4 puertos de salida. Todo lo que requiere refrigeración o calefacción del coche está interconexionado aquí. Estos sistemas son: El motor eléctrico, la batería, la electrónica de potencia, y el sistema de climatización del habitáculo.

Es capaz de intercambiar calor entre todos ellos, por ejemplo un día de invierno, que el motor eléctrico está caliente o la batería porque acabamos de cargar, y en el habitáculo demandamos calor. Un leaf equipado con bomba de calor, por ejemplo, intercambiaría el aire del habitáculo con el exterior. El Tesla, en vez de intercambiarlo con el exterior, que puede estar a 5ºC, lo intercambia con un motor que puede estar a 30 o 40ºC, haciendo que la bomba de calor sea mas eficiente. En verano, caso contrario, todo requiere refrigeración, por lo que es capaz de juntar el calor de todo, y con el compresor, enfriar el circuito de la octovalve intercambiando con el radiador del exterior. En un eléctrico donde prima la autonomía, se aumenta mucho al reducir los desperdicios energéticos. También es capaz de hacer funcionar el motor eléctrico de forma ineficiente para generar calor y maximizar con la bomba de calor para calentar el habitáculo. Adjunto dos imágenes del modo servicio donde me puse a cotillear mientras supercargaba, que es cuando más se calienta, donde se puede entender más fácilmente el funcionamiento de esta.

¿Con que nos sorprenderán en el futuro? Podrían emplear la gestión térmica con cambio de fase, complementando a los sistemas que existen actualmente. Esto es, utilizando materiales que absorben y liberan grandes cantidades de calor cuando cambian de fase (por ejemplo, de sólido a líquido). Estos materiales se colocarían cerca de las celdas de la batería, ayudando a mantener una temperatura estable durante las cargas y descargas.