Duración de las baterías en coches eléctricos: Factores, mantenimiento y futuro

Una de las principales ventajas de un vehículo eléctrico es que sus costos de operación y mantenimiento son más bajos que los de un vehículo convencional. Al tener menos partes móviles, la complejidad y frecuencia con que se requiere de mantenimiento disminuye en los vehículos eléctricos.

Mantenimiento de vehículos eléctricos

Un plan de mantenimiento es una secuencia de tareas preventivas, predictivas y detectivas para la gestión de un equipo o un activo. En este caso, el plan de mantenimiento de un automóvil considera varias tareas sobre cada uno de los sistemas funcionales. Así, un plan de mantenimiento describe qué partes o piezas deben reemplazarse y en qué período. Los planes de mantenimiento preventivo sirven para hacer efectivas las garantías y mantener el funcionamiento óptimo del vehículo durante largos intervalos de tiempo.

Se puede abordar dos (2) tipos de planes según las condiciones de operación del vehículo:

1. Operaciones en condiciones más severas
2. Operaciones en condiciones menos severas

En promedio, los fabricantes estiman que llevando a cabo estos planes de mantenimiento, garantizan un correcto funcionamiento de la batería del vehículo eléctrico por alrededor de 8 años. El Plan 2 aplica en casos de conducción en autopista en condiciones templadas. El Plan 2 se caracteriza por intervalos de mantenimiento cada 12.000 km.

El punto más importante para considerar en la mantención de un vehículo eléctrico (VE) es la batería. Se debe tener cuidado de no exponerla a temperaturas extremas (ni muy frías ni muy cálidas). Para ello, algunos VEs cuentan con sistemas de gestión de temperatura, lo cual requerirá revisión de los líquidos refrigerantes con cierta frecuencia. Actualmente los fabricantes ofrecen garantías que rondan los 8 años o 160.000 km aproximadamente, tras lo cual la batería puede ser reemplazada.

Se estima que reemplazar la batería sería la mantención más costosa de un vehículo eléctrico por lo que una adecuada gestión de recarga durante su ciclo de vida y mantención periódica, son claves para extender en la mejor medida su vida útil. En caso de accidentes o fallas imprevistas muchos proveedores de vehículos eléctricos cuentan con paquetes de asistencia y mantenimiento con técnicos especializados.

Al igual que con el plan de mantenimiento, el mantenimiento correctivo es similar al de un vehículo convencional salvo cuando la falla ocurrió en uno de los sistemas propios del vehículo eléctrico: baterías y sistema de alimentación eléctricos, frenos regenerativos y motores eléctricos que son los principales sistemas presentes en los VEs.

La integración de múltiples sistemas en un vehículo de combustión interna, como el sistema de aire de admisión, sistema de aceite para lubricación, sistema de agua para refigerar, entre otros, los vuelve propensos a fallar. Es importante mencionar lo valiosa que es la batería en un VE. Otro punto en común son los frenos. Se estima que en los vehículos eléctricos las visitas al mecánico por concepto de frenos se reduzcan a la mitad.

En cuanto a los cambios de fluidos como aceites o refrigerantes, el vehículo eléctrico sólo requiere cambios periódicos de refrigerantes que son destinados a cuidar la vida útil de las baterías. Es importante recordar que el vehículo eléctrico tiene menos partes móviles que un vehículo convencional. Si bien la transmisión puede ser similar, un motor eléctrico solo tiene una pieza móvil (el rotor), mientras que en un motor de combustión interna existen cientos de piezas, como el cigüeñal, pistones, válvulas y otros sistemas auxiliares, que rozan sus piezas unas con otras generando desgaste, requiriendo así el uso de lubricantes.

Muchas de estas partes y piezas móviles de vehículos a combustión interna deben reemplazarse a lo largo de la vida del vehículo. En contraste, las batería de VEs son uno de los sistemas más costosos. La mayor diferencia entre vehículos eléctricos y convencionales es la batería del vehículo eléctrico. En cuanto a costos, ésta puede llegar en Chile a unos $9.000.000 (precio de referencia de repuesto para Hyundai Ionic).

Medición y certificación del estado de las baterías

Muchas instituciones están concentrando esfuerzos para formar a los mantenedores de vehículos eléctricos. Se está llevando a cabo una carrera para certificar el estado y el rendimiento de la batería en vehículos eléctricos usados, con un grupo de nuevas empresas que luchan por ayudar a los compradores a averiguar cuánto vale realmente un vehículo eléctrico de segunda mano. Con los autos tradicionales con motor de combustión, el kilometraje y los años acumulados pueden indicar rápidamente a los posibles compradores cuánto deben desembolsar.

Esa fórmula no funciona con los vehículos eléctricos, cuyo valor depende en gran medida de la autonomía de conducción de su batería y de su capacidad para mantener la carga. Hasta hace poco, no había forma de medir la salud de las baterías, lo que dificultaba las ventas de vehículos eléctricos usados. Pero eso está cambiando a medida que las empresas se apresuran a ampliar las pruebas de baterías de vehículos eléctricos, algunas de las cuales toman solo unos minutos.

Una de ellas es Altelium, una startup del Reino Unido que ha desarrollado una prueba de estado de salud y un certificado de batería de vehículos eléctricos que se lanzará este año en más de 7.000 concesionarios de automóviles de EE. UU. y más de 5.000 concesionarios del Reino Unido a través de proveedores de servicios de concesionarios como Assurant y GardX. Una batería suele representar alrededor del 40% del precio de un vehículo eléctrico nuevo.

"Si el mercado de autos usados no funciona correctamente, el mercado de autos nuevos no funciona correctamente y la transición eléctrica no ocurrirá", dijo Alex Johns, gerente de desarrollo de negocios de Altelium, que dice que ha recibido interés de otros mercados, incluida China. "Estamos en una carrera de implementación".

La forma en que se trata esa batería es clave. Cargar un vehículo eléctrico rápidamente con demasiada frecuencia, cargarlo constantemente cuando la batería está casi llena o dejarla durante largos períodos completamente cargada puede degradar su batería más rápidamente. La startup austriaca Aviloo, que ha desarrollado una prueba para concesionarios y particulares, ha descubierto que después de 100.000 kilómetros (62.140 millas) la salud de la batería de los vehículos eléctricos puede variar hasta en un 30%.

Un consumidor que quiera un vehículo eléctrico usado con el 90% de su autonomía cuando sea nuevo podría terminar comprando uno con solo el 70% debido a los malos hábitos de carga del propietario anterior, lo que podría reducir miles de euros de su valor, dijo Marcus Berger, director ejecutivo de Aviloo, cuyos inversores incluyen a Volkswagen. "Con un vehículo eléctrico, el kilometraje y la antigüedad no te dicen nada", dijo Berger. "Todo gira en torno a la batería".

Información Crítica

Los fabricantes de automóviles proporcionan información sobre la autonomía de los vehículos eléctricos en el vehículo que, según los críticos, suele ser excesivamente optimista, lo que hace que las pruebas independientes sean vitales. La falta de visibilidad ha perjudicado al mercado de los vehículos eléctricos.

Según la startup de seguimiento de baterías de vehículos eléctricos Recurrent, los precios de los vehículos eléctricos usados en Estados Unidos en septiembre bajaron un 32% interanual, frente a una caída del 7% para los modelos de combustibles fósiles. Los precios de los vehículos eléctricos usados en el Reino Unido bajaron un 23% interanual en agosto, mientras que los de los modelos de combustibles fósiles subieron al menos un 4%, según AutoTrader, que citó "las preocupaciones de los consumidores sobre la duración de la batería en los vehículos eléctricos usados" como motivo de preocupación.

Una guerra de precios iniciada por Tesla también ha pesado sobre los precios de los vehículos eléctricos usados. Los datos de AutoTrader y Deutsche Automobil Treuhand muestran que los valores residuales de los vehículos eléctricos de tres años de antigüedad en el Reino Unido y Alemania son más de 10 puntos porcentuales más bajos que los equivalentes de combustibles fósiles.

"Conocer la capacidad de esa batería (EV) va a ser crítico", dijo Stephanie Valdez Streaty, directora de Investigación y Desarrollo de Movilidad de Cox Automotive, con sede en Atlanta, propietaria de Manheim, la casa de subastas de vehículos usados más grande del mundo.

Driverama, que compra alrededor de 100.000 coches usados en Alemania anualmente para su venta en toda Europa central, utiliza Aviloo para eliminar los vehículos eléctricos por debajo del 80% de la capacidad de la batería o con defectos en la batería, dijo el director de operaciones, Eldar Vagabov.

Para Michael Willvonseder, de 38 años, una prueba independiente de la batería era esencial antes de gastar 31.000 euros (32.820 dólares) en un Tesla Model S de siete plazas de 2014 con 240.000 kilómetros. El residente de Wiener Neustadt, al sur de Viena, utilizó Aviloo y descubrió que la batería tenía el 90% de su capacidad original, con una autonomía de 412 km frente a los 456 km cuando era nueva.

La carrera por valorar adecuadamente los vehículos eléctricos usados se está volviendo urgente debido a la inminente afluencia de vehículos. En Europa, por ejemplo, en 2021 se vendieron más de 1,2 millones de coches nuevos totalmente eléctricos, y muchos llegarán al mercado de segunda mano en 2024, cuando finalicen sus contratos de arrendamiento. Si los precios de los vehículos usados se mantienen bajos, eso podría perjudicar los precios de los nuevos vehículos eléctricos.

"Se necesita un mercado de autos usados de alto funcionamiento para que los residuos de los autos nuevos sean buenos", dijo Scott Case, director ejecutivo de Recurrent, con sede en Seattle, que ha inscrito a 20,000 propietarios de vehículos eléctricos para rastrear los datos de la batería, y también está trabajando con Black Book y concesionarios. Los propietarios que cuidan sus baterías podrían ganar una "prima potencial de miles de dólares" al venderlas, dijo Case.

Las startups se enfrentan a la competencia de la agencia de certificación alemana TÜV Rheinland, que opera en 60 países. La transición hacia la movilidad eléctrica está impulsada, en gran medida, por los avances en la tecnología de baterías.

Fundamentos de las baterías para autos eléctricos

Estas baterías no son meros componentes; son el corazón de los vehículos eléctricos (VE), determinando su autonomía, rendimiento y, en última instancia, su viabilidad como alternativa a los vehículos de combustión interna. Comprender a fondo las baterías recargables para autos eléctricos es crucial tanto para los actuales propietarios de VE como para aquellos que consideran la posibilidad de adquirir uno, así como para los ingenieros y técnicos que trabajan en el desarrollo y mantenimiento de estos sistemas.

En esencia, una batería de un auto eléctrico es un dispositivo electroquímico que almacena energía en forma química y la libera como energía eléctrica cuando es necesario para alimentar el motor del vehículo. A diferencia de las baterías convencionales de plomo-ácido utilizadas en los autos de combustión interna (que se utilizan principalmente para el arranque del motor y alimentar los sistemas eléctricos auxiliares), las baterías de los VE están diseñadas para proporcionar la energía necesaria para la propulsión del vehículo a lo largo de su recorrido.

Componentes clave de una batería de VE

Aunque existen diferentes tipos de baterías para VE, la mayoría comparten componentes fundamentales:

• Celdas: Son las unidades básicas de almacenamiento de energía. Cada celda contiene un ánodo (electrodo negativo), un cátodo (electrodo positivo) y un electrolito (una sustancia que permite el flujo de iones entre los electrodos).
• Módulos: Las celdas se agrupan en módulos para aumentar la tensión y la capacidad de la batería.
• Paquete de Baterías: Los módulos se combinan para formar el paquete de baterías completo, que se integra en el vehículo.
• Sistema de Gestión de Baterías (BMS): El BMS es un componente crítico que monitorea y controla el rendimiento de la batería, incluyendo la tensión, la corriente, la temperatura y el estado de carga (SoC). El BMS protege la batería de sobrecargas, descargas excesivas y sobrecalentamiento, optimizando su vida útil y garantizando la seguridad.
• Sistema de Refrigeración: Las baterías generan calor durante la carga y descarga. Un sistema de refrigeración (que puede ser por aire o líquido) ayuda a mantener la batería a una temperatura óptima para un rendimiento y una vida útil máximos.

Tipos de baterías utilizadas en autos eléctricos

La tecnología de baterías para VE está en constante evolución, con diferentes químicas y diseños que compiten por ofrecer el mejor equilibrio entre rendimiento, coste, seguridad y durabilidad.

Baterías de iones de litio (Li-ion)

Las baterías de iones de litio son, con diferencia, la tecnología dominante en el mercado de vehículos eléctricos. Ofrecen una alta densidad de energía (lo que significa que pueden almacenar una gran cantidad de energía en un tamaño y peso relativamente pequeños), una larga vida útil y una baja tasa de autodescarga. Dentro de la categoría de baterías de iones de litio, existen varias variantes, cada una con sus propias características:

• NMC (Níquel Manganeso Cobalto): Ofrecen un buen equilibrio entre densidad de energía, potencia y vida útil. Son ampliamente utilizadas en vehículos eléctricos de pasajeros.
• NCA (Níquel Cobalto Aluminio): Proporcionan una alta densidad de energía y una buena potencia, pero pueden ser más caras y tener una vida útil ligeramente inferior a las NMC.
• LFP (Litio Ferrofosfato): Son más seguras y tienen una vida útil más larga que las NMC y NCA, pero ofrecen una densidad de energía ligeramente inferior. Están ganando popularidad en vehículos eléctricos de gama media y baja.
• LMO (Litio Manganeso Óxido): Ofrecen una buena estabilidad térmica y seguridad, pero tienen una densidad de energía inferior a las NMC y NCA.

Otras tecnologías de baterías

Si bien las baterías de iones de litio dominan el mercado, se están investigando y desarrollando otras tecnologías:

• Baterías de Estado Sólido: Utilizan un electrolito sólido en lugar de un electrolito líquido, lo que podría mejorar la seguridad, la densidad de energía y la vida útil. Sin embargo, todavía están en fase de desarrollo y no se espera que estén ampliamente disponibles en el mercado hasta dentro de varios años.
• Baterías de Metal-Aire: Utilizan el oxígeno del aire como uno de los electrodos, lo que podría permitir una densidad de energía mucho mayor que las baterías de iones de litio. Presentan desafíos importantes en cuanto a la vida útil y la estabilidad.
• Baterías de Flujo: Almacenan la energía en electrolitos líquidos que se bombean a través de una celda electroquímica. Ofrecen una larga vida útil y una buena escalabilidad, pero tienen una densidad de energía relativamente baja.

Factores que afectan la duración y el rendimiento de las baterías

La vida útil y el rendimiento de una batería de auto eléctrico dependen de una serie de factores, incluyendo:

• Número de Ciclos de Carga/Descarga: Cada vez que una batería se carga y descarga, su capacidad disminuye ligeramente. La mayoría de las baterías de VE están diseñadas para soportar cientos o incluso miles de ciclos de carga/descarga antes de que su capacidad disminuya significativamente.
• Profundidad de Descarga (DoD): Descargar una batería hasta el 0% de su capacidad acorta su vida útil. Es recomendable mantener el estado de carga (SoC) dentro de un rango óptimo (por ejemplo, entre el 20% y el 80%).
• Temperatura: Las temperaturas extremas (tanto altas como bajas) pueden afectar negativamente el rendimiento y la vida útil de la batería. El BMS está diseñado para mitigar estos efectos, pero es importante evitar exponer la batería a temperaturas extremas durante períodos prolongados.
• Velocidad de Carga: La carga rápida (DC) puede generar más calor que la carga lenta (AC), lo que podría acelerar la degradación de la batería a largo plazo. Utilizar la carga rápida ocasionalmente está bien, pero usarla de forma habitual podría acortar la vida útil de la batería.
• Estilo de Conducción: La conducción agresiva (aceleraciones y frenadas bruscas) consume más energía y puede generar más calor en la batería. Una conducción más suave y eficiente puede prolongar la vida útil de la batería y mejorar la autonomía del vehículo.
• Mantenimiento: Realizar un mantenimiento adecuado de la batería (siguiendo las recomendaciones del fabricante) puede ayudar a prolongar su vida útil. Esto puede incluir revisiones periódicas del BMS y del sistema de refrigeración.

Consejos para maximizar la vida útil de la batería

Siguiendo estos consejos, puedes maximizar la vida útil de la batería de tu auto eléctrico y disfrutar de un rendimiento óptimo durante más tiempo:

• Evita Descargar la Batería Completamente: Intenta mantener el estado de carga (SoC) entre el 20% y el 80%.
• Minimiza la Exposición a Temperaturas Extremas: Estaciona tu auto en la sombra en días calurosos y en un garaje en días fríos.
• Utiliza la Carga Rápida con Moderación: La carga lenta (AC) es más suave para la batería.
• Adopta un Estilo de Conducción Eficiente: Evita las aceleraciones y frenadas bruscas.
• Sigue las Recomendaciones del Fabricante: Realiza el mantenimiento recomendado y sigue las instrucciones de uso.
• Considera la Degradación de la Batería al Planificar Viajes: A medida que la batería envejece, su capacidad disminuye. Planifica tus viajes teniendo en cuenta esta degradación y la disponibilidad de estaciones de carga.

El futuro de las baterías para autos eléctricos

La investigación y el desarrollo en el campo de las baterías para autos eléctricos están avanzando a un ritmo vertiginoso. Se espera que en los próximos años veamos mejoras significativas en la densidad de energía, la vida útil, la seguridad y el coste de las baterías. Las baterías de estado sólido, las baterías de metal-aire y otras tecnologías emergentes tienen el potencial de revolucionar la industria de los vehículos eléctricos y hacerlos aún más atractivos para los consumidores.

Innovaciones clave en el horizonte

Además de las tecnologías de baterías mencionadas anteriormente, otras áreas de investigación prometedoras incluyen:

• Celdas con Mayor Contenido de Níquel: Aumentar el contenido de níquel en el cátodo puede aumentar la densidad de energía, pero también presenta desafíos en cuanto a la estabilidad y la seguridad.
• Electrolitos Avanzados: El desarrollo de nuevos electrolitos puede mejorar la conductividad iónica, la estabilidad térmica y la seguridad de las baterías.
• Reciclaje de Baterías: El reciclaje eficiente de baterías es crucial para reducir el impacto ambiental de los vehículos eléctricos y recuperar materiales valiosos como el litio, el cobalto y el níquel. Se están desarrollando nuevas tecnologías de reciclaje que son más eficientes y menos contaminantes.
• Carga Inalámbrica: La carga inalámbrica podría hacer que la carga de los vehículos eléctricos sea más cómoda y sencilla. Se están desarrollando sistemas de carga inalámbrica tanto estática (donde el vehículo se estaciona sobre una plataforma de carga) como dinámica (donde el vehículo se carga mientras está en movimiento).

Consideraciones económicas y ambientales

Si bien las baterías para autos eléctricos ofrecen numerosas ventajas, también es importante considerar los aspectos económicos y ambientales asociados con su producción, uso y eliminación.

Coste de las baterías

El coste de las baterías es un factor importante en el precio de los vehículos eléctricos. Sin embargo, el coste de las baterías ha disminuido significativamente en los últimos años y se espera que siga disminuyendo a medida que la tecnología mejora y la producción aumenta. A largo plazo, el coste total de propiedad de un vehículo eléctrico (incluyendo el coste de la batería, la electricidad y el mantenimiento) puede ser inferior al de un vehículo de combustión interna.

Impacto ambiental

La producción de baterías requiere la extracción de materias primas como el litio, el cobalto y el níquel. La minería de estos materiales puede tener un impacto ambiental significativo, incluyendo la degradación del suelo, la contaminación del agua y la emisión de gases de efecto invernadero. Es importante promover prácticas mineras sostenibles y el reciclaje eficiente de baterías para minimizar este impacto.

Los vehículos eléctricos no emiten gases de escape, lo que contribuye a mejorar la calidad del aire en las ciudades. Sin embargo, la electricidad utilizada para cargar las baterías puede provenir de fuentes de energía contaminantes como el carbón.

Mantenimiento del vehículo eléctrico: Calendario recomendado

Para llevar un registro de lo que se le hace a tu vehículo, en términos de reparaciones, y cada cuánto tiempo, se debe tener una cartilla de mantenimiento. En la siguiente tabla revisaremos cuándo se deben revisar idealmente la mayoría de los componentes de este tipo de coches (esto en general, porque cada fabricante recomienda los periodos que estos estiman según sus propias características y tecnología).

Recuerda que estas son estimaciones generales, así que para mayor seguridad consulta las recomendaciones de las diferentes marcas de vehículos eléctricos. Tesla, por ejemplo, actualiza los softwares de forma remota, porque sus sistemas dependen mucho del buen funcionamiento de esto. Todo lo demás se hace en forma presencial. Por su parte Nissan suele centrarse en los frenos regenerativos, cables y el funcionamiento de la batería. En este caso, la revisión física suele ser más profunda.

Además, si tienes algún problema técnico y no tienes este certificado eventualmente podrías tener problemas con la garantía. También es muy importante que realices el mantenimiento de vehículo eléctrico en talleres autorizados y certificados. Estos serán los responsables de emitir este certificado, según las especificaciones del fabricante.

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