Las estaciones comerciales de carga rápida someten a las baterías de los coches eléctricos a altas temperaturas y a una gran resistencia que puede hacer que se agrieten, tengan fugas y pierdan su capacidad de almacenamiento, escriben los ingenieros de la Universidad de California, Riverside, en un nuevo estudio publicado en Almacenamiento de energía . Para remediarlo, los investigadores han desarrollado un método de carga a temperaturas más bajas con menos riesgo de daños catastróficos y pérdida de capacidad de almacenamiento.
La batería de un coche eléctrico antes y después de la carga rápida estándar de la industria. (Ozkan Lab/UCR)
Mihri Ozkan, un profesor de ingeniería eléctrica e informática y Cengiz Ozkan, un profesor de ingeniería mecánica en el Colegio de Ingeniería de Marlan y Rosemary Bourns, dirigió un grupo que cargó un juego de baterías de iones de litio cilíndricas Panasonic NCR 18650B descargadas, que se encuentran en los automóviles Tesla, utilizando el mismo método de carga rápida de la industria que los cargadores rápidos que se encuentran a lo largo de las autopistas.
También cargaron un conjunto usando un nuevo algoritmo de carga rápida basado en la resistencia interna de la batería, que interfiere con el flujo de electrones. La resistencia interna de una batería fluctúa según la temperatura, el estado de carga, la edad de la batería y otros factores. Una alta resistencia interna puede causar problemas durante la carga.
El método de carga del equipo de baterías de río UC es un sistema adaptativo que aprende de la batería comprobando la resistencia interna de la misma durante la carga. Descansa cuando la resistencia interna se activa para eliminar la pérdida de capacidad de carga.
Durante los primeros 13 ciclos de carga, las capacidades de almacenamiento de la batería para ambas técnicas de carga fueron similares. Después de eso, sin embargo, la técnica de carga rápida de la industria causó que la capacidad se desvanezca mucho más rápido – después de 40 ciclos de carga las baterías mantuvieron sólo el 60% de su capacidad de almacenamiento. Las baterías cargadas con el método de carga por resistencia interna conservaron más del 80% de su capacidad después del 40º ciclo.
Con una capacidad del 80%, las baterías recargables de iones de litio han llegado al final de su vida útil para la mayoría de los propósitos. Las baterías cargadas con el método de carga rápida de la industria llegaron a este punto después de 25 ciclos de carga, mientras que las baterías del método de resistencia interna fueron buenas durante 36 ciclos.
Diferencia en la capacidad de carga de la industria frente a las baterías de vehículos eléctricos cargadas por resistencia interna. (Sebastian et. al.)
«La carga rápida industrial afecta negativamente a la vida útil de las baterías de iones de litio debido al aumento de la resistencia interna de las baterías, lo que a su vez da lugar a la generación de calor», dijo el estudiante de doctorado y coautor Tanner Zerrin.
Peor aún, después de 60 ciclos de carga, los estuches de las baterías del método industrial se agrietan, exponiendo los electrodos y el electrolito al aire y aumentando el riesgo de incendio o explosión. Las altas temperaturas de 60 grados Celsius/140 grados Fahrenheit aceleraron tanto el daño como el riesgo.
Una batería de vehículo eléctrico con daños químicos después de la carga rápida estándar de la industria. (Ozkan Lab/UCR)
«La pérdida de capacidad, los daños químicos y mecánicos internos y el alto calor de cada batería son importantes preocupaciones de seguridad, sobre todo teniendo en cuenta que hay 7.104 baterías de iones de litio en un modelo Tesla S y 4.416 en un modelo Tesla 3», dijo Mihri Ozkan.
La carga de resistencia interna dio como resultado temperaturas mucho más bajas y ningún daño.
«Nuestro algoritmo alternativo de carga rápida adaptativa redujo la capacidad de desvanecerse y eliminó las fracturas y los cambios de composición en las celdas de las baterías comerciales», dijo Cengiz Ozkan.
«La propuesta de carga rápida adaptativa proporciona una perspectiva novedosa para el diseño de la tecnología de carga rápida para vehículos eléctricos con un mejor rendimiento de seguridad y una mayor vida útil de la batería», dijo Bo Dong, estudiante de doctorado y coautor del artículo.
Los investigadores han solicitado una patente sobre el algoritmo de carga rápida de resistencia interna adaptativa que podría ser licenciado por los fabricantes de baterías y automóviles. Mientras tanto, el Equipo de Baterías de la UCR recomienda minimizar el uso de los cargadores rápidos comerciales, recargando antes de que la batería se agote completamente y evitando la sobrecarga.
