Híbridos y Eléctricos

VÍDEO EXPLICATIVO

Baterías híbridas de 75 kWh de NIO al detalle: así funciona la combinación de celdas NCM- LFP

El empleo de dos tipologías de celdas, NCM y LFP en la batería híbrida de NIO tiene tres propósitos fundamentales: mejorar la gestión térmica, prevenir los problemas de rendimiento en invierno y aumentar la densidad de energía.

Bateria hibrida  NIO celdas NCM LFP-portada
Batería híbrida de NIO compuesta por celdas NCM y LFP.

El año pasado NIO presentó un nuevo tipo de baterías de 75 kWh de capacidad formada químicamente con una combinación de celdas ternarias de litio NCM (níquel, cobalto y manganeso) y celdas LFP (litio ferro-fosfato). Además de esta química híbridada, estructuralmente eliminaba los módulos en los que habitualmente se agrupan las celdas para formar el paquete final. Ante las dudas técnicas que surgieron respecto a la combinación química empleada y a la manera de organizar las celdas, el fabricante ha respondido con un vídeo explicativo a través de su página de Facebook.

Además de todas las ventajas de la nueva configuración, los paquetes de baterías de NIO son intercambiables. Así, si un propietario tiene una reducción de rango debido al clima frío, pueden reemplazar rápidamente el paquete de baterías agotado en una de las más de 800 estaciones que ofrece el fabricante de automóviles en China.

Gestión térmica

El propósito de NIO con el empleo de dos tipos de celdas diferentes es mejorar la gestión térmica de la batería y prevenir los problemas de rendimiento a bajas temperaturas que es una de las limitaciones de las celdas LFP. Al agregar celdas ternarias NCM (óxidos de litio, níquel, manganeso y cobalto) a la ecuación se elimina este problema. NIO colocó los módulos de celdas ternarias NMC en las esquinas del paquete de baterías puesto que son los puntos más expuestos al frío.

Bateria hibrida  NIO celdas NCM LFP-gestion termica

NIO colocó los módulos de celdas ternarias NMC (en las esquinas del paquete de baterías puesto que son los puntos más expuestos al frío.

NIO abordó la desventaja térmica de las celdas LFP no solo hibridándolas con celdas NMC. También mejoró el aislamiento térmico para estas celdas con “una innovadora estructura de conservación del calor y materiales de baja conductividad” para la caja del paquete de baterías. La calefacción radiante desde cinco puntos del paquete de baterías también ayuda a conservar la temperatura en climas fríos. Esto evita que la batería se congele incluso si el automóvil se aparca fuera de un garaje durante toda una noche de invierno.

Estimación del SoC

Para corregir el error de las estimaciones imprecisas del estado de carga (SoC), inherente a este tipo de química, NIO creo una “metodología de estimación de SoC de sistema dual”. Todas las celdas del paquete de baterías, independientemente de que sean LFP o NMC, están conectadas en serie. Con esta configuración, las baterías NMC funcionan como un método de medición de carga para las celdas LFP.

Bateria hibrida  NIO celdas NCM LFP-soc

Las baterías NMC funcionan como un método de medición de carga para las celdas LFP corrigiendo el error de las estimaciones imprecisas del estado de carga (SoC).

Al verificar cuándo las celdas LFP están completamente cargadas o completamente agotadas, las celdas NMC todavía conservan, respectivamente, algo de espacio para cargar o algo de carga para almacenar en búfer. A pesar de eso, el sistema marca estos puntos como carga completa o carga cero. Este método reduce la caída de la desviación de estimación del SoC del 10 % a solo el 3 %.

Baterías estructurales

Una de las grandes desventajas de las células LFP es su baja densidad de energía, es decir, que para almacenar la misma cantidad de energía que otras químicas precisan de un mayor peso. Pero no todos son desventajas en comparación con las ternarias. Son más baratas, lo que es crucial para para reducir el precio final de los coches eléctricos. Tampoco son tan propensas a las fugas térmicas, lo que reduce el riesgo de incendio, aumentando la seguridad. 

La batería de cualquier coche eléctrico del mercado está formada por un número variable de celdas formadas por los electrodos (cátodo y ánodo), el separador que evita que se toquen, y el electrolito, en el que están sumergidos y por el que viajan los iones. Estas celdas, la base química de la batería, se reúnen en módulos y a su vez los módulos se conectan para formar el paquete de batería completo.

Bateria hibrida  NIO celdas NCM LFP-sin modulos

Según NIO, la técnica CTP (cell to pack) permite mejorar la utilización del espacio en un 5 % y la densidad de energía aumenta en un 14 %.

Las celdas LFP también se pueden utilizar como componentes estructurales, una característica que NIO ha aprovechado para adoptar la técnicas CTP (cell-to-pack) que elimina los módulos para construir su paquete de baterías híbridas.

Con esta arquitectura, cuando una celda forma parte de la estructura del paquete de baterías, se elimina la necesidad de una caja y otros componentes para sostenerla lo que ahorra masa y aumenta la densidad de energía. Según NIO, la técnica CTP permite mejorar la utilización del espacio en un 5 % y la densidad de energía aumenta en un 14 %

Gracias a esta nueva disposición de las celdas, el antiguo paquete de baterías básico de NIO compuesto solo por celdas ternarias de 70 kWh ha pasado a convertirse en el paquete de baterías híbrido de 75 kWh que NIO ofrece ahora, sin que haya variado el tamaño.

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