Híbridos y Eléctricos

AUTONOMÍA Y ‘RECARGA’

Baterías modulares e intercambiables: la solución a los inconvenientes de los coches eléctricos

Autonomía y velocidad de recarga son los dos hándicaps principales de los coches eléctricos. Las baterías formadas por módulos intercambiables fácilmente que permiten configurar la capacidad de batería para cada uso y la recarga casi instantánea resuelven ambos problemas de una sola vez.

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Ample ha desarrollado unos módulos del tamaño de una caja de zapatos que caben en cualquier coche eléctrico.

Una batería de alta capacidad montada en un coche eléctrico que permita la recarga ultrarrápida no es la solución para todos los usos ni para todas las necesidades. Muchos conductores no necesitarán algo así en la mayoría de sus desplazamientos. En los viajes por carretera, permitirá viajar más lejos, pero también exigirá mayores tiempos de espera para la recarga, incluso en cargadores rápidos, que además degradan su capacidad. El coste y el peso del paquete de baterías se suman a esa sensación de desperdicio. ¿Por qué gastar mucho dinero en comprar una batería pesada que tardará más tiempo en cargarse? Las baterías modulares e intercambiables abordan estos dos problemas a la vez.

Actualmente, la única empresa que trabaja en este concepto es Ample, una startup que se concibió precisamente pensando en estas cuestiones. La tecnología de las celdas de batería actuales permite almacenar mucha energía. Cualquier vehículo eléctrico diseñado para ofrecer grandes autonomías debe incluir un paquete de baterías muy grande y además invertir en aerodinámica y ligereza para aprovecharla al máximo lo que tiene.

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Una batería de alta capacidad montada en un coche eléctrico que permita la recarga ultrarrápida no es la solución para todos los usos ni para todas las necesidades.

Algunos números preliminares

Según la EPA, 1 galón (3,79 litros) de gasolina contiene 33,7 kWh de energía. El antiguo paquete de baterías de 85 kWh del Model S pesaba 545 kilogramos. En ella se almacenaba la energía que contienen 2,5 galones (9,6 l) de gasolina. Dado que un litro de gasolina pesa 0,77 kg, en tan solo 7,4 kg (el 1,4 % de esos 545 kg), se almacena la misma energía que en una batería de 85 kWh (es decir, en el 1,4 % de ese peso).

Los vehículos eléctricos tienen en su debe un peso superior a los de combustión debido a que el paquete de baterías tiene una densidad de energía muy inferior a la de un tanque de gasolina. Este hándicap hay que compensarlo con la eficiencia. Por otro lado, el coste de un paquete de baterías de gran tamaño es un problema mucho mayor que repercute directamente en el precio de venta.

La solución a los problemas

Existen algunos casos de propietarios de vehículos eléctricos con baterías averiadas que no pueden asumir el coste de sustituirlas, puesto que eso supondría pagar prácticamente la mitad del precio de un vehículo nuevo. Casos como este, probablemente, son los que animaron a Markus Duesmann, CEO de Audi a afirmar en 2021 que los vehículos eléctricos eventualmente tendrían paquetes de baterías más pequeños con menos autonomía. El CEO creía que la carga rápida y una infraestructura de carga más densa resolverían estos dos problemas a la vez. Acertó y se equivocó al mismo tiempo.

La carga rápida no es siempre la solución más adecuada. Abusar de ella contribuye a la degradación de la batería y reduce su vida útil. QuantumScape sometió una celda 2170 a las mismas tasas C de carga que aplica para probar sus celdas de estado sólido. El resultado fue que la celda se degradó rápidamente. Su capacidad energética cayó por debajo del 80 % de la después de tan solo una docena de ciclos. Además, las tasas de carga muy altas, conllevan un riesgo de provocar un fallo catastrófico provocando una explosión o un incendio.

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Celdas de batería de electrolito sólido.

Por otro lado, Duesmann tenía razón en que un paquete de baterías más pequeño reduciría el precio de los coches eléctricos. Mazda parece haber apostado por esta estrategia. Asegura que no quiere que sus coches eléctricos sean mucho más pesados ​​que los de combustión aunque oculta que también serían muy caros. Esta sería la razón por las que el MX-30 presenta un paquete de baterías de tan solo 35,5 kWh, es decir, un poco más de energía de la que contienen aproximadamente cuatro litros de gasolina.

Las baterías de electrolito sólido y las que se están desarrollando a partir de otros avances tecnológicos pueden permitir que las celdas alcancen mayor densidad de energía y aumenten su velocidad de carga sin riesgo a que se produzcan explosiones o se acelere la degradación. Pero su comercialización está todavía lejos en el tiempo.

Pero incluso si esta tecnología ya estuviera disponible cargarlas del 10 al 80 por ciento de su capacidad precisaría de al menos 15 minutos. Otras tecnologías como la que ofrece SES con sus baterías de metal de litio pueden llegar a pasar del 10 al 90 % de la capacidad en 12 minutos. Aun así, es el doble de lo que necesita NIO para reemplazar un paquete de baterías y sustituirlo por uno nuevo cargado al 100 %.

Las baterías modulares e intercambiables

Ample aborda este problema de una manera diferente. La startup ha presentado una solución de intercambio de baterías automatizado que hace uso de baterías modulares adaptables a los vehículos eléctricos existentes. Su solución de divide en dos partes principales. La primera es el empleo de una arquitectura modular que permite que los vehículos que ya están en el mercado puedan hacer uso de la segunda parte: la estación de intercambio de baterías.

Para ello ha desarrollado unos módulos del tamaño de una caja de zapatos que caben en cualquier coche eléctrico, al igual que las pilas AAA encajan en un mando a distancia, independientemente de quién las venda. Para utilizar estos módulos, los vehículos tienen que estar adaptados o venir de fábrica con esa compatibilidad. Los fabricantes de automóviles no tienen que modificar el diseño de sus vehículos, solo tienen que dividir sus grandes baterías en módulos. Independientemente del vehículo, Ample puede agregar o quitar baterías modulares según la forma y el espacio disponible.

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Las baterías modulares e intercambiables puedan hacer uso de las estaciones de intercambio de baterías para sustituir los módulos descargados.

El propietario de un vehículo eléctrico que realiza pocos kilómetros cada día puede elegir que autonomía disponer para sus necesidades. Eso reduciría considerablemente el peso del vehículo aumentando su autonomía. Con esta solución puede cargar su coche cada día en casa o sustituirlos en una estación de intercambio de Ample. Cuando necesitara realizar un viaje más largo podría agregar más módulos a su batería hasta alcanzar la autonomía prevista.

Según Ample, un automóvil compacto podría tener una capacidad máxima de alrededor de 10 módulos, mientras que uno mediano podría llegar hasta los 16 o 20. Según indicó John de Souza, cofundador y presidente de Ample, a la web autoevolution.com "usar menos módulos no tiene un impacto adverso en comparación con usar todos los módulos porque los conectores y el espacio vacío están dentro de las bandejas y no están expuestos a los elementos".

Ample no ha revelado cuántos kWh proporciona actualmente cada uno de sus módulos. Esa es otra ventaja de su sistema que está relacionada con la longevidad de los vehículos eléctricos. Los avances y mejoras en la química de las baterías pueden integrarse más fácilmente en estos módulos de la batería intercambiables y funcionar en paralelo con otras tecnologías anteriores en cualquier vehículo eléctrico compatible. De esta manera, tanto los fabricantes como los usuarios podrían disfrutar de la última tecnología de baterías si necesidad de desarrollar un nuevo modelo o adquirir otro cada poco tiempo. Ample quiere ofrecer químicas más nuevas, con mayor densidad de energía, cuando estén disponibles. La autonomía que ofrezcan siempre dependerá de la eficiencia de los vehículos que equipen.

De la teoría a los hechos: el modelo de negocio

La startup está trabajando con "cinco de los fabricantes de automóviles más grandes del mundo", lo que significa que eventualmente su solución podrá estar presente en los automóviles de producción. Sin embargo, De Souza actualmente está considerando comenzar por flotas por los beneficios que cree puede aportar a ese modelo de negocio. “El peso y la eficiencia son importantes y, cuando se multiplican por una gran cantidad de vehículos eléctricos, tendrían un impacto significativo en la reducción de emisiones. Además, las flotas (y las personas) pueden suscribirse de manera efectiva a la cantidad de batería que necesitan, lo que les permitiría alinear su gasto de batería con sus recorridos”, afirma De Souza.

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Ample trabaja con cinco de los fabricantes de automóviles más grandes del mundo, lo que significa que eventualmente su solución podrá estar presente en los automóviles de producción.

Ample plantea que sus clientes firmen un contrato de suscripción en función de la cantidad de módulos que necesiten cada mes. Utilizando 10 por día en un coche urbano, se necesitarían 300 por mes. En un coche de mayor tamaño, usando dos en días laborables y 10 los fines de semana, se requerirían alrededor de 120 módulos mensuales. La solución podría ahorrar recursos y dinero: “necesitaríamos mucho menos litio, cobalto, níquel y cualquier otro material que se demande actualmente para fabricar nuevas celdas, al alquilar solo la cantidad que realmente necesita”.

La solución es también una gran ventaja para el mercado de segunda mano. Cuando se adquiere un vehículo antiguo no es necesario preocuparse por el estado de las baterías. Y también afecta al valor residual del vehículo puesto que ya no entraría en juego la depreciación de la batería. Según De Souza el único punto positivo de tener un vehículo con un paquete de baterías muy grande es poder utilizarla como parte de la red funcionando como banco de energía móvil masivo que ayudan a mantener estable la red o proporcionan energía de respaldo para sus propietarios en situaciones de emergencia. 

Frente a un modelo de negocio en el que los clientes compran los automóviles y sus paquetes de baterías, asumiendo todos los costes, incluido el desgaste en el proceso de almacenamiento y devolución de energía a la red, el de Ample utiliza las estaciones de intercambio móviles para desempeñar esa función y obtener beneficios.

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