Híbridos y Eléctricos

LAS CELDAS CILÍNDRICAS DE TESLA, RIVIAN Y LUCID

La forma de las celdas de las baterías de los coches eléctricos, ¿clave para lograr una mayor autonomía?

El Tesla Model 3, el Lucid Air y la Rivian R1T son los tres coches eléctricos líderes en autonomía y eficiencia en cada una de sus categorías y los tres tienen algo en común: las celdas de sus baterías son cilíndricas.

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Los coches eléctricos con celdas cilíndricas en sus baterías son actualmente los más eficientes del mercado.

Tres de los fabricantes que han llegado para quedarse en esta nueva era eléctrica de la automoción son Tesla, Lucid Motors y Rivian tienen algo en común. Sus coches eléctricos lideran los rankings de homologación de autonomías en sus respectivas categorías. El Tesla Model 3 entre las berlinas del segmento D, el Lucid Air en el segmento E y la Rivian R1T entre las pick-ups han demostrado que, independientemente del tamaño de sus baterías, sus cifras de consumo y eficiencia son mejores que las de sus competidores, ¿tendrá que ver algo en esto los que sus baterías tienen en común, las celdas cilíndricas?

Actualmente, el Lucid Air utiliza celdas de formato 2170 (21 mm de diámetro por 70 mm de largo), suministradas por Samsung SDI para la versión de lanzamiento del Air. En el modelo Grand Touring, el siguiente en llegar al mercado serán las celdas de LG de próxima generación las que formen sus baterías, al igual que las del resto de su gama. Rivian también tiene como proveedor a Samsung SDI para su suministro de ese mismo formato de celdas 2170. El principal proveedor de las celdas 2170 de Tesla sigue siendo Panasonic a través de la Gigafactoría de Nevada.

Las celdas cilíndricas

Durante el acto que acompañó a la puesta en marcha de la fábrica de Lucid Motors en Casa Grande, Arizona, el mes pasado, la prensa le preguntó a su CEO, Peter Rawlinson, sobre la decisión de emplear celdas cilíndricas en sus baterías. “Aunque soy un agnóstico del formato de celda", aseguró el directivo, señalando que Tesla también emplea esta forma en sus coches eléctricos, “hoy en día existen importantes ventajas técnicas en las celdas con este formato".

Tren motriz Lucid Air

Paquete de baterías del Lucid Air.

Hace años, cuando Lucid Motos todavía se llamaba Atieva, las celdas que suministró durante tres temporadas para configurar las baterías de los monoplazas de la Fórmula E, también eran cilíndricas. Gracias a ello ha acumulado una gran base de conocimientos sobre las diferencias entre las distintas químicas y los diferentes tipos de celdas. “Tesla es el rey de la autonomía” y en ello tiene mucho que ver la forma de sus celdas, “me sorprende que otras empresas no hayan seguido su ejemplo”, asegura Rawlinson.

La elección de Lucid de las celdas cilíndricas para las baterías de iones de litio está basada en sus propiedades térmicas, en su consistencia y fiabilidad, y en que su coste es predecible en el mercado. También significa que no se limitan los diseños al de las celdas más grandes. Lucid está orgullosa de que la batería del Air “no sea un ladrillo cuadrado”. El paquete está contorneado para lograr un excelente coeficiente de resistencia aerodinámica: 0,21. 

Lucid también ha diseñado sus módulos de batería moldeados por inyección para lograr una fabricación simplificada. En una sola operación, moldea los conectores eléctricos en forma de barra colectora en la carcasa del módulo. Mientras tanto, Rivian ha optado por empaquetar sus celdas cilíndricas de formato 2170 en dos capas, separadas por una placa de enfriamiento horizontal situada en el medio del paquete, lo que probablemente supone un proceso de ensamblaje más complejo. 

Además, tanto Lucid como Rivian han mostrado su interés por producir sus propias baterías. En la presentación de su oferta pública inicial a principios de este mes, Rivian reveló que está considerando esta posibilidad para complementar el suministro de los proveedores externos. Por su parte Lucid, ha afirmado que se centrará en la fabricación de automóviles, manteniendo gran parte de la tecnología internamente, aunque no será así para el caso de las celdas. 

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Paquete de baterías de Rivian con la placa de enfriamiento entre las capas de celdas.

Tesla está desarrollando ahora las nuevas celdas 4680 mucho más grandes (46 mm de diámetro por 80 mm de largo) que sustituirán las actuales 2170. Rawlinson suscribe la idea de que las celdas cilíndricas de formato más grande como estas ayudarían a Lucid a alcanzar economías de escala en la producción de sus coches eléctricos. Y alude a una razón simple para afirmar esto: la relación entre su volumen y el área es mayor, lo que reduce los costes y, al mismo tiempo, mantiene las ventajas técnicas. “En el caso de una celda cilíndrica, es desproporcionadamente más caro de fabricar el núcleo que el rollo de gelatina externo”, resumió: “si la haces más grande, es más barato".

Rawlinson confesó que inicialmente apostó por el formato 2360 (23 mm por 60 mm) ya que habría permitido más flexibilidad en comparación con el tamaño de 2170 que fue la que tanto Tesla como los proveedores de celdas eligieron para su fabricación en gran volumen. Con este formato, más bajo y más grueso, se lograba reducir la altura del piso del habitáculo, haciendo los vehículos más bajos en lugar de más altos.

Nueva celda de batería 4680 de Tesla

La futura celda de Tesla 4680 incrementará la autonomía en un 16%, multiplicará por cinco la capacidad energética y por seis la potencia, reduciendo el coste de producción en un 14% por kWh.

A pesar de todas estas razones, no todos los fabricantes están de acuerdo

Sin embargo, no todo el mundo está de acuerdo en esto. Durante la celebración del ‘Día del Vehículo Eléctrico’ de General Motors, los ejecutivos confirmaron que si bien habían considerado el uso de las celdas cilíndricas para sus baterías Ultium, finalmente se decantaron por las celdas tipo bolsa de gran formato. Según su ingeniero jefe, Andy Oury, las celdas tipo bolsa proporcionan “el menor número posible de celdas dentro de su tamaño”, lo que significa que es posible limitar las longitudes de los cables y los conectores dentro de los módulos. Cada una de sus grandes celdas de 100 Ah contiene tanta energía como 20 celdas cilíndricas típicas. 

Pero General Motors no es el único que rechaza que las celdas cilíndricas son las más adecuadas. Hyundai también se inclina por el formato tipo bolsa para las baterías de su plataforma E-GMP. Y también son las elegidas por Ford para su pick-up eléctrica F-150 Lightning. Mientras otros fabricantes como BMW o el Grupo Volkswagen apuestan por las celdas prismáticas.

Precisamente, cuando a Elon Musk, CEO de Tesla, se le preguntó el mes pasado a través de Twitter sobre la influencia del factor de forma para las celdas de baterías señaló los desafíos físicos para enfriar las celdas tipo bolsa, advirtiendo de la alta probabilidad de fuga térmica que tienen, sobre todo cuando se trata de tamaños muy grandes.

Más adelante, cuando las celdas de estado sólido sean una realidad, es posible que algunas de estas preferencias, que se basan en la tecnología de las celdas de iones de litio con electrolitos líquidos, se modifiquen, ya que una de las ventajas de esta nueva tecnología es la reducción de la temperatura a la que trabajan y el riesgo nulo de que se provoque en ellas un incendio.

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