Reparación de baterías de alta tensión – Factores que afectan a la batería

Las baterías de alta tensión son el corazón de los coches eléctricos, como lo es el motor de combustión interna en un vehículo convencional. Este elemento es el componente más caro de todo el vehículo (sobre un 25 % del precio total).

Estas baterías tienen celdas que utilizan diferentes elementos químicos para poder acumular la energía. Hace años, las celdas de baterías de vehículos híbridos eran de níquel-metalhidruro (Ni-MH) pero, actualmente las celdas de estas baterías suelen ser de  ion litio / polímero de iones de litio (LiPo), ya que permiten mayor profundidad de descarga y mayor autonomía de vehículo. También se está introduciendo nuevas celdas de litio-ferrofosfato o batería (LFP), las cuales presentan una durabilidad mayor que las anteriores.

Las celdas de las batería LiPo, independientemente de su forma estructural (rectangular, 18650, 21700…), tienen una tensión nominal de 3,6 V aproximadamente pero puede variar la capacidad de carga, determinada por mAh o Ah.

Independientemente de la química utilizada para almacenar energía o forma estructural, las baterías tienen 3 debilidades:

•    Temperatura.

•    Sobrecarga.

•    Descarga profunda.

A todas las baterías les afecta la temperatura, tanto las altas como las bajas. Lo ideal es tener una temperatura constante de entre 15 y 25 °C en la batería. Es por ello que los fabricantes diseñan diferentes tipos de refrigeración para las baterías, siendo los más comunes la refrigeración por aire forzado a través de ventiladores, aire climatizado mediante un sistema de aire acondicionado con bomba de calor o refrigeración por un sistema de tuberías que tocan las celdas con circulación de líquido refrigerante por el interior del tubo.

Las bajas temperaturas pueden afectar a la vida útil de las celdas o incluso dañar por completo la química interna y quedar inservibles.

La alta temperatura se produce al cargar y al alimentar con energía a los consumidores. Este aumento de temperatura puede deteriorar las celdas y afectar a la autonomía total del vehículo y en casos extremos pueden llegar arder.

Para ello, algunos fabricantes aplican una gestión para cuidar la batería a costa de la autonomía total de km. Esta gestión lo que hace es aplicar consumo extra (activar la refrigeración o algún consumidor) a la batería para calentarla y mantener las celdas en la temperatura óptima. Otros vehículos, como el Renault ZOE, puede equipar opcionalmente calefactores eléctricos PTC para calentar la batería. Este consumo lo puede realizar incluso con el vehículo estacionado, llegando a ver una ligera disminución en el porcentaje total de la batería desde que se estacionó hasta la nueva puesta en marcha.

La sobrecarga y la descarga completa también afectan negativamente a las celdas. Para evitar esto, las baterías montan una o varias unidades BMS (Battery Management System) para controlar la carga, la temperatura de las celdas y el equilibrado.

La tensión nominal de las celdas suele ser de 3,6 V y los voltajes de las celdas debe estar comprendidos entre 3,3 V (20 %) y 4,3 V (80 %) en función del estado de carga. Las baterías que tengan una descarga profunda por debajo de los 3 V, sufren daños irreversibles y es probable que no se puedan volver a recuperar. Una batería sobrecargada por encima de los 4,3 V puede hincharse, dañarse internamente o llegar a inflamarse.

Las unidades BMS dejan cargar la batería hasta un 80 % y realizar una descarga de hasta el 20 % de la capacidad total. Esto significa que cuando en el cuadro de instrumentos se muestra que está cargado al 100 %, en realidad está al 80 % de esta forma se protegen las celdas para una mayor vida útil.

En el próximo post veremos la estructura interna de la batería HV.