MOTOR. Cómo afecta la temperatura a la autonomía, la carga y el rendimiento de los coches eléctricos

  El calor y el frío afectan la autonomía, la capacidad de carga y la durabilidad de las baterías de los coches eléctricos.  19 diciembre 20...

 


El calor y el frío afectan la autonomía, la capacidad de carga y la durabilidad de las baterías de los coches eléctricos. 

19 diciembre 2022.- La temperatura, el alcance y la carga están estrechamente relacionados en la mente de la mayoría de los propietarios de automóviles eléctricos. ¿Por qué? Básicamente, las reacciones químicas ocurren más rápido a temperaturas más altas. Piense en los electrones dentro de su batería como minionsDurante la carga, se mueven del cátodo al ánodo. Mientras se conduce, el proceso se invierte.

Cuando tu batería está agradable y caliente, esos serviciales minions están llenos de energía y corren como locos haciendo cosas de minionsCuando está bajo cero, esos minions dicen: “Amigo. ¿Realmente tenemos que hacer esto?” Se mueven, pero más lentamente.

Recurrent está dedicado a superar el miedo, la incertidumbre y la duda que están frenando la revolución EV. Recientemente, publicó una explicación detallada de cómo se relacionan la temperatura, la carga y el alcance, utilizando un gráfico extraído de Autoblog .

Imagen: Autoblog a través de Recurrent


¿Notas algo interesante? 
Todos los coches eléctricos en ese gráfico tienen menos alcance (color verde) cuando baja la temperatura, lo que significa que los conductores de vehículos eléctricos deben estar atentos al clima, especialmente en los viajes. [La mayoría de los automóviles con motor de combustión también sufren cierta pérdida de alcance en climas fríos].

Recurrent explica que el clima frío ralentiza las reacciones químicas y físicas que hacen que las baterías de los automóviles eléctricos funcionen, específicamente la conductividad y la difusividad, lo que lleva a:

1. Mayor tiempo de carga (mayor impedancia)

2. Reducción temporal de la autonomía (menor capacidad), principalmente debido a los sistemas de calefacción. Dado que la energía para calentar y enfriar su automóvil proviene de la misma batería que lo impulsa, el uso del control de clima puede "vaciar" la carga de la batería principal.

Aunque los efectos de rango relacionados con el frío son temporales, la batería debe estar por encima del punto de congelación antes de cargarla (recomendación). La mayoría de los vehículos tienen algún tipo de regulación de temperatura en su sistema de administración de batería (BMS) que evitará el alto voltaje o la carga rápida si la batería está demasiado fría.

En general, si su vehículo está encendido o enchufado, se consumirá energía para mantener la temperatura en un rango saludable. Los dos valores atípicos para esto son Nissan Leaf, que solo activa la regulación térmica cuando la temperatura está por debajo de -20 C (-4 F), y Tesla, que activará la gestión térmica incluso si el vehículo está apagado o no enchufado. Regulación de temperatura de Tesla protege la salud de la batería, pero también puede costarle algo de autonomía si el automóvil calienta la batería mientras no está enchufado.

Aquí hay un gráfico creado por Recurrent que muestra cómo las bajas temperaturas afectan el alcance de varios vehículos eléctricos populares.


Cómo cargar tu coche eléctrico cuando hace frío

El rango es una cosa. La carga es algo completamente diferente. El clima frío hace que los iones fluyan más lentamente a través de las celdas de la batería, lo que hace que el litio se acumule fuera del nodo y se convierta en un metal inerte. Este revestimiento de litio interrumpe el flujo futuro de energía y consume parte del litio que se supone que alimenta la batería, lo que puede provocar una disminución en la potencia y el alcance.

Si está interesado en obtener más detalles Recurrent dice que los ánodos de las baterías están hechos de materiales como el grafito que tiene estructuras en forma de celosía. Cuando se carga una batería, los iones de litio se mueven del cátodo al ánodo y se almacenan en esos espacios reticulares. Si la carga se lleva a cabo cuando hace frío, los iones ingresan al ánodo más lentamente y la acumulación de litio en el exterior puede resultar en un depósito metálico. Algunos de estos iones entrarán gradualmente en el ánodo con el tiempo, pero algunos permanecerán en el exterior, reduciendo permanentemente la capacidad y aumentando la resistencia interna de la batería.

La computadora en la mayoría de los coches eléctricos precalentará la batería y reducirá la velocidad de carga hasta que sea seguro cargarla normalmente. Eso es bueno, pero también reduce el alcance a menos que el automóvil esté enchufado mientras se realiza el precalentamiento. Por otro lado, incluso cuando hace mucho frío, puedes usar una batería de iones de litio ya cargada sin preocupaciones, dice Recurrent . “Notará un rango reducido a corto plazo ya que el clima frío inhibe el flujo de iones, pero es probable que no haya daños a largo plazo”.

El clima cálido también afecta a las baterías

¿Sabías que fallan más las baterías en verano que en invierno?  El clima cálido también afecta a las baterías de los vehículos eléctricos. Recurrent dice que las temperaturas más altas significan que hay más energía total en un sistema, lo que conduce a reacciones más rápidas en todos los ámbitos. Esto significa que todas las reacciones ocurren más rápido a altas temperaturas, tanto las que producen energía como las reacciones químicas "no deseadas" que hacen que las baterías se degraden.

Si desea entrar en detalles específicos, las altas temperaturas aumentan la velocidad de las reacciones en la interfase de electrolito sólido (SEI), una capa de litio inactivo que se forma en la superficie del ánodo. El SEI está compuesto por sales de litio que reaccionan con el solvente electrolítico y se vuelven inertes. Es permeable a los iones de litio que hacen funcionar la batería, pero impermeable al electrolito, por lo que sirve como barrera protectora entre el ánodo y el electrolito. Para aclarar, esta capa no es lo mismo que el revestimiento de litio. Si bien consume parte del litio disponible para alimentar la batería, también estabiliza el electrolito y ayuda a proteger el ánodo de la corrosión.

El problema es que las altas temperaturas pueden afectar la composición y organización de la capa SEI dentro de las celdas de la batería. Eso puede desencadenar reacciones que consumen demasiado litio activo o crean compuestos inertes que impiden que los iones fluyan libremente. Es todo una cuestión de grado, sin juego de palabras. Se necesita algo de SEI para proteger la batería y garantizar un uso estable a largo plazo. Demasiadas reacciones en el SEI alejan demasiado litio de la producción de energía y pueden evitar que los iones se muevan en la batería.

La forma exacta en que funciona el mecanismo de degradación del calor es diferente para las baterías en reposo, las baterías en carga y las baterías en ciclo. Los efectos del calor también difieren entre las químicas específicas de las baterías. Sin embargo, en la mayoría de los casos, las temperaturas más altas conducirán a una degradación más rápida.

Un proceso conocido como "envejecimiento del calendario" se refiere a la degradación de la batería que ocurre independientemente del uso. Se debe en gran parte al crecimiento de la capa protectora alrededor del ánodo (SEI). A altas temperaturas, las reacciones químicas normales en la batería ocurren más rápido y la estructura protectora puede degradarse, lo que hace que se introduzca más litio en la capa protectora.

Las altas temperaturas pueden dañar las baterías durante la carga porque aumentan la fuerza efectiva de la corriente eléctrica que impulsa los iones de litio de un nodo de la batería al otro. Eso causa estrés físico y daño en el extremo receptor. Cuanto mayor sea la temperatura, o mayor sea la corriente, más fracturas por estrés y daño experimentará el nodo de la batería. Todas estas pequeñas fisuras y grietas se convierten en superficies para reacciones secundarias, agotando el litio disponible y creando compuestos que dificultan el libre flujo de energía.

Para obtener más información sobre el efecto que tiene el clima cálido en un automóvil eléctrico, vea este video de Recurrent. 


Fuente: Recurrent

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