Por qué la batería de tu coche eléctrico pierde autonomía más rápido de lo que predicen las pruebas de laboratorio en cuanto empiezas a recargarla rápidamente cuando hace calor

Llevo doce años estudiando las baterías de iones de litio de los vehículos eléctricos, y la diferencia entre los datos de los ciclos de laboratorio y lo que ocurre realmente en la carretera sigue siendo mayor de lo que la mayoría de la gente espera. Las baterías que parecen estar en buen estado tras unos cuantos miles de ciclos controlados en una cámara climática suelen presentar una pérdida de capacidad más rápida una vez que se someten a recargas rápidas en corriente continua de forma habitual a temperaturas ambiente superiores a los 30 °C. El factor principal no es la antigüedad, sino la combinación de altas velocidades de carga y temperaturas elevadas de las celdas que el sistema de gestión térmica no controla por completo durante sesiones consecutivas.

La mayoría de las baterías de los vehículos eléctricos actuales utilizan celdas de NMC o LFP con refrigeración líquida. En el laboratorio es posible mantener la temperatura de las celdas con gran precisión y limitar la velocidad de carga, por lo que la retención de capacidad tras 1.000 ciclos completos equivalentes suele mantenerse por encima del 90 %. En carretera, el circuito de refrigeración tiene que hacer frente tanto al calor de las celdas como al calor acumulado del aire ambiente y de la calzada. Cuando un conductor conecta el vehículo a un cargador de 150-250 kW en un día caluroso, la temperatura de las celdas puede alcanzar valores de hasta unos 45 °C, incluso con el sistema de refrigeración funcionando a pleno rendimiento. Ese rango de temperatura acelera las reacciones secundarias en las interfaces del ánodo y el cátodo.

Resultados de laboratorio procedentes de una comparación controlada

Sometimos dos conjuntos de módulos del mismo lote de producción a pruebas aceleradas. Un conjunto se sometió a ciclos a 25 °C con una tasa de carga máxima de 1C. El otro conjunto se sometió a ciclos a una temperatura de célula de 40 °C con tasas de carga de hasta 2,5C para simular cargas rápidas repetidas en corriente continua. Tras 800 ciclos completos equivalentes, el grupo de 25 °C había perdido aproximadamente un 6 % de capacidad. El grupo de alta tasa a 40 °C había perdido entre un 11 % y un 13 %. El aumento de la impedancia también fue mayor en el grupo sometido a altas temperaturas: aproximadamente un 18 % frente a un 9 %. Los desmontajes posteriores a la prueba revelaron capas de SEI más gruesas y más indicios de deposición de litio en los ánodos de las celdas sometidas a alta temperatura y alta tasa de carga. La diferencia no era drástica en términos absolutos, pero era constante y lo suficientemente grande como para explicar por qué algunos vehículos pierden una autonomía apreciable mucho antes de que el cuentakilómetros alcance el kilometraje en el que, según los cálculos de la garantía, deberían hacerlo.

Caso práctico de una flota en un clima cálido

Una flota de reparto que utilizaba furgonetas eléctricas en una región donde las temperaturas diurnas suelen oscilar entre los 35 y los 38 °C empezó a registrar una pérdida de autonomía mayor de lo esperado al cabo de unos 18 meses. Las furgonetas se recargaban principalmente por la noche con corriente alterna (CA), pero los conductores también utilizaban cargadores rápidos de corriente continua (CC) dos o tres veces por semana durante sus turnos. Los datos de a bordo mostraron que las temperaturas de las celdas alcanzaban con frecuencia entre 42 y 46 °C durante esas sesiones de recarga rápida, a pesar de que el sistema de refrigeración estaba activo. La pérdida media de capacidad en toda la flota se situaba en torno al 8-9 % anual, en lugar del 3-4 % que había sugerido la proyección del fabricante, basada en un ciclo de uso menos exigente. Los vehículos que se limitaban a la recarga en CA y evitaban las horas de mayor calor del día presentaban aproximadamente la mitad de esa tasa. Una vez que la flota incorporó una sencilla norma —limitar la recarga rápida de CC cuando la temperatura ambiente superara los 32 °C y dejar que la batería se enfriara activamente durante 20-30 minutos después—, la tasa de pérdida anual se redujo hasta situarse cerca del 5 %. Las baterías en sí no habían cambiado; lo que había cambiado era el ciclo de trabajo.

Lo que realmente se aprecia en el uso diario

Los sistemas de gestión térmica de la mayoría de los coches eléctricos actuales están dimensionados para una combinación de conducción y recargas rápidas ocasionales, no para sesiones repetidas de alta potencia en condiciones de calor ambiental elevado. El líquido refrigerante puede eliminar el calor, pero hay un retraso, y las celdas situadas en el centro de un módulo suelen calentarse más que los sensores cercanos a las placas de refrigeración. Las baterías de LFP gestionan mejor el calor desde el punto de vista de la longevidad que muchas baterías de NMC, pero siguen perdiendo más capacidad cuando se someten regularmente a temperaturas superiores a los 40 °C durante la recarga de lo que indican los datos de los ciclos a temperatura ambiente.

La pérdida de autonomía en condiciones reales también se agrava porque los conductores notan esa disminución y empiezan a recargar con más frecuencia, lo que aumenta el número de ciclos de alta intensidad. Las pruebas de laboratorio que indican 1.000 o 1.500 ciclos hasta el 80 % de la capacidad suelen partir de la base de una temperatura controlada y de intensidades moderadas. Cuando se añaden temperaturas sostenidas de las celdas entre los 40 y los 45 °C y múltiples recargas rápidas de corriente continua a la semana, los mecanismos de envejecimiento por tiempo y por ciclos se acumulan más rápidamente de lo que muestran esos gráficos.

Si un coche eléctrico pierde autonomía más rápido de lo esperado en un clima cálido, lo primero que conviene comprobar es con qué frecuencia se somete a recargas rápidas de corriente continua y qué temperaturas alcanzan realmente las celdas durante esas sesiones. La diferencia entre una batería que se mantiene cerca de los 30 °C y otra que alcanza habitualmente los 45 °C bajo carga es lo suficientemente grande como para modificar la tasa de degradación en varios puntos porcentuales al año, incluso cuando todo lo demás parece normal.