Un estudio de Stanford-SLAC concluye que la conducción en condiciones reales de arranque y parada de vehículos eléctricos beneficia a las baterías más que el uso constante simulado en casi todas las pruebas de laboratorio de nuevos diseños de baterías.
d y, en su mayoría, estacionados), podrían durar aproximadamente un tercio más de lo que los investigadores generalmente han pronosticado, según un nuevo estudio realizado por científicos que trabajan en el SLAC-Stanford Battery Center , un centro conjunto entre el Precourt Institute for Energy de la Universidad de Stanford y el SLAC National Accelerator Laboratory . Esto sugiere que el propietario de un vehículo eléctrico típico puede no necesitar reemplazar el costoso paquete de baterías o comprar un automóvil nuevo durante varios años más.
Casi siempre, los científicos e ingenieros especializados en baterías han probado el ciclo de vida de los nuevos diseños de baterías en laboratorios utilizando un ritmo constante de descarga seguido de recarga. Repiten este ciclo rápidamente muchas veces para saber rápidamente si un nuevo diseño es bueno o no en cuanto a la expectativa de vida, entre otras cualidades.
Según el estudio publicado el 9 de diciembre en Nature Energy , esta no es una buena manera de predecir la expectativa de vida de las baterías de los vehículos eléctricos, especialmente para las personas que poseen vehículos eléctricos para sus desplazamientos diarios. Si bien los precios de las baterías se han desplomado alrededor de un 90 % en los últimos 15 años, las baterías aún representan casi un tercio del precio de un vehículo eléctrico nuevo. Por lo tanto, los usuarios actuales y futuros de vehículos eléctricos pueden estar felices de saber que les esperan muchos kilómetros adicionales.
“No hemos estado probando las baterías de los vehículos eléctricos de la manera correcta”, dijo Simona Onori , autora principal y profesora asociada de ciencias energéticas e ingeniería en la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford . “Para nuestra sorpresa, conducir en condiciones reales con aceleraciones frecuentes, frenadas que cargan un poco las baterías, paradas para entrar en una tienda y dejar que las baterías descansen durante horas, ayuda a que las baterías duren más de lo que habíamos pensado según las pruebas de laboratorio estándar de la industria”.
Una agradable sorpresa
Los investigadores diseñaron cuatro tipos de perfiles de descarga de vehículos eléctricos, desde la descarga constante estándar hasta la descarga dinámica basada en datos de conducción reales. El equipo de investigación probó 92 baterías de iones de litio comerciales durante más de dos años en todos los perfiles de descarga. Al final, cuanto más realistas eran los perfiles para reflejar el comportamiento de conducción real, mayor era la expectativa de vida de los vehículos eléctricos.
El estudio concluye que varios factores contribuyen a la inesperada longevidad. Un algoritmo de aprendizaje automático entrenado con todos los datos que recopiló el equipo ayudó a desentrañar los impactos de los perfiles de descarga dinámicos en la degradación de la batería.
“Conducir en condiciones reales, con aceleraciones frecuentes, frenadas que cargan un poco las baterías, parar para entrar en una tienda y dejar que las baterías descansen durante horas, ayuda a que las baterías duren más de lo que pensábamos”.Simona OnoriProfesor asociado de Ciencias e Ingeniería Energética
Por ejemplo, el estudio mostró una correlación entre aceleraciones cortas y bruscas de los vehículos eléctricos y una degradación más lenta. Esto era contrario a las suposiciones sostenidas durante mucho tiempo por los investigadores de baterías, incluido el equipo de este estudio, de que los picos de aceleración son malos para las baterías de los vehículos eléctricos. Pisar el pedal con fuerza no acelera el envejecimiento. En todo caso, lo ralentiza, explicó Alexis Geslin , uno de los tres autores principales del estudio y estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales y en informática en la Facultad de Ingeniería de Stanford .
Dos formas de envejecer
El equipo de investigación también buscó diferencias en el envejecimiento de las baterías debido a los numerosos ciclos de carga y descarga, en comparación con el envejecimiento que se produce con el tiempo. Las baterías que tienes en casa y que han estado sin usar en un cajón durante años no funcionarán tan bien como cuando las compraste, si es que funcionan.
De izquierda a derecha: Simona Onori, Devi Ganapathi, Alexis Geslin, Le Xu y William Chueh en el Centro de Baterías SLAC-Stanford. | Jim Gensheimer / Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC
“Los ingenieros de baterías hemos asumido que el envejecimiento cíclico es mucho más importante que el envejecimiento inducido por el tiempo. Esto es especialmente cierto en el caso de los vehículos eléctricos comerciales, como los autobuses y las furgonetas de reparto, que casi siempre están en uso o recargándose”, afirmó Geslin. “Para los consumidores que utilizan sus vehículos eléctricos para ir al trabajo, recoger a sus hijos, ir al supermercado, pero que en la mayoría de los casos no los utilizan ni los cargan, el tiempo se convierte en la causa predominante del envejecimiento, por encima del ciclado”.
El estudio identifica un punto óptimo de velocidad de descarga promedio para equilibrar el envejecimiento temporal y el envejecimiento cíclico, al menos para la batería comercial que probaron. Afortunadamente, esa ventana está dentro del rango de conducción realista de vehículos eléctricos de consumo. Los fabricantes de automóviles podrían actualizar su software de gestión de baterías de vehículos eléctricos para aprovechar los nuevos hallazgos y maximizar la longevidad de la batería en condiciones del mundo real.
Mirando hacia el futuro
“En el futuro, será muy importante evaluar nuevos diseños y composiciones químicas de baterías con perfiles de demanda realistas”, afirmó Le Xu, investigador postdoctoral en ciencias energéticas e ingeniería . “Los investigadores ahora pueden revisar los supuestos mecanismos de envejecimiento a nivel de química, materiales y celdas para profundizar su comprensión. Esto facilitará el desarrollo de algoritmos de control avanzados que optimicen el uso de las arquitecturas de baterías comerciales existentes”.
El estudio sugiere que las implicaciones van más allá de las baterías. Los científicos e ingenieros podrían aplicar los principios a otras aplicaciones de almacenamiento de energía, así como a otros materiales y dispositivos de las ciencias físicas en los que el envejecimiento es crucial, como los plásticos, los vidrios, las células solares y algunos biomateriales utilizados en implantes.
“Este trabajo resalta el poder de integrar múltiples áreas de especialización, desde la ciencia de los materiales, el control y el modelado hasta el aprendizaje automático, para avanzar en la innovación”, afirmó Onori. Stanford Report. Traducido al español
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