Un nuevo enfoque para las baterías de los vehículos eléctricos: seguras, reparables y sostenibles
La espectroscopia de impedancia electroquímica se utilizará en el futuro para detectar microcortocircuitos antes de que provoquen incendios en las baterías.
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Un equipo de investigación dirigido por la Universidad Técnica de Graz está elaborando nuevas directrices de diseño para las baterías de los vehículos eléctricos. Estos conceptos aumentan la seguridad, facilitan las reparaciones y mejoran la sostenibilidad a lo largo de todo el ciclo de vida.
El desarrollo de baterías de tracción para vehículos eléctricos es cada vez más complejo. El rendimiento eléctrico, el comportamiento térmico y la seguridad mecánica están estrechamente relacionados y requieren soluciones integradas. Al mismo tiempo, hasta la fecha ha habido una falta de normas de diseño uniformes. Esto conlleva desventajas. En caso de accidente, esto dificulta que los servicios de emergencia puedan manipular de forma segura las baterías dañadas o en llamas, y el reciclaje también resulta mucho más complicado debido a la falta de uniformidad en los diseños. En el proyecto de investigación E-Track, el Instituto de Seguridad Vehicular de la Universidad Técnica de Graz (TU Graz), junto con el Instituto de Ciencias de Sistemas Ambientales de la Universidad de Graz y socios industriales, ha desarrollado unas directrices de diseño bien fundamentadas que hacen que los sistemas de baterías sean más seguros, más sostenibles y más económicos.
Desventajas derivadas de la falta de normas de diseño
«Sin normas de diseño uniformes, los servicios de emergencia suelen enfrentarse a grandes retos en caso de emergencia, ya que resulta difícil evaluar la estructura y el comportamiento de los sistemas de baterías. Al mismo tiempo, se pierden recursos valiosos si las baterías no pueden repararse o reciclarse por completo», explica el director del proyecto, Markus Fasching, del Instituto de Seguridad Vehicular de la TU Graz. «Nuestro trabajo demuestra que la seguridad, la eficiencia y la reciclabilidad pueden mejorarse conjuntamente mediante un diseño bien pensado».
Una deficiencia clave de los sistemas de baterías actuales es su limitada capacidad de reparación y reciclabilidad. Muchos fabricantes recurren a carcasas adheridas con pastas termoconductoras para la regulación de la temperatura, lo que ofrece ventajas en la producción, pero a menudo obliga a sustituir todo el paquete de baterías en caso de daños. El equipo utilizó este método de construcción como diseño básico para sus investigaciones. Los investigadores también estudiaron dos diseños alternativos, entre ellos un concepto con cubiertas de carcasa sustituibles, en el que unas almohadillas de disipación de calor se encargan de disipar el calor, y un diseño refrigerado por líquido. En este caso, un aceite aislante eléctrico se encarga de la disipación del calor y la carcasa se atornilla con una junta de estanqueidad. Esto facilita el desmontaje y permite la sustitución selectiva de celdas individuales.
Merece la pena facilitar las reparaciones
Los análisis muestran que las celdas de la batería son tanto el mayor factor de coste como el factor decisivo en materia de seguridad y sostenibilidad. Representan alrededor del 75 % de la masa total, por lo que su reutilización tras un accidente es crucial para el equilibrio ecológico y económico. Los análisis del ciclo de vida lo demuestran. Los diseños que facilitan la reparación resultan rentables siempre que se pueda reutilizar al menos un 8 % de las celdas. El desmontaje sencillo también favorece el reciclaje de materiales. El equipo de investigación también ha desarrollado nuevos métodos de diagnóstico basados en la espectroscopia de impedancia electroquímica. Estos métodos de diagnóstico, combinados con modelos multifísicos virtuales, permiten detectar de forma fiable daños internos, como microcortocircuitos, que de otro modo podrían provocar incidentes críticos con retardo temporal, como incendios de la batería.
Aunque las directrices se desarrollaron principalmente para vehículos eléctricos de dos ruedas, los métodos y enfoques de simulación pueden trasladarse directamente a clases de vehículos más grandes, como turismos y camiones. Los resultados de E-Track constituyen, por tanto, una base sólida para futuras normas industriales y también podrían servir como punto de partida para marcos normativos. Ya hay algunas partes interesadas del sector que han mostrado interés en proyectos de seguimiento para seguir investigando los métodos de diagnóstico destinados a evaluar el estado de seguridad y los modelos de simulación multifísicos. El proyecto finalizado ha sido financiado por la Agencia Austriaca de Fomento de la Investigación (FFG).
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