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¿Cómo funcionan las baterías de los vehículos eléctricos?

  • Autolab / Básicos

Los vehículos eléctricos (VE) deben su nombre a la electricidad almacenada en sus paquetes de baterías, la cual alimenta el motor del automóvil y hace girar las ruedas. A diferencia de los vehículos tradicionales que dependen exclusivamente de motores de combustión interna, los VE se impulsan gracias a la energía eléctrica. Por otro lado, los vehículos híbridos combinan lo mejor de ambos mundos: cuentan con una batería eléctrica y un motor de combustión interna que juntos contribuyen a la potencia motriz. Estas baterías, tanto en los VE como en los híbridos, son recargables.

Para recargar las baterías de estos vehículos, se puede enchufar el automóvil a tomas de corriente de pared o a unidades de carga especializadas. Este proceso transfiere la electricidad de la red a la batería interna del vehículo, permitiéndole almacenar la energía necesaria para su funcionamiento.

Para entender mejor cómo funcionan las baterías de los vehículos eléctricos, es esencial analizar tres aspectos clave:

Qué son las baterías de los automóviles: Las baterías de los VE son dispositivos que almacenan energía en forma de electricidad. Esta energía se utiliza para alimentar el motor eléctrico, el cual convierte la electricidad en movimiento. Estas baterías son generalmente de iones de litio, debido a su alta densidad de energía y su capacidad para recargarse rápidamente.

Tipos de baterías de vehículos eléctricos: Existen varios tipos de baterías utilizadas en los VE, siendo las más comunes las de iones de litio. Sin embargo, también se utilizan otras tecnologías como las baterías de níquel-metal hidruro (NiMH) y las baterías de estado sólido, que están en desarrollo. Cada tipo de batería tiene sus propias ventajas y desventajas en términos de capacidad de almacenamiento, tiempo de recarga y durabilidad.

Cómo se cargan las baterías para alimentar los automóviles eléctricos: La carga de las baterías de los VE se realiza mediante la conexión a una fuente de electricidad. Esto se puede hacer en casa, utilizando una toma de corriente convencional, o en estaciones de carga especializadas que ofrecen una recarga más rápida y eficiente. Durante la carga, la electricidad de la red se transfiere a la batería del vehículo, almacenándose para su uso posterior.

¿Qué es una batería?

Las baterías son dispositivos que almacenan energía en forma de energía química y la convierten en electricidad cuando es necesario. En su estructura, una batería contiene una cantidad desproporcionada de electrodos negativos y positivos en cada lado. Cuando estos electrodos se conectan mediante un cable, los electrones del lado negativo fluyen hacia el lado positivo. Este flujo de electrones, conocido comúnmente como electricidad, se puede aprovechar para alimentar diversos dispositivos, como luces, teléfonos y motores de automóviles.

Con el tiempo, la fuerza de la electricidad disminuye a medida que los números de electrones en cada lado se equilibran. Cuando esto ocurre, la batería se considera «»muerta»» porque ya no puede producir electricidad.

Existen diferentes reacciones químicas que pueden generar electricidad en las baterías. Sin embargo, los fabricantes de automóviles se centran en aquellas que se pueden recargar. Las baterías recargables utilizan energía eléctrica para reiniciar el flujo de electrones desde el lado negativo al positivo. Este tipo de baterías, con las propiedades químicas adecuadas para recargarse, son increíblemente útiles para los automóviles, ya que no requieren reemplazos constantes.

En el caso de los automóviles eléctricos, hay tres tipos de baterías que funcionan mejor en este proceso de recarga:

  1. Baterías de iones de litio: Son las más comunes debido a su alta densidad de energía y capacidad para recargarse rápidamente. Son ligeras y tienen una larga vida útil.

  2. Baterías de níquel-metal hidruro (NiMH): Aunque no son tan eficientes como las de iones de litio, tienen una buena capacidad de almacenamiento y son menos propensas a sobrecalentarse.

  3. Baterías de estado sólido: Estas están en desarrollo y prometen ser más seguras y eficientes que las baterías actuales, con mayor capacidad de almacenamiento y menor riesgo de incendios.

3 tipos de baterías para vehículos eléctricos:

1. Plomo-ácido:

Las baterías de plomo-ácido son la forma más antigua de baterías recargables, inventadas en 1859. A lo largo de los años, han sido utilizadas tanto en automóviles eléctricos como en no eléctricos. Estas baterías funcionan mezclando electrodos de plomo con ácido para generar energía.

Ventajas de las baterías de plomo-ácido:

  1. Facilidad de uso: Dado que esta tecnología ha existido durante mucho tiempo, es muy conocida y fácil de trabajar.
  2. Confiabilidad: Las baterías de plomo-ácido son confiables y han demostrado su eficacia a lo largo de los años.
  3. Costo: Son económicas de fabricar, lo que las hace accesibles para una amplia variedad de aplicaciones.

Desventajas de las baterías de plomo-ácido:

  1. Seguridad: Cuando se sobrecargan, pueden generar gases potencialmente explosivos, lo que representa un riesgo.
  2. Rendimiento en frío: Tienen un rendimiento deficiente en temperaturas frías, lo que puede afectar su funcionalidad en climas fríos.
  3. Durabilidad: No duran mucho en vehículos eléctricos, lo que limita su uso en estos automóviles.

Aplicaciones comunes:

  • Automóviles convencionales: Estas baterías se utilizan en casi todos los automóviles convencionales para encender el motor y alimentar los sistemas eléctricos básicos.
  • Automóviles eléctricos e híbridos: Se emplean como fuentes de energía complementarias en algunos automóviles totalmente eléctricos e híbridos.

A pesar de sus limitaciones, las baterías de plomo-ácido siguen siendo una opción popular debido a su confiabilidad y costo. Sin embargo, para vehículos eléctricos, su rendimiento y durabilidad no son óptimos, especialmente en climas fríos. Por esta razón, los fabricantes están desarrollando otras opciones de alta potencia para mejorar la eficiencia y la vida útil de las baterías en estos vehículos.

2. Baterías de níquel-hidruro metálico: 

Las baterías de níquel-hidruro metálico (NiMH) son conocidas por su capacidad de almacenar una gran cantidad de energía en un tamaño relativamente pequeño, lo que les confiere una alta densidad energética. Estas baterías son las más comunes en los vehículos híbridos eléctricos y se recargan aprovechando la energía generada por el motor de combustión del automóvil.

Ventajas de las baterías de níquel-hidruro metálico:

  1. Alta densidad energética: Pueden almacenar una gran cantidad de energía en un espacio reducido, lo que es ideal para vehículos híbridos que requieren baterías compactas y eficientes.
  2. Durabilidad: Son extremadamente duraderas, lo que las hace ideales para el uso a largo plazo en vehículos.
  3. Seguridad: Son seguras de usar y producen poca toxicidad, lo que facilita su reciclaje de manera óptima.

Desventajas de las baterías de níquel-hidruro metálico:

  1. Costo: Son más caras en comparación con otras baterías, lo que puede aumentar el costo total del vehículo.
  2. Densidad energética baja: Aunque tienen alta densidad energética para su tamaño, en comparación con otras tecnologías más avanzadas, su densidad energética es relativamente baja.
  3. Generación de calor: Generan mucho calor a altas temperaturas, lo que puede ser un problema en climas cálidos y durante la carga intensiva. Esto las convierte en una opción menos ideal para vehículos que dependen exclusivamente de la carga enchufable.

Aplicaciones comunes:

  • Vehículos híbridos eléctricos: Los híbridos, que combinan un motor de combustión interna y una batería eléctrica, son los que más se benefician de las baterías de níquel-hidruro metálico. Estas baterías permiten un equilibrio entre eficiencia energética y durabilidad, aprovechando la recarga desde el tanque de combustible del automóvil.

3. Iones de litio:

Las baterías de iones de litio se han convertido en la opción preferida para la mayoría de los vehículos eléctricos debido a sus numerosas ventajas. Son ligeras, requieren poco mantenimiento y ofrecen un alto rendimiento energético, incluso a altas temperaturas.

Ventajas de las baterías de iones de litio:

  1. Ligereza: Pesan menos que otras baterías, lo que ayuda a mejorar la eficiencia del vehículo y su rendimiento general.
  2. Alto rendimiento energético: Estas baterías pueden almacenar grandes cantidades de energía, lo que permite a los vehículos eléctricos recorrer mayores distancias con una sola carga.
  3. Bajo mantenimiento: Las baterías de iones de litio no requieren mucho mantenimiento, lo que facilita su uso y prolonga su vida útil.
  4. Baja tasa de autodescarga: Tienen una baja tasa de «»autodescarga»», lo que significa que pueden mantener su carga durante un período prolongado cuando no están en uso. Esto es especialmente útil para aquellos que no usan su vehículo eléctrico todos los días.

Aplicaciones comunes:

  • Vehículos eléctricos: Debido a su alta densidad energética y bajo peso, estas baterías son ideales para vehículos eléctricos, permitiendo viajes más largos y una mejor eficiencia energética.
  • Electrónica portátil: También son ampliamente utilizadas en dispositivos electrónicos como teléfonos móviles, laptops y tabletas debido a sus características favorables.

¿Cómo se carga la batería de un vehículo eléctrico?

En un vehículo eléctrico, un motor de tracción eléctrica reemplaza al motor de combustión interna tradicional de los automóviles a gasolina. Este tipo de vehículo utiliza un paquete de baterías de tracción para almacenar electricidad, que luego se utiliza para impulsar las ruedas. Estas baterías deben recargarse en estaciones de recarga, ya sea en el hogar o en lugares públicos. Las estaciones de carga reinician el flujo químico de electrones negativos a positivos dentro de la batería. La autonomía total del vehículo depende de la eficiencia de la batería para usar y almacenar energía eléctrica.

Carga en vehículos eléctricos:

  • Estaciones de recarga: Las baterías de los vehículos eléctricos requieren recarga regular en estaciones de carga, que pueden encontrarse en el hogar o en lugares públicos. Estas estaciones varían en velocidad y capacidad, afectando el tiempo necesario para una recarga completa.
  • Tiempo de recarga: El tiempo necesario para recargar una batería de vehículo eléctrico varía según el nivel de carga y la compatibilidad del vehículo con la estación de carga. No todos los vehículos eléctricos pueden utilizar estaciones de carga rápida, lo que puede influir en la conveniencia y rapidez de la recarga.
  • Autonomía: La distancia que puede recorrer un vehículo eléctrico con una sola carga depende del tipo de batería que utilice. Por ejemplo, las baterías de plomo-ácido proporcionan alrededor de 128 km, las de níquel-metal hidruro alcanzan aproximadamente 193 millas, y las de iones de litio pueden ofrecer más de 220 millas. Aunque las baterías de iones de litio están mejorando la autonomía de los vehículos eléctricos, aún no igualan a los automóviles de gasolina en cuanto a distancia total.

Carga en vehículos híbridos:

  • Motor de combustión adicional: Los vehículos híbridos combinan un paquete de baterías y un motor eléctrico con un motor de combustión interna. Este motor de combustión asume la función de fuente de energía cuando se agota la electricidad, ofreciendo una flexibilidad adicional.
  • Frenado regenerativo: En los híbridos enchufables, las baterías también pueden recargarse mediante el frenado regenerativo, que convierte la energía cinética en energía eléctrica durante el frenado.
  • Puertos de carga: Al igual que los vehículos totalmente eléctricos, los híbridos enchufables pueden recargarse conectándolos a puertos de carga utilizando un cable enchufable incluido.

Desafíos de la carga:

  • Disponibilidad de estaciones de carga: Aunque la infraestructura de carga está creciendo, las estaciones de carga aún no son tan abundantes como las estaciones de servicio de gasolina. Esto puede ser un desafío para los conductores de vehículos eléctricos que necesitan recargar sus baterías durante viajes largos.
  • Compatibilidad: No todos los vehículos eléctricos pueden utilizar todas las estaciones de carga rápida, lo que puede limitar las opciones de recarga rápida para algunos usuarios.

¿Cuánto duran las baterías de los vehículos eléctricos?

Las baterías de los vehículos eléctricos, debido a los componentes utilizados en su fabricación, pueden ser significativamente más caras que las de los automóviles tradicionales. Afortunadamente, la mayoría de los fabricantes de vehículos eléctricos ofrecen garantías para sus baterías en caso de que caduquen antes de tiempo. Generalmente, estas baterías tienen una duración de entre 5 y 8 años, o alrededor de 100,000 millas.

Durabilidad y garantías:

  • Garantías: La mayoría de los fabricantes de vehículos eléctricos proporcionan garantías para las baterías, cubriendo defectos y rendimiento decreciente dentro de un período específico. Esto da a los propietarios tranquilidad en caso de que la batería falle prematuramente.
  • Vida útil: En promedio, las baterías de los vehículos eléctricos duran entre 5 y 8 años, aunque la duración exacta puede variar según el uso, el mantenimiento y las condiciones ambientales.

Reciclaje y sostenibilidad:

  • Baterías de iones de litio: Estas baterías son completamente reciclables. Parte de la carga restante se puede devolver a la red eléctrica como energía renovable, y sus partes metálicas pueden ser reutilizadas. Este proceso ayuda a reducir el impacto ambiental de las baterías y promueve la sostenibilidad.

Evolución de la tecnología de baterías:

  • Desarrollo continuo: Los vehículos eléctricos están ganando popularidad a medida que la tecnología de baterías avanza. Se espera que en el futuro cercano haya vehículos totalmente eléctricos más asequibles y eficientes.
  • Comparación con baterías tradicionales: Así como las baterías de plomo-ácido se volvieron económicas y confiables después de más de un siglo de uso y estudio, se anticipa que los paquetes de baterías de níquel-metal hidruro y de iones de litio seguirán mejorando en costo y rendimiento con más investigación, uso y conducción.

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