Una nueva patente presentada a finales del 2009 en nuestro país, y desarrollada tecnológicamente desde entonces, parece ser la clave para abrir definitivamente la puerta de la utilización eficiente de las baterías de Litio-ión en la movilidad eléctrica.
El pasado mes de abril se presentó el primer prototipo de scooter incorporando el sistema de baterías EMIC en el Centro Tecnológico de Baterías Industriales (CTBI) de Saft Baterías en San Sebastián de los Reyes. Al mismo tiempo, se presentaba en Bruselas el sistema, en un acto especialmente orientado a la movilidad eléctrica. Los principales grupos industriales fabricantes de este tipo de vehículos han recibido con gran entusiasmo esta invención y han dado su visto bueno al lanzamiento de diversos ensayos del sistema en sus vehículos.

El concepto fundamental que de-sarrolla esta innovación es la “portabilidad real”. El sistema consiste fundamentalmente en dividir la batería de tracción del vehículo en varias partes, haciendo que cada una por separado sea totalmente transportable por una persona. Así, por ejemplo, el sistema que se muestra actualmente en el prototipo, se presenta en dos cartuchos de baterías que individualmente proporcionan la energía suficiente para recorrer unos 15 km en recorrido urbano, con todas las prestaciones de aceleración y potencia requeridas por el vehículo. Si se colocan los dos cartuchos, el vehículo es capaz de recorrer 30 km. Y cada cartucho sólo pesa 2 kg.

Evidentemente, la cantidad de energía o, dicho de otra forma, la cantidad de kilómetros que podemos recorrer con el vehículo, depende del peso de la batería. Así pues, se pueden ensamblar cartuchos de baterías de diferentes cantidades de energía para atender a diferentes requerimientos de autonomía en función de cada usuario. Se abre así un abanico enorme de ventajas entre las que se pueden destacar las siguientes:

    La motocicleta eléctrica puede comercializarse sin baterías y cada comprador puede dimensionar la batería de acuerdo a sus necesidades.
    Los cartuchos de batería pueden recargarse en un punto de recarga urbano conectando el vehículo a través de un cable estándar, o pueden recargarse individualmente en cargadores de sobremesa, en casa o en la oficina, extrayéndolos de la moto.
    Una sola motocicleta es suficiente para trabajos de flotas en varios turnos. Cada turno llevará los cartuchos correspondientes a sus necesidades de autonomía y se recargarán a lo largo del siguiente turno, fuera del vehículo, mientras otro juego de cartuchos hace su función de tracción en el turno siguiente.
    Se pueden ensamblar cartuchos con diferentes cantidades de energía, esto es, se pueden fabricar cartuchos para 15, 30 o 45 km y se pueden combinar cartuchos en el mismo vehículo con diferente tamaño y peso, a lo largo de la vida del vehículo por si las necesidades de autonomía del mismo cambian con el tiempo.

El sistema actualmente diseñado conecta hasta cuatro cartuchos al vehículo a través de una tarjeta denominada conectora. Las principales tareas de esta tarjeta conectora son las siguientes:

    Gestión individualizada de las cargas y descargas de cada cartucho (BMS).
    Gestión colectiva de las prestaciones del sistema de baterías en función de condicionamientos externos (requerimientos de potencia, temperatura externa, etc.).
    Monitorización de la situación del sistema de manera continua y envío de alarmas e información al vehículo.
    Protección del sistema de baterías ante posibles abusos de utilización (sobrevoltajes, calentamientos, etc.).
    Almacenamiento de datos para la determinación del estado de salud de la batería y seguimiento de su vida útil.

Para decirlo de manera sencilla, el funcionamiento del sistema se basa en la característica curva de carga y descarga de algunos sistemas electroquímicos de la familia del Litio-ión donde es relativamente sencillo conocer el estado de carga de la batería a través del voltaje a circuito abierto (ver figura 1). Y en este punto, es importante destacar que no todos los sistemas de Litio-ión son susceptibles de aplicación en el sistema EMIC. Aquéllos que presentan curvas de carga y descarga muy planas, como por ejemplo el basado en cátodos de LiFePO4, no pueden gestionarse de acuerdo a este sistema (ver figura 2).

Cabe destacar también el contenido en algoritmos que incorpora el sistema para mostrar y gestionar información sobre el estado de salud de las baterías. Cada tecnología electroquímica presenta diferentes características de comportamiento ante ciertas señales. Unos estudios completos llevados a cabo en nuestro CTBI están permitiendo relacionar las medidas de voltaje, temperatura y corriente, habituales en estos sistemas, con las condiciones de vida de la batería, parámetro muy útil cuando hablamos de aplicaciones cíclicas como la que se presenta en este artículo.

Ni qué decir tiene que, además de diferentes tamaños, formas y pesos, la flexibilidad de instalación del sistema en un vehículo eléctrico es impresionante. Poder dividir la batería en diferentes partes (cartuchos) permite colocar cada una de ellas en diferentes posiciones y puntos del vehículo, equilibrando, por ejemplo, las cargas aerodinámicas, lo que permite múltiples soluciones. Al final, cada parte deberá ir conectada mediante un sencillo cable de pocos hilos a la tarjeta conectora, que se instalará en un lugar seguro dentro de la motocicleta. Imaginen la cantidad de disposiciones posibles que se pueden diseñar.
Además, es relevante destacar que las baterías de Litio-ión existen en diferentes formatos en función de su aplicabilidad (figura 3). Así, hay modelos de pilas de alta capacidad de almacenamiento de energía pero de baja potencia, modelos especiales para altas corrientes de carga y descarga, modelos con diferentes prestaciones de ciclos de vida, etc., y todos ellos pueden configurarse bajo el sistema EMIC. Es decir, el sistema EMIC no es solamente un sistema de baterías para su aplicación en la movilidad eléctrica de vehículos pequeños, es una invención que abre la puerta a múltiples aplicaciones donde la batería, como hoy la conocemos, es necesaria pero presenta inconvenientes de instalación y autonomía a causa de motivos variados.

Para terminar, quisiera también destacar la facilidad de incorporación del sistema EMIC a las denominadas redes inteligentes de la energía (smart grids) gracias a la cantidad y calidad de la información que maneja sobre la situación y estado de la batería y a su capacidad de comunicarse, bajo diferentes protocolos, con diferentes dispositivos de sistemas complejos. Se abre, así, un nuevo mundo para el tratamiento de baterías en las redes del futuro.

Autor:

Joaquín J. Chacón Guadalix, Director General – Saft Baterías S.L.