Baterías de Ion Litio ¿Cómo funcionan y por qué se utilizan en vehículos eléctricos?
El uso de baterías de Ion Litio se ha expandido en la industria automotriz. Los nuevos vehículos eléctricos utilizan esta tecnología para proveer energía a los sistemas de transmisión de potencia.
Inicialmente fue creada para uso en dispositivos pequeños de consumo masivo, y sustituye en muchos casos a las Baterías de Níquel Metal Ni-Mh y Níquel Cadmio Ni-Cd.
¿Cómo funcionan las nuevas baterías de Lion Litio Li-Ion?
Las baterías de Ion Litio cuentan con depósito para un líquido iónico conductor llamado electrolito. Sobre este electrolito circulan electrones que crean una diferencia de potencia cuando se mueven de un lado positivo a otro negativo.
Estos lados positivo y negativo se denominan electrodos de la batería.
Cuando la batería se encuentra emitiendo carga al vehículo, los electrones acumulados en el electrodo negativo se liberan a través de un circuito externo, y así se movilizan internamente hacia el electrodo positivo.
Esta es la etapa de descarga o fase de descarga de la batería.
Por otra parte, en el sentido contrario, cuando se genera la fase de carga de la batería, la energía de la fuente de carga, hace que los electrones se movilicen desde el electrodo positivo al negativo, efectuando así la etapa o fase de carga de la batería.
Tipos de batería de Iones
Las baterías de Iones de Plomo Ácido han sido utilizadas tradicionalmente en la industria automotriz. Son las baterías que vemos comúnmente en los autos de combustión interna.
Son normalmente de 12 Voltios y los iones son de plomo, así como sus electrodos. El tiempo de carga es mucho más lento (8 horas aproximadamente para cargar al 100%).
Además las baterías de Ion Plomo Ácido sufren de recalentamiento si se somete a una carga constante, y son altamente contaminantes y peligrosas de manipular.
Por otra parte las baterías de Ion Litio son mucho más eficientes en los procesos de carga y descarga constante. Evitan el efecto memoria que se produce al someter las baterías a ciclos constantes de carga y descarga. No emiten gases y son libres de mantenimiento.
Uso en de baterías Ion Litio en Autos Eléctricos ¿Cómo es su disposición?
Para lograr la capacidad de carga y potencia de un auto convencional de pasajeros, las baterías de estos vehículos consta de un conjunto o paquete de celdas de Ion Litio conectadas mediante un circuito, monitoreado a través de una computadora única e independiente.
Dependiendo del voltaje requerido por cada marca de autos, o el uso del mismo, así será la cantidad de celdas y la disposición de las mismas.
Normalmente estas baterías están ubicadas debajo de los asientos traseros dentro del habitáculo, o en el maletero. En algunos vehículos más modernos, por su gran tamaño, están ubicadas en la parte inferior del auto. Cubiertas por una carcasa de aluminio, y protegidas de la humedad.
Esta capacidad de almacenaje de electricidad se mide en Kilovatios – Hora kWh, y es común en estos autos que en el tablero de instrumentos, en lugar de encontrar medidor de RPM se encuentre el medidor de potencia en KW exigida al acelerar. Así como el almacenaje de kW restantes en lugar de medidor de gasolina.
Propiedades de las Baterías de Ion Litio Automotriz.
- Mayor Densidad Energética: Esto se refiere a la capacidad de carga en Wh vs el peso en Kg, es decir que obtienen una mayor capacidad de carga energética, en un menor peso o volumen con respecto a otros tipos de baterías.
- Menor tiempo de carga: Su tiempo aproximado de carga es de 1 hora, con respecto a otros tipos de baterías, lo que significa poder utilizar el vehículo mucho más tiempo.
- Baja pérdida por auto-descarga: esto se refiere a que no pierde su carga cuando el vehículo no está en uso, o es una pérdida muy mínima, logrando así que el vehículo esté disponible a pesar de periodos prolongados de desuso.
- Densidad de Potencia: Las Baterías de Ion litio ofrecen una mayor densidad de potencia, esto significa que entregan una mayor capacidad en Vatios W sobre su peso en Kilogramos Kg. Este factor es fundamental pata obtener una respuesta eficiente en las exigencias de potencia del auto (Aceleradas, subidas de cuesta, rebasar en carretera). Logrando así mayor seguridad en la conducción.
Aún falta mucho por recorrer en el desarrollo de baterías para la industria automotriz, sin embargo son muchos los avances que se han logrado.
En nuestros mercados es importante estar capacitados para enfrentar todo este tipo de tecnologías mediante capacitación en vehículos híbridos y eléctricos.
Uno de las principales demandas para los talleres automotrices consiste principalmente en baterías e inversores, por lo que el abanico de posibilidades se abre sustancialmente para los técnicos capacitados en este tipo de tecnologías.
Reparación de Baterías Híbridas
Los autos híbridos son una solución de alto crecimiento para combatir la contaminación en los países. Sin embargo su eficiencia depende del buen estado de la batería. Un Híbrido con batería en mal estado, no cumple a plenitud su propósito. Por esto surge la Reparación de Baterías Híbridas.
¿Por qué se necesita el Reacondicionamiento o Reparación de Baterías Híbridas?
Los vehículos híbridos usan en su mayoría, baterías de Hidruro de Niquel-Métal (NiMH). Esta batería a su vez está compuesta de un conjunto de paquetes de celdas de baterías más pequeñas.
Durante el funcionamiento del auto, el motor a combustión enciende para cargar el sistema y además para dar potencia al auto. Esto se logra gracias a un Inversor.
Sin embargo esta gestión la realiza una computadora que se encarga de que todas estas celdas reciban la carga que específicamente cada una necesita. A pesar de que este proceso es controlado por software, y que es muy efectivo, muchas veces algunas de estas celdas no logra compensar su carga y empiezan a generar datos erróneos a la computadora.
Cuando esto ocurre la batería disminuye su capacidad para generar la energía necesaria para el sistema, y el auto casi todo el tiempo que está en marcha, mantiene el motor de combustión encendido.
El SOC (Estado de la Carga) y la Tasa de descarga
El SOC es el valor que determina el estado de la carga de la batería (State of Charge). Se mide en porcentaje y su valor determina en qué condiciones se encuentra su tasa de descarga. Si el SOC es un porcentaje elevado significa que su tasa de descarga será mucho más rápida. En cambio si el SOC es bajo en porcentaje % significa que su tasa de descarga es baja y por lo tanto su capacidad de almacenamiento eficiente.
También hay que tener en cuenta que estas baterías funcionan por reacciones químicas internas, por lo tanto el SOC es afectado por las temperaturas. A mayor temperatura su SOC se incrementa, ya que las reacciones químicas se ralentizan.
Beneficios de Reparar o Reacondicionar una Batería de un Auto Híbrido
El principal beneficio de realizar un proceso de reacondicionamiento de las baterías híbridas, es que se disminuye el costo de mantenimiento del auto, ya que el costo de la batería es lo que más impacta en el valor del auto (Cerca de un 30% a 40% del valor del vehículo es destinado a la batería).
Curso Vehículos Híbridos y Eléctricos
Una batería de un híbrido es vendida por el fabricante, en un precio que está alrededor de los 3.000 a 4.000 dólares americanos.
Por lo tanto para un propietario que ya tenga su auto por fuera del tiempo de garantía le resultará mucho más beneficioso realizar este tipo de procedimientos por una fracción del costo, y alargar así la vida útil de su coche.
Por otro lado, el impacto ambiental también juega un papel fundamental, cerca de unos 600.000 coches híbridos son producidos anualmente, y si todos estos vehículos llegan a un % de SOC elevado, y reemplazan sus baterías, el impacto de todos estos componentes de NiMH en el ambiente sería desastroso.
Proceso de Reacondicionamiento para las Baterías de los autos híbridos.
Curso Vehículos Híbridos y Eléctricos
Para un proceso efectivo de Reparación de Baterías Híbridas usted necesita:
- Guantes adecuados para intervención de baterías y químicos.
- Un Ciclador de Carga y descarga.
- Un Scanner o Software para la lectura del estado de las celdas (SOC, Amperios, Voltaje).
- Equipo de herramientas pequeñas.
- Celdas para reemplazo. En su defecto paquetes de Batería de Repuesto.
Lo primero que hay que hacer es una inspección física del estado de las celdas. Algunas veces las altas temperaturas hacen que se soplen o inflen, y esto puede ser detectado de manera física. En este caso una celda en este estado debe ser remplazada de inmediato.
Lo segundo que hay que hacer es una lectura celda por celda, para identificar algunas que estén deficientes, recuerde que las celdas que están trabajando mal, harán que el flujo de la carga se restrinja hacia el resto de las celdas.
Esta lectura debe ser efectuada con un software que se comunique con la ECU de la batería híbrida. Los datos a analizar son la capacidad de Amperios/Hora de cada celda o pila en el paquete completo.
Luego viene el proceso de reubicación de las celdas para que la carga pueda fluir. Cada celda cuenta con una condición específica de carga y descarga. Por lo tanto el proceso de reacondicionamiento es exitoso en la medida que se combinen de manera exitosa las celdas para que la carga fluya bien.
La prueba final será la ECU de la batería, es decir que se debe garantizar que quede sin códigos de falla del sistema.
En nuestros cursos aprenderás a trabajar con los sistemas de los vehículos híbridos y eléctricos, y tendrás la oportunidad de incrementar tus opciones laborales así como tus ingresos. Te esperamos.
Baterías de Vehículos Híbridos y Eléctricos
Los vehículos híbridos y eléctricos empiezan a destacar en las cifras de ventas de autos, gracias a su desempeño y eficiencia. Además por disminuir la contaminación ambiental. Sin embargo las baterías de vehículos Híbridos y Eléctricos generan un desafío para los talleres automotrices.
Importancia de Baterías de Vehículos Híbridos y Eléctricos
Las baterías o paquete de batería, en los vehículos híbridos y eléctricos son considerados el componente principal del sistema.
En los autos híbridos, el sistema de Batería y Motor Eléctrico, complementan el motor de combustión interna. Sin embargo en los vehículos eléctricos, la batería juega el papel principal, y su mal funcionamiento afecta la operación completa del auto.
Las baterías en vehículos híbridos y eléctricos son diferentes dependiendo su origen de fabricación. Las más conocidas son las baterías de Iones de Litio. También es común la batería de Níquel-Metal (NiMH) y la batería de ácido de plomo sellada.
Batería de Ión Litio
La Batería de Ión Litio de uso automotriz, es también utilizada el Laptops y Celulares, su ventaja es que es liviana y conserva su carga incluso cuando no está en uso durante tiempo prolongado.
Este tipo de baterías no demandan de mantenimiento frecuente. Sin embargo, este tipo de baterías necesitan reemplazo (o regeneración) cada 2 o 3 años para que el vehículo híbrido y eléctrico funcione a plena capacidad.
Dentro de las últimas investigaciones se han desarrollado, baterías de polímero de iones de litio y también baterías de Litio-Aire o Li-Air.
Las Batería de Ión-Litio se usan en vehículos como:
- Nissan Leaf
- Toyota Prius Prime
- Honda Fit
El Toyota Prius Prime cuenta con cinco pilas de baterías de iones de litio. Cada una de estos paquetes tiene 19 celdas (25 Amperio Hora o Ah) cada uno (95 en total y 8,8 kWh ). El voltaje completo de esta batería es de 351.5 V (95 veces 3.7 V).
Baterías de Hidruro de Níquel Metal (NiMH)
La batería de hidruro de níquel-metal (NiMH) se utiliza instalando varias celdas de manera simultánea para obtener la capacidad de operación de un vehículo.
Principalmente cuentan con un voltaje de 1.2 Voltios por cada celda. Una desventaja de este tipo de baterías, es que sufren de auto descarga. Es decir que la energía se pierde alrededor de un 5% durante su fase de almacenaje.
Usos de la Batería de Níquel Metal:
- Honda Híbrido Insight
- Toyota Prius Híbrido
- Ford Escape Híbrida.
En los primeros modelos de autos híbridos y eléctricos, como es el caso de General Motor EV o Toyota Rav4 EV se utilizaban baterías de plomo convencionales. Sin embargo esta práctica quedó en el pasado, porque son muy ineficientes, pesadas y causan mucho riesgo de contaminación por ácidos en la cabina.
Es importante que el técnico automotriz estudie sobre el mantenimiento y restitución de estos paquetes de baterías, ya que es una excelente oportunidad de negocio para los talleres automotrices.
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Componentes de Vehículos Híbridos: La Batería HV
Los Vehículos Híbridos se imponen cada vez más como una excelente alternativa en cuanto a autonomía de combustible y reducción de emisiones contaminantes, principalmente en las ciudades donde el alto volumen de tráfico no permite lograr el mejor desempeño de los autos convencionales. Básicamente cuando se habla del vehículo hibrido cada fabricante cuenta con un tipo particular de estructura de funcionamiento ya sea híbrido tipo serie o híbrido tipo paralelo. Pero todos coinciden en los mismos elementos al interior de los módulos electrónicos que hacen parte de la operación del vehículo. Demos un vistazo a la Batería Híbrida HV, un componente fundamental en el nuestro caso de estudio: Toyota Prius, incluso de tercera generación que vemos correr en muchas ciudades de Latino América.