Kia ha dado a conocer cuántas baterías de smartphones se necesitarían para alimentar un coche como el Kia e-Niro. Indica la marca que se necesitaría agrupar 4.444 baterías de teléfonos móviles de 4.000 mAh y 3,6 voltios. Además, Kia explica qué otras diferencias hay entre las baterías de coches y las de smartphones.
Según Kia, las baterías se han convertido en un componente clave en la sociedad actual. Su tecnología evolucionó, inicialmente, gracias al desarrollo impulsado por la demanda y el aumento de prestaciones de ordenadores, smartphones y tablets.
Sin embargo, las baterías de los coches, que se beneficiaron de las innovaciones llegadas de la electrónica de consumo, ahora han invertido los papeles. De hecho, son el motor de su desarrollo. En ambos mundos se persigue aumentar la capacidad y velocidad de carga, con el menor tamaño y peso posibles. Pero también el desarrollo se dirige a otros campos, como el del almacenamiento de energía.
Kia explica en un informe las diferencias que hay entre las baterías de smartphones y de coches eléctricos. La marca recoge las palabras del doctor Álvaro Caballero, profesor del Departamento de Química Inorgánica e Ingeniería Química e investigador en la Universidad de Córdoba.
“En general, las diferencias entre ambas provienen de la necesidad de energía tan distinta que requiere mover un coche eléctrico a hacer funcionar un móvil. Pero la tecnología de la batería es la misma en ambos casos: la celda recargable Li-ion, basada en un ánodo de grafito y un cátodo principalmente formado por un óxido que contiene litio, cobalto, manganeso y níquel”.
El químico estadounidense John B. Goodenough descubrió la tecnología de iones de litio en los años 80 del siglo pasado. Recibió un Premio Nobel por ello, entre otras cosas por la aportación que realizó a la sociedad.
Celdas de baterías de smartphones y coches
Una batería es un dispositivo electroquímico que almacena energía en su interior. A partir de una reacción química es capaz de liberarla en forma de electricidad. La batería de un móvil y de un coche incorporan el número de celdas necesario para alcanzar la energía requerida en cada caso.
Aunque el funcionamiento es similar, el diseño de las celdas es muy diferente por cuestiones de espacio. En la batería de un teléfono móvil se emplean celdas prismáticas de configuración plana. Son tan finas como una tarjeta de crédito y un empaquetado en forma rectangular. Eso sí, emplean una gestión térmica menos sofisticada y tienen un ciclo de vida más corto.
En un Kia e-Niro se emplean 294 celdas de polímero de litio de tipo pouch o embolsadas. Hacen un uso más eficiente del espacio (con una eficiencia de embalaje del 90-95%) y tienen un ciclo de vida más elevado.
Adaptación al medio
Al ser el componente de mayor tamaño, la batería del smartphone condiciona su diseño, como también lo hace con el del coche. En ambas baterías, la forma exterior del paquete es rectangular y plana. Así, se adapta a la forma de un teléfono, como al espacio disponible en el piso del vehículo entre ambos ejes.
Su tamaño y peso viene determinado por un compromiso entre capacidad, peso y las necesidades medias de los usuarios. Tras varias décadas de evolución, la batería del smartphone permite el uso de, al menos, un día. Y, además, sin comprometer el diseño y usabilidad del dispositivo.
El compromiso alcanzado en un automóvil es ofrecer una autonomía razonable dentro el tamaño de un coche convencional. La desventaja frente a los teléfonos es que el tamaño de un coche está más estandarizado. Desde el principio, el tamaño del coche es similar; los móviles han ido reduciendo tamaño a la par que lo han hecho las baterías; mientras, los coches han tenido que ir creciendo en autonomía, a la par que las baterías han ido reduciendo tamaño y aumentando capacidad.
Antes la autonomía era mucho menor. Ahora, los modelos eléctricos de Kia tienen mayor alcance con una carga: hasta 452 km en el Kia E- Soul; hasta 455 km en el e-Niro (ambos, con la batería de 64 kWh); y hasta 510 kilómetros el EV6 2WD con batería de 77,4 kWh (WLTP).
Con todos estos condicionantes, las baterías smartphones solo tiene unos 3 milímetros de grosor y un peso pluma de 80 gramos; mientras que la de un Kia e-Niro pesa 445 kilos, en su versión más potente. En cuanto a su ubicación, ocupan la parte inferior del vehículo: tres módulos de celdas debajo de los asientos delanteros y otros dos módulos de celdas coincidiendo con los asientos traseros.
La composición y densidad energética de sus celdas interiores es similar (250 Wh/kg en el coche y 246 Wh/kg en el móvil). No ocurre lo mismo con la densidad de todo el paquete (143 Wh/kg en el coche y 185 Wh/kg en el móvil). ¿El motivo? Que la batería de un coche dispone de un blindaje muy superior por motivos de seguridad, y de un sistema de refrigeración, que suman peso al conjunto.
Voltaje
Otro aspecto diferenciador es el voltaje al que funcionan. El voltaje es la diferencia de potencial entre dos puntos del circuito necesaria para que la corriente circule entre ellos. A más voltaje, más trabajo se puede realizar con la corriente que circula entre los electrodos de la batería y más energía total tendremos. Utilizando un equivalente hidráulico, el voltaje sería la presión del agua.
El voltaje de una batería se adecúa al voltaje de funcionamiento del circuito electrónico que se va a alimentar. En el caso de un smartphone, las baterías suelen tener un voltaje entre 3,7 V y 3,85 V. En un Kia e-Niro, el voltaje es de 356 V, cifra que aumenta hasta los 800 V en el nuevo Kia EV6.
Ese voltaje de 356 V se genera de la siguiente forma. Las celdas están conectadas de tres en tres en paralelo. Cada paquete de tres celdas se conecta entre sí en serie, formando una ristra de 98 paquetes de 3 celdas. Como cada paquete de tres celdas tiene una tensión nominal aproximada de 3,6 voltios y hay 98 de ellos conectados en serie, la tensión nominal de la batería es de 356 voltios.
Potencia de carga
El voltaje es una de las dos variables que determina la potencia de carga de una batería. Aumentando el voltaje se consigue reducir el tiempo de una recarga sin producir mucho calor ni emplear cableados muy gruesos. Gracias a ello, un Kia e-Niro puede recargar el 80% de su capacidad con un cargador de 100 kW en 42 minutos. La cifra que se reduce a 18 minutos en un Kia EV6 con un cargador de 350 kW. En ese tiempo, la batería del e-Niro es capaz de acumular 51,2 kWh. Mientras, las baterías de smartphones sólo tienen la capacidad de recargar 11,84 Wh, es decir, 0,01184 kWh.
La refrigeración
Además, Álvaro Caballero explica otra gran diferencia de las baterías de VE:
“Hay que mantener las baterías a una temperatura óptima de funcionamiento y especialmente cuando se carga el vehículo, algo crucial cuando cargamos en cargadores ultrarrápidos”.
En un smartphone no hay espacio físico para un sistema de refrigeración, que también es menos necesario por su menor potencia de carga. Las baterías de un Kia e-Niro cuentan con un sistema de refrigeración que las permite mantenerse en una temperatura óptima, lo que aumenta su capacidad, rendimiento y duración. Los módulos de batería están emplazados sobre placas de enfriamiento que canalizan una mezcla de agua y glicol a través de canalizaciones. Gracias a este sistema, las celdas pueden estar más próximas entre sí. Eso aumenta hasta en un 35% la densidad energética de la batería y permite aumentar la autonomía del vehículo.
¿Un coche eléctrico con baterías de smartphones?
Conclusión: si quisiéramos hacer un coche eléctrico con las prestaciones del Kia e-Niro a partir de baterías convencionales de teléfonos móviles de 4.000 mAh y 3,6 voltios, tendríamos que agrupar nada menos que ¡4.444 baterías!
Además, para conseguir el voltaje de 356 V del e-Niro, habría que emplear la topología 45p98s. Es decir, agrupar 45 baterías en paralelo y 98 de esos paquetes, en serie. Y, muy importante, habría que instalarlas en un compartimento blindado y dotarlas de un eficaz sistema de refrigeración. Esto es imprescindible para permitir las cargas rápidas y un óptimo funcionamiento a cualquier temperatura exterior.
