Como sabéis, el pack de baterías del Tesla Model S está compuesto por más de 7.000 celdas baterías de iones de litio Panasonic NCR18650B. Unas tipo de celda muy común en la electrónica de consumo, pero que solo es utilizada por Tesla en el mercado de los coches eléctricos.
El uso de este tipo de celda permite a Tesla una flexibilidad que no tienen otros fabricantes, ofreciendo hasta 3 capacidades de batería deferentes para sus modelos, aunque ahora lo haya reducido a dos. Tesla es capaz de ofrecer diferentes capacidades de batería sin cambiar la celda que utiliza.
En este artículo repasaremos las principales características de la Panasonic NCR18650B, con el fin de conocerla un poco más a fondo. Un tipo de batería que será fabricada por de forma masiva en la Gigafábrica, fruto de la colaboración entre Tesla y Panasonic.
Para ello, hemos recurrido a su ficha técnica, también conocida como data sheet.
Panasonic NCR18650B
Especificaciones
La siguiente tabla nos muestra las especificaciones técnicas de la batería Panasonic NCR18650B:
Como podéis ver, la capacidad nominal de la celda es de 3.200 mAh, medida a una temperatura de 20ºC. Si se mide a 25ºC, esta capacidad aumenta hasta los 3.250 mAh. Un aumento insignificante, pero que ya nos avisa de cómo afecta la temperatura a este tipo de baterías.
Su tensión nominal es de 3,6 V. Este dato se trata de un dato medio, ya que la tensión de la celda varía en función de su estado de carga. Con la celda descargada estará en torno a los 3 V y con ella cargada entorno a los 4,2 V.
En cuanto a las características de carga, Panasonic recomienda cargar la celda a una intensidad de 1625 mA, lo que nos da un ratio de carga de 0,5 C. Además, a temperaturas por debajo de los 10ºC, Panasonic recomienda cargar la batería a 0,25 C. Estos datos nos muestran que, al menos sobre el papel, la recarga rápida no es la mejor forma de cargar las baterías del Model S. Algunos Supercargadores alcanzan los 135 kW de potencia, lo que nos daría un ratio de carga de 1,5 C para la versión de 90 kWh. También hay que tener en cuenta que el Model S mantiene las baterías en el estado de temperatura óptimo durante la carga, con el propósito de cuidarla lo máximo posible.
La densidad energética se queda en los 243 Wh/kg. Hay que tener en cuenta que hablamos de la densidad de la celda y no del pack completo, que será bastante inferior.
Carga
La siguiente figura muestra las características de carga de la batería Panasonic NCR18650B:
En este gráfico, lo más relevante es el valor de la corriente, la línea verde. Se puede comprobar como según va subiendo la tensión de la celda (es decir, su estado de carga), llega un momento en la que esta se reduce drásticamente. Esto explicaría por qué Tesla anuncia que sus Supercargadores carga de 0 al 80% en solo 40 minutos, pero necesitan 75 minutos para llegar al 100%. Esto también pasa con la inmensa mayoría de coches que equipan baterías de iones litio..
Descarga
Respecto a temperatura
El siguiente gráfico muestra la capacidad de la batería en función de la temperatura.
La temperatura afecta de manera negativa a las baterías. Cuanto más baja es la temperatura, más afectada se ve la capacidad de la batería. Se puede ver claramente como para una temperatura de -20ºC, la capacidad de la batería es de apenas 2.200 mAh, mientras que a 40ºC la capacidad se va hasta los 3.300 mAh. Esto no quiere decir que debamos tener a la batería trabajando a 40 ºC ya que habría que tener en cuenta la degradación causada por las altas temperaturas.
Respecto al ratio de descarga
El siguiente gráfico muestra la capacidad de la batería en función del ratio de descarga.
Hemos visto que la temperatura afecta de manera importante a la capacidad disponible en la batería. El caso es que la capacidad no solo depende de la temperatura, sino también del ratio de descarga. En el gráfico se puede ver que si se descarga la batería a 0,2 C, la capacidad disponible es de 3.400 mAh. En cambio, si se descarga a 2 C, se queda en 3.300 mAh. Esto se traduce en que una conducción con acelerones no solo merma la autonomía por la mayor demanda de potencia, sino porque la batería también se comporta peor cuanto mayor es el ratio de descara. Aunque la diferencia no sea muy alta.
También hay que decir que Tesla no deja que sus celdas lleguen hasta los 2,5 voltios, sino que aplicará un porcentaje de seguridad con el fin de alargar su vida útil.
Vída útil
El siguiente gráfico muestra la capacidad de la batería en función del número de ciclos.
Lo primero debemos definir lo que es un ciclo. Un ciclo consiste en usar el 100% de la energía de la batería y después volver a cargarla. No tiene porqué ser de 100 a 0 obligatoriamente, sino que varias descargar parciales también hacen un ciclo. Por ejemplo dos descargas hasta el 50% o 3 descargas hasta el 66.6% .
Según este gráfico, después de 500 ciclos la celda pasaría de tener 3.300 mAh de capacidad a tener 2.300 mAh, un 30% menos. Sobre el papel, se trata de una pérdida de capacidad importante. Pero hay que tener en cuenta los márgenes de seguridad que establecen las marcas, que no permiten la descarga completa, y alargan la vida útil.
Si estimamos que después de los 500 ciclos la batería queda inutilizable, y tenemos en cuenta unos 400 kilómetros de autonomía por cada carga, después de esos 500 ciclos esa batería habría recorrido 200.000 kilómetros, una cifra que no está nada mal aunque a muchos les parecerá escasa. La batería del Tesla Model S tiene una garantía 8 años, y Tesla la reemplaza si ésta reduce su capacidad por debajo del 70%. Esto quiere decir que Tesla confía plenamente en su sistema de gestión de la batería y en Panasonic.
Todo apunta a que Tesla seguirá usando baterías Panasonic 18650 en el futuro. Por supuesto, habrá evoluciones que mejoren su capacidad y su comportamiento, pero parece difícil que vayan a cambiar el formato. Un formato que ya a demostrado su eficacia, gracias a su flexibilidad, su buena densidad energética y su facilidad para la refrigeración. En contra tiene la dificultad de controlar más de 7.000 celdas, frente a las alrededor de 200 que tienen que con controlar otras marcas. Pero eso es algo que Tesla ya ha solventado.
Data sheet | Panasonic
