Audi y el desafío en su búsqueda del equilibrio perfecto entre autonomía y carga rápida para sus baterías

En Gaimersheim, un pequeño municipio de la Baviera alemana se encuentra el centro de pruebas de Audi donde diseña y desarrolla sus propias baterías. Gracias a una nota de prensa de la compañía descubrimos la complicada tarea de encontrar el equilibrio ideal entre la densidad energética y la capacidad de carga. Además nos explican a qué pruebas someten a las baterías para cumplir con los criterios de seguridad y vida útil.

Bernhard Rieger es un experto en celdas de batería que trabaja en el centro de baterías de Audi en Gaimersheim. En este centro se diseña, desarrolla y comprueba las celdas y componentes de las baterias de alto voltaje desarrolladas por la propia Audi. La misión de Rieger es garantizar el perfecto funcionamiento de las celdas de iones de litio para lograr la mejor autonomía y rendimiento de carga posibles.

«Cuando se trata de celdas de iones de litio de carga rápida, el secreto reside en el control preciso de la corriente para evitar la sobrecarga del ánodo en las zonas doradas, que provocarían un envejecimiento prematuro», dice Rieger. Esas zonas doradas pertenecen al ánodo de grafito cuando está plenamente cargado. Para Rieger es fácil ver y evaluar el estado de carga gracias a los colores.

El primer objetivo es ofrecer la mejor autonomía

Durante la recarga, los iones de litio se depositan en el ánodo de grafito y éste va cambiando de color según se va completando la carga. De un color negro cuando está descargado, se pasa al rojo cuando está a mitad de carga y se vuelve dorado cuando está completamente cargado.

Lo que Rieger quiere es un electrodo cargado en el que el color fuera el mismo, pero lo que ve son diferentes colores rojo, negro y dorado. Cuando los electrodos se cargan no lo hacen de manera uniforme, donde hay un mayor número de iones de litio se cargará más rápidamente lo que da lugar a una degradación del estado de carga.

Los técnicos de Gaimersheim se enfrentan a dos objetivos que se desequilibran entre sí. Por un lado disponen de un espacio limitado donde deben almacenar la mayor cantidad de energía posible y así ofrecer una gran autonomía. Por otro quieren ofrecer una carga lo más rápida posible.

Gestionar la carga rápida para baterías cada vez más densas es el reto

La dificultad radica en que cuanto mayor es la densidad energética de la batería, más tiempo se tarda en cargar. Esto les obliga a buscar un puto dulce que les permita mantener unos tiempo de carga razonables y a la vez aumentar la capacidad de las baterías. “Invertimos mucho tiempo en el desarrollo de celdas y en el control de la corriente para conseguir un tiempo de carga lo más rápido posible, junto con una alta eficiencia y una larga vida útil”, explica Rieger. Por eso, en Gaimersheim la atención no se limita a las celdas de la batería: todo el sistema, con su electrónica, el sistema de gestión térmica y el equipo de alto voltaje, tiene la misma relevancia para el concepto de carga rápida de Audi. “Nuestros sistemas se diseñan desde el primer día enfocándose a la carga rápida, debido a la dificultad de aumentar la capacidad de carga más adelante. Sólo un conjunto perfectamente equilibrado, en el que cada detalle cuenta desde la fase más temprana, alcanzará las propiedades de carga deseadas”.

Actualmente las celdas de la batería de alto voltaje de 93 kWh utilizada en el Audi e-tron GT quattro pueden cargar del 5 al 80% con hasta 270 kW de potencia en sólo 22,5 minutos y en condiciones ideales. El Audi e-tron, que se lanzó al mercado en 2019, sigue considerándose la referencia hoy en día gracias a su exclusiva curva de carga de tipo meseta, en la que la potencia de recarga de hasta 150 kW está disponible durante una gran parte del proceso.

El desarrollo se completa con el estudio de la vida útil y la seguridad

Para evaluar que se cumplen los criterios de seguridad y vida útil de las baterías, éstas se someten a numerosas pruebas en el centro de Gaimersheim. Cada proyecto pasa por diferentes perfiles de carga en diferentes entornos de temperatura que van desde los -30º a los 60º C. «Nuestras pruebas y comprobaciones comienzan en una fase temprana del desarrollo, unos cuatro años antes del inicio de la producción, para darnos tiempo a realizar reajustes cuando sea necesario», explica Rieger.

Para evaluar el deterioro de las celdas, se exponen a altas temperaturas durante un año. Esto le permite a Audi simular una vida útil de hasta 15 años. Durante estas pruebas de longevidad también se recrean escenarios de kilometraje de unos 300.000 kilómetros.

Otras pruebas de seguridad incluyen test de choque y sobrecarga. Los datos recogidos se incorporan a los modelos virtuales de las baterías para poder observar los efectos en el vehículo y realizar el mejor ajuste posible.

Gaimersheim también alberga una instalación de construcción de baterías prototipo. Aquí, los técnicos construyen las baterías de alto voltaje desde el inicio hasta la producción en serie.

“En Gaimersheim podemos adaptar el diseño y la estrategia de funcionamiento de nuestras celdas de batería para conseguir unas propiedades perfectas para Audi. ¿Cómo puedo operar y construir una batería para sacarle el máximo partido? Esa es una pregunta que respondemos cada día en el centro de pruebas de baterías de Gaimersheim”, resume Rieger.

Fuente e imágenes BMW