¿Qué son las baterías cilíndricas de los coches eléctricos?

Conocer a fondo un coche eléctrico no es algo sencillo, pues todo sus sistema de energía difiere bastante de un vehículo con motor de combustión. Y la evolución de los vehículos eléctricos va a llevar a que haya que ir renovando conocimientos cada cierto tiempo. Hoy por hoy, hay pocos elementos más básicos en un coche eléctrico que la batería. Es el equivalente al depósito de combustible. Y en el ámbito de los automóviles, las baterías cilíndricas son uno de los principales tipos.

¿Qué son las baterías cilíndricas?

Aunque desde el exterior la batería del coche eléctrico siempre puede parecer un panel rectangular que va en la base del vehículo, lo cierto es que en el interior de esa batería hay un gran cantidad de pequeñas baterías. Y en algunos casos son baterías cilíndricas. A estas propias baterías cilíndricas las solemos llamar celdas, porque componen cada uno de los elementos individuales que en conjunto forman la batería completa que guarda la energía.

Estas unidades, conocidas por su forma tubular, representan una tecnología avanzada que ha ganado prominencia en el ámbito de la movilidad urbana. Pero lo cierto es que las conocemos desde hace muchísimo tiempo, al menos en alguna de sus formas.

De hecho, las pilas recargables que podemos comprar en cualquier tienda cerca de casa son en realidad un tipo de baterías cilíndricas. Solemos estar acostumbrados al uso de pilas alcalinas, como las típicas Duracell AA y baterías alcalinas recargables en muchos formatos. Pero cuando hablamos de baterías cilíndricas solemos referirnos a las que no son tan fáciles de comprar en cualquier tienda del barrio, sino a las que están destinadas a ir integradas en dispositivos algo más complejos, desde pequeñas linternas de mano hasta maquinaria industrial.

Compiten con otros tipos como las baterías prismáticas y baterías pouch.

Baterías cilíndricas de litio

Aunque no necesariamente las baterías cilíndricas tienen que ser de litio, lo cierto es que es este material el que ha hecho que este tipo de baterías se popularicen tanto como para convertirse en unidades de almacenamiento de energía a nivel global. Si alguna vez has desmontado una de esas linternas que puedes comprar en un chino que es supuestamente recargable, o una batería externa tipo powerbank para tu móvil, habrás encontrado que en realidad en su interior cuenta con baterías cilíndricas de iones de litio como estas.

Los patinetes eléctricos, como los de Xiaomi, llevan baterías de este tipo, integradas en el patín que hace de base para el propio vehículo de movilidad personal.

Y si unimos una mayor cantidad de ellas, podemos llegar a conformar la batería de un coche eléctrico, o incluso de maquinaría más grande que funciona con este tipo de unidades de almacenamiento.

El litio ofrece ventajas respecto a otros materiales en la producción de componentes de baterías cilíndricas, pues la densidad de energía es relativamente alta respecto a sus rivales, y ofrece una buena duración en número de ciclos de carga y descarga. De hecho, aunque la tecnología para hacer coches eléctricos la conocemos casi desde el propio inicio de la industria de los coches, no ha sido hasta que se ha conseguido encontrar una forma de almacenar energía suficientemente capaz, rentable y eficiente, que las primeras marcas pudieron empezar a pensar en prototipos de coches que pudieran competir en el mercado con los vehículos con motor de combustión.

Cómo se unifican las baterías cilíndricas para formar una batería mayor

La configuración de una batería compuesta por pequeñas celdas cilíndricas de litio es un proceso crucial que influye significativamente en el rendimiento general y la eficiencia del sistema de suministro de energía. En el caso de los vehículos eléctricos, es necesario encontrar una capacidad concreta, así como un voltaje determinado. El proceso de diseño de las baterías de los coches en base a baterías cilíndricas sigue los siguientes pasos:

1. Selección de celdas: Antes de iniciar la configuración, es esencial seleccionar celdas cilíndricas de litio adecuadas para la aplicación específica. Factores como la capacidad, la tasa de descarga, el voltaje nominal y la química de la celda deben considerarse cuidadosamente para cumplir con los requisitos de rendimiento del sistema.
2. Configuración en serie y paralelo: Las celdas cilíndricas se configuran típicamente en serie y/o en paralelo para lograr el voltaje y la capacidad deseados. La conexión en serie implica la conexión positiva de una celda a la negativa de la siguiente, aumentando el voltaje total. Por otro lado, la conexión en paralelo se realiza conectando las terminales positivas entre sí y las negativas entre sí, aumentando la capacidad total.
3. Gestión de la tensión: Para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente, es esencial implementar sistemas de gestión de baterías (BMS, por sus siglas en inglés). El BMS supervisa la tensión de cada celda, equilibra las diferencias de carga y protege contra sobrecargas y descargas excesivas, maximizando así la vida útil de la batería y garantizando un rendimiento estable.
4. Diseño del paquete de baterías: El diseño del paquete de baterías implica la disposición física de las celdas cilíndricas en un formato compacto y seguro. Se deben considerar aspectos como la gestión térmica, la resistencia mecánica y la integración con el vehículo o dispositivo en el que se instalará la batería. Por ejemplo, en un coche eléctrico es posible optimizar la ubicación de las baterías para sacar el máximo partido al volumen ocupado.
5. Sistema de refrigeración: Dada la generación de calor durante la carga y descarga, es fundamental implementar un sistema de refrigeración eficiente. Esto puede incluir conductos de aire, refrigeración por líquido o materiales de cambio de fase para mantener la temperatura de operación dentro de límites seguros y optimizar el rendimiento de la batería.
6. Pruebas y validación: Una vez configurada la batería, se somete a rigurosas pruebas y validaciones para garantizar su rendimiento, seguridad y durabilidad. Estas pruebas pueden incluir ciclos de carga y descarga, pruebas de temperatura, y evaluación de la respuesta ante condiciones extremas. Son esenciales para comprobar que aportan seguridad a los pasajeros en caso de accidente.

Tipos de baterías cilíndricas de litio

Las baterías cilíndricas de litio se clasifican en función de varios criterios. En cuanto a la composición química, destacan las de ion de litio cobalto (LiCoO2) para dispositivos de consumo, ion de litio manganeso (LiMn2O4) con mayor estabilidad térmica, y ion de litio ferrofosfato (LiFePO4) enfocado en seguridad y durabilidad, denominadas comúnmente como baterías LFP, así como las baterías de litio ternarias, con cátodo de níquel, cobalto y manganeso (LiNiCoMnO2).

El voltaje nominal común es 3.6V (o 3.7V), aunque las baterías de litio ferrofosfato suelen tener un voltaje de 3.2V. La capacidad, medida en mAh o Ah, puede variar ampliamente, desde pequeñas capacidades hasta varias miles de mAh.

Y por lo general, el nombre técnico que suele dárseles a estas baterías para clasificarlas suele ser una composición numérica. Este nombre numérico hace referencia a las dimensiones, siendo el primer el diámetro y el segundo la longitud de estas. Es posible que te suene haber visto los siguientes nombres:

• Batería 18650
  • Tamaño: 18 mm de diámetro y 65 mm de longitud.
  • Uso común: Ampliamente utilizado en dispositivos electrónicos portátiles, como ordenadores portátiles.
• Batería 2170
  • Tamaño: 21 mm de diámetro y 70 mm de longitud.
  • Uso común: Ganando popularidad en la industria de vehículos eléctricos y en aplicaciones de almacenamiento de energía.
• Batería 14500
  • Tamaño: 14 mm de diámetro y 50 mm de longitud.
  • Uso común: Se encuentra en linternas, juguetes y otros dispositivos electrónicos pequeños.
• Batería 16340 (o CR123A)
  • Tamaño: 16 mm de diámetro y 34 mm de longitud.
  • Uso común: Común en cámaras fotográficas, sistemas de seguridad y linternas tácticas.
• Batería 26650
  • Tamaño: 26 mm de diámetro y 65 mm de longitud.
  • Uso Común: Utilizado en dispositivos que requieren una mayor capacidad de energía, como sistemas de almacenamiento.
• Batería 18350
  • Tamaño: 18 mm de diámetro y 35 mm de longitud.
  • Uso común: En aplicaciones donde el espacio es muy limitado.
• Batería 10440
  • Tamaño: 10 mm de diámetro y 44 mm de longitud.
  • Uso común: En dispositivos pequeños, como linternas de tamaño reducido y juguetes.
• Batería 4680
  • Tamaño: 46 mm de diámetro y 80 mm de longitud.
  • Uso Común: Coches de Tesla, diseñada específicamente por la marca americana para sus coches.