Un nuevo enfoque para las estimaciones del fin de vida útil de las baterías de vehículos eléctricos: maximizar el uso de la batería

Maite Etxandi

Corchero García, Cristina Canals Casals, Lluc

Grupo de Análisis de Sistemas Energéticos (IREC)

El compromiso con los vehículos eléctricos (VE) requiere una gestión cuidadosa de sus baterías, que consumen muchos recursos, para garantizar que la transición no tenga un alto impacto ambiental. Los avances tecnológicos y las reducciones de costos han llevado a un aumento en la capacidad de las baterías y a un valor residual sustancial esperado de las baterías retiradas, lo que resalta la importancia de las prácticas de la economía circular, como el uso compartido y la reutilización. La toma de decisiones a lo largo del ciclo de vida de la batería requiere una estimación precisa del final de su vida útil (EoL). Los métodos actuales utilizan un criterio universal del 70-80% del estado de salud (SoH) para definir el EoL, pero este criterio ignora las necesidades individuales de cada conductor y la capacidad específica de la batería de su vehículo. La primera parte de la tesis evalúa la validez del criterio universal de EoL. Primero, se evalúa el rendimiento de los vehículos eléctricos durante la conducción para identificar nuevos criterios que determinen el EoL funcional en función de las necesidades de conducción específicas. Posteriormente, se determinan los umbrales de EoL para varios casos de uso realistas utilizando perfiles de conducción derivados de un modelo de ciclo de conducción sintético propuesto. Los resultados indican que las limitaciones de rendimiento se ven influenciadas por factores como la capacidad de la batería, la frecuencia de carga y los tiempos de conducción, lo que pone de relieve las deficiencias de las estimaciones actuales de EoL. Considerando estas limitaciones, la segunda parte de la tesis presenta un nuevo enfoque para la estimación de EoL mediante el Estado de Función (SoF). Este enfoque tiene en cuenta los requisitos históricos de conducción para definir umbrales de EoL personalizados y un algoritmo basado en datos para predecir el SoH en condiciones de uso realistas, como cargas parciales. Ambos aspectos, los requisitos de EoL y la degradación, se integran en la definición propuesta de SoF, que mide el grado en que la batería está cerca de mostrar un rendimiento deficiente. Los resultados de la tesis proponen sustituir el criterio de SoH del 70-80% por SoF para mejorar las estimaciones de EoL. Este cambio no solo representa un avance significativo en la precisión de la estimación de la vida útil de la batería, sino que también introduce una perspectiva más adaptada a la realidad de uso de cada conductor, lo que permite tomar decisiones sobre el mantenimiento, la sustitución o la reutilización de las baterías de forma más informada y eficiente. Gracias a esta nueva metodología, será posible optimizar el potencial de las baterías durante su vida útil y responder a una necesidad crítica de la industria del vehículo eléctrico: la gestión sostenible de las baterías a lo largo de todo su ciclo de vida. Además, comprender el fin de vida funcional desde una perspectiva personalizada abre la puerta a nuevas oportunidades, como el uso de la tecnología de vehículo a red (V2G) o la reutilización de baterías en aplicaciones de segunda vida. Estas alternativas no solo maximizan el uso de las baterías, sino que también reducen el valor residual, minimizan los costes ambientales y contribuyen a la transición hacia un modelo de movilidad más sostenible.

El IREC está explorando activamente la explotación de esta tecnología con socios europeos del proyecto y socios industriales específicos en diversas áreas. En cada uno de los siguientes puntos, se establecerán conexiones con las colaboraciones y vínculos desarrollados a lo largo de la tesis con diferentes empresas del sector. Estas relaciones industriales han ayudado a identificar las necesidades del mercado y las oportunidades de implementación, facilitando así la transferencia del conocimiento adquirido en la investigación a aplicaciones reales y comercializables. • Integración en el mercado de automoción (OEM): esta tecnología podría ser implementada por los fabricantes de vehículos eléctricos, ofreciéndoles una ventaja competitiva al proporcionar una funcionalidad única que aumenta la confianza y la satisfacción del usuario. En este contexto, el IREC ha llevado a cabo un proyecto de colaboración con SEAT, donde se estimó la vida útil de las baterías en diferentes condiciones de funcionamiento, incluyendo diversos escenarios de conducción y climáticos. Este proyecto fue especialmente relevante para el estudio de las garantías de las baterías, permitiendo la identificación de factores que pueden afectar a su rendimiento y durabilidad. La integración del SoF representaría un paso importante en esta colaboración, ya que los fabricantes podrían ofrecer a los conductores una visión más clara del estado operativo de las baterías, lo que les ayudaría a gestionar mejor las expectativas sobre su vida útil. Además, esta información complementaría los estudios previos realizados en el proyecto con SEAT, mejorando la precisión en la estimación de la durabilidad de las baterías y reforzando las garantías ofrecidas a los clientes. Así, el SoF contribuiría a la confianza del consumidor y ayudaría a los fabricantes a ajustar sus estrategias de marketing y servicio posventa para mejorar la experiencia del cliente. Propuesta de aplicación de los resultados obtenidos Maite Etxandi Santolaya 5 • Colaboración con gestores de demanda y carga: la evaluación de V2G a través del SoF ofrece oportunidades de colaboración con empresas del sector energético, creando nuevos modelos de negocio basados en los servicios de respuesta a la demanda y estabilización de red proporcionados por los usuarios de vehículos eléctricos. IREC ha establecido varias colaboraciones con empresas que trabajan en la gestión de la demanda, como Bamboo Energy, una spin-off de IREC dedicada a ofrecer servicios de gestión y agregación de la demanda. Esta empresa puede integrar el SoF para mejorar sus estimaciones de la capacidad de respuesta de los vehículos eléctricos en situaciones de alta demanda. Además, IREC ha trabajado con diversos proveedores de cargadores, como Wallbox, Enel X Way, EATON, entre otros, algunos de los cuales cuentan con cargadores que permiten la carga inteligente y bidireccional. Una vía clara para su explotación sería utilizar el SoF en las estimaciones para gestionar la carga de forma óptima, gestionar la demanda y facilitar la V2G, basándose en los datos recopilados por el cargador. En este sentido, los protocolos de comunicación utilizados desempeñarán un papel fundamental para garantizar que la información necesaria para estimar el SoF se transfiera eficazmente entre el vehículo y la infraestructura de carga. • Desarrollo de servicios de asesoramiento para vehículos eléctricos de segunda mano: la información detallada sobre el estado de las baterías es esencial para el negocio de vehículos eléctricos de segunda mano. En este contexto, IREC está iniciando un proyecto industrial con BatteryCycle, que busca mejorar el conocimiento sobre el estado de las baterías para los vendedores de vehículos eléctricos de segunda mano. El primer paso de este proyecto se centrará en mejorar la estimación del SoF que se puede obtener. Una vez alcanzado este objetivo, el siguiente paso será la estimación del SoF, que proporcionará una visión más clara de la capacidad de las baterías para satisfacer las necesidades de los futuros propietarios. • Aplicaciones en otros sectores: A largo plazo, el SoF podría adaptarse a los diferentes tipos de baterías utilizadas en sistemas de almacenamiento de energía. En este sentido, IREC colabora en un proyecto con Cellect, empresa que ofrece servicios de gestión para sistemas de baterías destinados a prestar servicios a la red eléctrica. El objetivo inicial del proyecto se centra en mejorar la estimación del SoF, esencial para garantizar el rendimiento óptimo de las baterías. Sin embargo, Cellect tiene previsto ofrecer servicios más detallados, como el mantenimiento predictivo, que requiere una comprensión más profunda del SoF. Incorporar el SoF en estos sistemas podría ser clave para mejorar la gestión de las baterías a medida que se acercan al final de su vida útil.

Vehículos eléctricos (VE); Baterías que consumen muchos recursos; Impacto ambiental; Economía circular; Uso compartido de baterías; Reutilización de baterías; Ciclo de vida de la batería; Fin de vida útil (EoL); Estado de salud (SoH); Criterio universal de EoL; Rendimiento de conducción; EoL funcional; Necesidades de conducción; Umbrales de EoL; Casos de uso realistas; Modelo de ciclo de conducción sintético; Limitaciones de rendimiento; Capacidad de la batería; Frecuencia de carga; Tiempos de conducción; Estado de función (SoF); Requisitos de conducción históricos; Umbrales de EoL personalizados; Algoritmo basado en datos; Predicción de SoH; Cargas parciales; Degradación; Bajo rendimiento; Decisiones de mantenimiento; Decisiones de reemplazo; Decisiones de reutilización de baterías; Gestión sostenible de baterías; Vehículo a red (V2G); Aplicaciones de segunda vida; Reducción del valor residual; Minimización de costos ambientales; Movilidad sostenible.