La entrada del litio-ion en el mercado está ampliando enormemente las posibilidades de optimización, tanto técnica como económica, de los vehículos eléctricos ligeros gracias a sus mejores prestaciones.

 

La utilización de la autonomía como único elemento comparativo para definir la validez de la movilidad eléctrica es una simplificación excesiva que lleva a una imagen distorsionada de las posibilidades de estos productos. De la misma manera, el uso del coste de adquisición como único elemento de decisión de compra conlleva errores de selección de la tecnología más adecuada para cada uno de los usos posibles.

Hasta ahora, esta simplificación venía dada por una disponibilidad muy limitada de tecnologías: básicamente plomo ácido con sus variantes abierta, gel y AGM, y solo muy puntualmente otras tecnologías como el Ni-MH. Sin embargo, la entrada del litio-ion en el mercado está ampliando enormemente las posibilidades de optimización, tanto técnica como económica, de los vehículos eléctricos ligeros gracias a sus mejores prestaciones y a sus diferentes variantes químicas (NMC, NCA, LFP, LTO) y de formato (celdas cilíndricas de pequeño formato, celdas prismáticas de gran capacidad, celdas planas de altas prestaciones, etc.)

Al ampliarse el abanico de alternativas, pasa a ser de vital importancia realizar un análisis detallado de las características de la aplicación y a partir de ahí definir la solución más adecuada en términos de la tecnología a utilizar, así como el diseño óptimo y la electrónica de control requerida. Todo ello redunda, no solo en una mayor autonomía o en un coste completo más contenido, sino además en un mayor número de ciclos (más vida útil), más potencia continuada a lo largo de toda la carga, mejores prestaciones en un rango mayor de temperaturas, tiempos más cortos de recarga, menor peso y volumen de la batería, nulo mantenimiento, monitorización remota y un largo etcétera de características hasta ahora inimaginables en este tipo de aplicaciones.

A pesar de que todavía quedan muchos desarrollos pendientes para conseguir implantar la movilidad eléctrica a todas las esferas del desplazamiento de personas y mercancías, podemos afirmar que actualmente existen soluciones prácticas y reales, no de laboratorio, basadas en la tecnología de litio-ion que aportan prestaciones superiores con precios muy competitivos en comparación a las soluciones aplicadas tradicionalmente.

La realidad a día de hoy

La categoría de vehículos eléctricos ligeros (Light Electrical Vehicles) engloba a todos aquellos sistemas móviles autónomos que utilizan la electricidad como método de tracción y se sitúan en tamaño por debajo del automóvil. Al contrario de este último, no es un mercado dominado por grandes multinacionales (puede considerarse más bien un mercado de nicho) por lo que no existen los macro-acuerdos con grandes multinacionales asiáticas fabricantes de baterías y son empresas especializadas y cercanas, las que aportan un mayor valor añadido a los fabricantes de los LEV.

Los LEV pueden clasificarse en tres grupos principales con características diferentes y por lo tanto con soluciones específicas para cada uno de ellos:

  1. Vehículos de bajas prestaciones energéticas que hasta ahora han sido alimentados con baterías de plomo cerrado

En este grupo pueden incluirse las maquinas fregadoras/enceradoras para grandes superficies, los carritos de golf electrificados e incluso las sillas de ruedas y otros vehículos electrificados para personas con movilidad reducida. Son equipos con demanda energética pequeña (normalmente inferior a 1 kWh) y sin requisitos de comunicaciones (tan solo el nivel de carga aproximado).

Las baterías hasta ahora utilizadas han sido las de plomo cerrado para evitar el mantenimiento de dicha batería. Sus limitaciones principales son: muy baja ciclabilidad, lo que obliga a sustituir la batería cada poco tiempo (habitualmente cada año o dos años), elevado peso y largo tiempo de recarga.

Hay dos tendencias en las baterías de litio-ion que están sustituyendo al plomo en estas aplicaciones: el NMC para el que busca las mejoras intrínsecas del litio, como la no necesidad de mantenimiento o la facilidad de recarga, con un incremento muy limitado del coste y el LFP con el que, por un precio un poco más elevado, se obtiene una mejora significativa de las prestaciones y solo se necesita una batería para toda la vida útil del equipo alimentado. En ambos casos, la baja diferencia del coste absoluto con la batería actual (menor de 200€) está haciendo que cada vez más usuarios demanden este tipo de baterías debido a sus prestaciones superiores entre las que destacan un peso inferior a un tercio del actual, recargas de menos de dos horas, una potencia constante a lo largo de todo el uso de la máquina, ausencia de mantenimiento y una vida útil efectiva varias veces superior a la que le ofrecen incluso las mejores baterías de plomo actuales

  1. Vehículos de mayores prestaciones, que por sus características de uso especiales pueden cubrir sus necesidades energéticas con soluciones de plomo

En este grupo se incluyen las máquinas industriales (traspaletas, plataformas elevadoras, carretillas elevadoras, etc.) para movimiento de cargas en almacenes, centros logísticos, etc., los coches de golf para transportar a los jugadores, vehículos aeroportuarios (portamaletas, etc.) o vehículos de transporte de visitas en exposiciones. Sus necesidades energéticas son elevadas (hasta 20 ó 30 kWh) pero su uso está limitado a recorridos cortos y recargas controladas.

La solución basada en plomo abierto, ha podido satisfacer este tipo de demandas, tanto técnicas como económicas, en base al uso de baterías de gran tamaño y peso, con elevadas necesidades de mantenimiento y gran disciplina de recarga (nocturna).

A pesar de las indudables ventajas del litio-ion frente a este tipo de baterías, tan solo el fuerte descenso del precio de adquisición del litio-ion ha permitido iniciar la utilización de esta nueva tecnología. Debido a la gran cantidad de energía almacenada, el dimensionamiento es, en este caso, crítico para lograr una batería competitiva debiéndose analizar no solo el coste de adquisición sino también el coste de vida completa del producto, incluido el mantenimiento. El dimensionamiento en energía útil por ciclo debe ser también muy bien calculado. En ejemplos reales de esta sustitución se ve que con un sobrecoste de un 50% se dispone de una batería que proporciona una vida útil 3 veces superior con la ventaja de la eliminación del mantenimiento y la reducción de los periodos de recarga, lo que está haciendo que grandes fabricantes de maquinaria industrial ya ofrezcan esta opción en su catálogo.

  1. Vehículos de altas prestaciones que no pueden ser alimentados por plomo

En este grupo se incluyen aquellos vehículos que hasta ahora apenas se electrificaban por carecer de una tecnología de batería capaz de cubrir sus prestaciones a un precio competitivo como las motos (scooters, urbanas, off-road) los vehículos biplaza para el entorno urbano, las furgonetas ligeras para reparto de última milla, etc. En general estamos hablando de una autonomía de 100 km, una velocidad de 80 km/h, un peso máximo de carga de 5.000 kg. y una vida estimada superior a los 2.500 ciclos.

Estas prestaciones solo se pueden alcanzar con la tecnología litio-ion y aunque el precio de compra del vehículo es ligeramente superior al equivalente con motor de gasolina se puede afirmar sin lugar a dudas que el  coste total de la opción eléctrica con litio-ion a lo largo de cinco años, es significativamente inferior tanto por la práctica eliminación de los costes de mantenimiento ya que el motor eléctrico tiene muchas menos piezas en movimiento que el de gasolina y como por el menor precio de la recarga eléctrica comparada con la gasolina.

Además de las mejoras radicales de los niveles de contaminación ambiental y acústica, el litio-ion permite tanto una recarga diaria en el hogar o en el trabajo (para lo que es imprescindible la generalización de las estaciones de carga) o una recarga rápida en casos particulares como las furgonetas de reparto urbano. Por lo tanto, aquí no estamos tanto ante un problema técnico sino ante un problema de estrategia de movilidad urbana en el ámbito municipal en la que hay que desplegar un sistema de puntos de recarga y un sistema de incentivos que faciliten a los usuarios adoptar esta nueva tecnología.

Conclusion

Para desarrollar con éxito las aplicaciones mencionadas, es imprescindible un análisis riguroso de los requerimientos y un dimensionamiento adecuado de la batería de Litio-ion que permita optimizar sus prestaciones para cumplir las necesidades específicas de cada aplicación. Solamente empresas especializadas en este tipo de tecnología y con la experiencia suficiente como es el caso de renobat® (link a contacte) son capaces de trabajar conjuntamente con el cliente para diseñar la opción que mejor se adapta a sus necesidades y garantizar una migración exitosa al litio-ion como nuevo sistema de almacenamiento de energía. Esta tecnología aporta ventajas adicionales a las que ofrecen los sistemas de almacenamiento tradicionales y ofrece soluciones a los problemas de movilidad actuales; soluciones reales, eficaces y rentables desde un punto de vista económico por lo que no cabe ninguna duda de que el litio-ion ha venido para quedarse.