Un nuevo sistema de gestión de la batería podría aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos en un 20 %

Jonathan M. Gitlin - 4 de enero de 2023 3:30 p. m. UTC

Uno de los desarrollos más emocionantes para los vehículos eléctricos en los últimos años ha sido el desarrollo de celdas de fosfato de hierro y litio como una alternativa a las químicas de iones de litio más tradicionales que usan minerales como el níquel, el manganeso y el cobalto. Ahora, un nuevo sistema de administración de baterías, o BMS, podría significar predicciones de rango mucho más precisas para vehículos eléctricos con estas baterías.

Las baterías LiFePO4, o LFP, eran principalmente competencia de los fabricantes chinos de vehículos eléctricos hasta el año pasado gracias a una serie de licencias de patentes exclusivas firmadas con investigadores estadounidenses y canadienses que desarrollaron la tecnología por primera vez. Pero esas patentes están por expirar y los fabricantes de automóviles no chinos están comenzando a adoptar baterías LFP.

A las celdas LFP les disgusta el clima muy frío más que una celda NMC o de aluminio de níquel-cobalto equivalente, y también almacenan menos energía. Pero eso último podría ser una ventaja para esta química: no hay peligro de que un paquete LFP entre en combustión o explote en un choque, por lo que hay mucha menos necesidad de rodear el paquete con una capa protectora pesada.

Eso a su vez significa que, si bien las celdas tienen menos densidad de energía, la densidad de energía en el nivel del paquete en realidad aumenta porque una mayor parte del volumen se entrega a las celdas de la batería en lugar de a las estructuras de choque. Las baterías LFP también tienen una vida útil más larga que los paquetes NMC o NCA. Las celdas LFP eran aproximadamente un 20 por ciento más baratas por kWh que las celdas NMC en 2022.

Entonces, no es de extrañar que Tesla haya cambiado a celdas LFP para muchos autos en 2021 y que Ford esté agregando celdas LFP al Mustang Mach-E este año y a la camioneta pickup F-150 Lightning en 2024.

Para aprovechar al máximo la química de las baterías LFP, Texas Instruments ha desarrollado un nuevo BMS (tanto para los paquetes de baterías como para las celdas) que es mucho más sensible que los sistemas existentes. "En nuestra generación anterior, podíamos bajar a 3,5 milivoltios, y eso es lo último en tecnología. Ahora, en esta última generación, somos aproximadamente tres veces y media mejores: 1 milivoltio", explicó Sam Wong, que trabaja en BMSes en TI.

Eso es necesario debido a la curva de descarga muy plana de las celdas LFP. "Comenzará con 4 voltios, bajará, se mantendrá muy plano", explicó Mark Ng, gerente de marketing para sistemas de propulsión EV en TI. "Cuando tiene una carga del 70 por ciento al 30 por ciento de carga, en esa región [la curva de descarga] se mantiene plana, y ahí es donde necesita esta precisión de 1 milivoltio. Porque si no soy preciso, no tengo ni idea de si estoy [en] 70 por ciento de carga o 40 por ciento de carga", me dijo Ng.

Esa imprecisión podría ser de hasta 63 millas (100 km) para un EV de 300 millas (483 km) en comparación con un BMS con una precisión de solo 10 mV. Los BMS más precisos también benefician a las químicas NMC o NCA, aunque en un grado mucho menor: hay una mejora en el margen de error de unas seis millas para un EV de 300 millas hasta aproximadamente media milla.

También hay un beneficio de seguridad funcional para los nuevos BMS, que cumplen con el estándar de seguridad automotriz ASIL-D más estricto. "Con este dispositivo, podemos medir el voltaje dos veces usando la redundancia dentro del chip para decirle al sistema que hay algo mal si no está de acuerdo entre sí. Es casi como un sistema de votación: 'Estoy diciendo esta batería es de 4 voltios y el otro lado dice 3 voltios, "algo debe estar mal con [la batería]", explicó Ng.

Más allá de eso, los nuevos BMS pueden hacer frente a paquetes de 400 V y 800 V y se pueden especificar de forma inalámbrica, algo que General Motors ya ha adoptado para su familia de paquetes Ultium utilizando una iteración anterior de la tecnología de TI, lo que reduce la necesidad de cobre. cableado en los paquetes, lo que a su vez reduce el costo y el peso.