Diseño de baterías para vehículos eléctricos

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A los diseñadores de vehículos eléctricos, conectados y autónomos se les pide lograr en 5-10 años lo que los diseñadores de vehículos con motor de combustión interna hicieron a lo largo de 100 años: desarrollar completamente un nuevo modo de transporte. Para 2025, que está ya encima, J.P. Morgan estima que las ventas de vehículos eléctricos rondarán los 8,4 millones de unidades, un 7,7% de cuota de mercado.

Los diseñadores de hoy en día tienen un gran aliado con el que no contaban sus predecesores, la simulación, que acelera drásticamente el desarrollo del vehículo pues permite detectar, estudiar y eliminar los problemas antes de construir un prototipo físico.

Una de las mayores diferencias con los coches del pasado es que hoy una batería eléctrica está sustituyendo al depósito de combustible. Aunque a primera vista no lo parezca, estas baterías son sistemas muy complejos cuyo desarrollo requiere métodos avanzados, desde la química a la ingeniería de celdas, de módulos y de ensamblaje, pasando por su integración en el vehículo.

En el desarrollo de baterías para vehículos eléctricos no sólo ha de contemplarse el diseño y rendimiento eficiente de las células que la componen, también ha de comprobarse su disposición en módulos, la distribución relativa de los mismos, su comportamiento frente a impactos, vibraciones, fatiga de materiales, etc., además de asegurar un rendimiento óptimo desde el punto de vista térmico y electromagnético, evitando interferencias con el resto de sistemas y sensores electrónicos del vehículo.

Y el ingeniero de diseño debe mantener el compromiso de optimizar el balance entre las prestaciones, el peso y el coste de la batería porque, no lo olvidemos, se trata de vehículos que han de producirse industrialmente y operarse a un coste razonable.

Cualquier fallo en una batería, desde un cortocircuito al efecto de las vibraciones en el posicionamiento de las células, debe preverse en la fase de diseño, modelizarlo y evaluarlo para determinar su impacto potencial y optimizar la solución más adecuada. No se puede esperar a que el problema suceda para evaluarlo entonces.

La empresa austriaca Kreisel Electric  ha logrado electrificar el legendario Porsche 910 de 1967 gracias a la plataforma de diseño y simulación 3DEXPERIENCE. Ha sido un gran reto, tanto por la escasez de espacio disponible como por las prestaciones exigidas, para el que desarrollaron nuevas baterías de alta densidad, muy compactas, ligeras y de altas prestaciones en cuanto a tiempos de carga y durabilidad.

Paquetes de software como CATIA para las etapas de diseño, y SIMULIA y especialmente Abaqus en las de simulación, son de enorme ayuda en este desarrollo, permitiendo ejecutar miles de iteraciones para verificar la integridad estructural y el comportamiento frente a las más diversas situaciones de entorno en un tiempo mínimo y a un coste razonable.


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