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Las baterias del futuro de la movilidad eléctrica de Audi

Mónica Redondo

28/12/2015 - 12:30

En el centro de baterías de alto voltaje en Gaimersheim se desarrollan nuevas tecnologías para la movilidad eléctrica. El concept Audi e-tron Quattro mostrado en el Salón de Frankfurt 2015 descubre las líneas maestras en este campo para el futuro. Los avances en las tecnologías de carga rápida e inalámbrica son la clave para el éxito del la electromovilidad. Las baterías para el futuro de la movilidad eléctrica de Audi responderán a las necesidades del usuario.

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Audi está desarrollando modernas tecnologías en todas las áreas clave referidas a las baterías de alto voltaje para sus modelos híbridos enchufables y eléctricos. Las investigaciones y el desarrollo se centran en la organización de las células que componen la batería en módulos, las estrategias de operación durante la conducción, y el uso de la batería después del final de su vida útil en el coche. En el centro tecnológico de baterías de alto voltaje en Gaimersheim, a las afueras de la planta principal de Ingolstadt, especialistas de Audi trabajan en las baterías para el futuro de la movilidad eléctrica. Ya sea para un coche híbrido enchufable o un coche de propulsión eléctrica, la estructura de la batería sigue un concepto modular uniforme que permite la flexibilidad para responder rápidamente a las necesidades futuras. La estrategia modular también significa que las baterías se pueden utilizar en todos los modelos y marcas del Grupo Volkswagen.

Distintos tipos de módulos para las baterías

El factor decisivo para Audi es el denominado módulo de la batería, una carcasa de aluminio resistente con forma de cubo, ligeramente más pequeño que una caja de zapatos. El módulo pesa alrededor de 13 kilogramos y cuenta con un sistema a través del cual circula el fluido de refrigeración. Tiene capacidad para tres tipos de células: células cilíndricas como las utilizadas en la segunda generación del el Audi R8 e-tron; células prismáticas, cada una de ellas con un tamaño aproximado similar al de la mitad de un libro de bolsillo, o células largas y planas en forma de placa.

Las células prismáticas tienen carcasas independientes, por lo que son más robustas que las células planas. La carcasa está realizada en polímero recubierto de aluminio, lo que presenta ventajas en cuanto al peso. Los dos proveedores con los que trabaja Audi se han especializado en un diseño particular cada uno.

La ventaja en común que tienen las células prismáticas y las planas es la densidad de almacenamiento que permiten. Ambas utilizan un 75% del volumen disponible, una cifra mucho más alta que las células cilíndricas (50%), que también requieren conexiones más complejas. Estas últimas resultan únicamente adecuadas para los vehículos eléctricos; permiten almacenar mayor cantidad de energía comparada con otros diseños, pero su potencia de salida es menor.

Las células planas y las células prismáticas son más versátiles. Con cambios menores en sus dimensiones exteriores, pueden ser configuradas específicamente para una máxima potencia de salida, para una máxima densidad de energía o para una combinación de ambos parámetros, por lo que resultan ideales para un vehículo híbrido enchufable. El criterio clave es el espesor del recubrimiento de los electrodos. Cuanto más fino es este recubrimiento mayor es el contacto entre el electrolito y el material activo. Como resultado, la alta transferencia de carga asegura el rendimiento en cuanto a potencia. Por el contrario, altos espesores de recubrimiento para los electrodos producen una alta densidad de energía.

A nivel mundial, el desarrollo de la tecnología de baterías de iones de litio está avanzando muy rápidamente. En los últimos tres años Audi ha logrado aumentar la capacidad actual de las células prismáticas en un 50%, de 25 amperios hora (Ah) por célula a 37 Ah. La densidad de energía se ha incrementado en un grado similar. Las células planas ahora alcanzan hasta 550 vatios hora por litro de volumen, y Audi espera que alcancen unos 750 Wh/l en 2025. Un efecto secundario importante es que los costes de las baterías se han reducido a alrededor de la mitad en los últimos cinco años, lo que está permitiendo que la movilidad eléctrica esté al alcance de más clientes.

Nuevos desarrollos en el centro tecnológico

El trabajo en el centro tecnológico de baterías de Audi está centrado en impulsar nuevos desarrollos con una atención meticulosa en el detalle. Junto con Volkswagen Group Research, la marca de los cuatro aros también se está involucrando en proyectos a largo plazo que investigan la innovadora química celular, centrando la atención en el desarrollo de sistemas completos: embalaje, refrigeración, validación y, en asociación con los departamentos de desarrollo de chasis, la integración en el automóvil. Sobre todo se está trabajando en la rigidez del sistema de baterías y su comportamiento en una situación de choque. Audi está probando cargas de hasta 150 veces la fuerza de la gravedad.

Con las nuevas baterías para el futuro de la movilidad eléctrica se abren así interesantes avances específicos para los futuros vehículos eléctricos. Audi mostró un anticipo en el Salón de Frankfurt 2015. En el concept Audi e-tron Quattro, la batería de 95 kWh toma forma de un bloque grande y plano, y está ubicada bajo el piso del habitáculo, en una posición ideal para mejorar el centro de gravedad. Ya no es un túnel central en el chasis. Este modelo señala el camino a seguir, como un precursor del futuro  SUV deportivo de propulsión eléctrica de Audi.

Nueva vida para las baterías 

Audi diseña sus baterías de alto voltaje para dar servicio durante más de 150.000 kilómetros y un mínimo de ocho años de funcionamiento. Aún así, estas baterías todavía poseen una gran parte de su capacidad nominal demasiado alta para ser recicladas al final de la vida útil del vehículo. Bajo el lema From Road to Grid, la compañía está actualmente trabajando en un nuevo concepto de almacenamiento para convertir las baterías utilizadas en reservas de energía estacionarias.

Una primera instalación en fase de pruebas situada cerca de Ingolstadt ha empezado ya a suministrar energía a la red eléctrica. Un contenedor de cuatro baterías de varios tamaños trabaja en conjunto con un sistema fotovoltaico que es capaz de suministrar hasta 20 kW de potencia en los días soleados. Un segundo contenedor aloja las conexiones y la tecnología de control: su unidad electrónica de potencia convierte la corriente continua de las baterías a corriente alterna con un voltaje estándar de 400 V. Cuando la capacidad de almacenamiento de energía de las baterías disminuye por debajo del 10 por ciento, se envían a reciclar.

Las innovadoras plataformas de almacenamiento de Audi pueden ser  adaptadas como fuente de energía para las estaciones de carga rápida con una potencia de más de 250 kW. Alternativamente, pueden servir como sistemas de almacenamiento para electricidad procedente de fuentes renovables, como la eólica y la energía solar, ya sea como parte de la red o como instalaciones para viviendas. Audi ya contempla sistemas más grandes, con una capacidad de alrededor de 500 kWh.

Los sistemas de recarga

Los avances en tecnología de carga son cruciales para el éxito de la electromovilidad. Ya sea con corriente continua o alterna, las nuevas soluciones de recarga de Audi para los vehículos híbridos enchufables y eléctricos serán muy beneficiosas para los clientes. También habrá opciones inalámbricas, cuyo lanzamiento al mercado está programado para principios de 2017.

El paso más inmediato es la recarga de corriente continua con 150 kW de potencia. Con esta tecnología, un SUV deportivo como el concept car Audi e-tron Quattro sería capaz de cargar su gran batería de 95 kWh de capacidad hasta un 80 por ciento en menos de media hora, suficiente para una autonomía de unos 400 kilómetros. Una carga completa, que permite más de 500 kilómetros, tardaría alrededor de 50 minutos.

Audi y otros fabricantes alemanes utilizan el Sistema de Carga Combinada (CCS). Permite a los coches eléctricos ser cargados con corriente continua (DC) y corriente alterna (AC) utilizando el conector estándar Combo 2. La solución oficial de carga de la Unión Europea, que se basa en el estándar CCS, ya ha sido ratificada. Para promover aún más estas normas en todo el mundo, Audi participa en la iniciativa CharIN puesta en marcha en mayo de 2015, junto con BMW, Daimler, Opel, Porsche y Volkswagen, los fabricantes de conectores Mennekes y PhoenixContact, y la autoridad de inspección TÜV SÜD. En China y Japón, donde ya existen otras normas (GB/T y CHAdeMO, respectivamente), se adoptarán los requisitos específicos de cada país. La instalación de estaciones de carga CCS ya ha comenzado en Europa y Estados Unidos. La mayoría de las estaciones disponibles actualmente en el mercado soporta cargas de corriente continua de 50 kW.

Con una adecuada infraestructura de estaciones de carga rápida de alto rendimiento, los coches eléctricos podrían ser adecuados para su uso universal. Los esfuerzos actuales están orientados a asegurar el establecimiento y funcionamiento de una infraestructura de carga rápida con un mínimo de 150 kW para el lanzamiento al mercado del primer SUV deportivo totalmente eléctrico de Audi. El concept car Audi e-tron Quattro presentado en el Salón de Frankfurt está equipado con in interface de carga CCS. Los nuevos estándares permiten cargas con hasta 350 kW de potencia.

Audi wireless charging: carga inalámbrica con corriente alterna

Las baterías para el futuro de la movilidad eléctrica se podrán recargar mediante el sistema de recarga inalámbrica Audi wireless charging (AWC) es una tecnología de carga por inducción mediante corriente alterna que Audi está desarrollando como una alternativa, y que la compañía espera tener lista para su lanzamiento en 2017.

Con el sistema AWC, la energía se transfiere a través de una placa situada en el suelo y conectada a la red eléctrica. La placa tiene una bobina primaria integrada y un inversor (convertidor AC/AC). Conectado a un transformador de 16 amperios con salida monofásica, el sistema de primera generación ofrece una potencia de carga de 3,6 kW, con potencias de hasta 11 kW posibles en la siguiente versión.

Cuando el cliente se acerca a unos pocos metros de la placa de carga con su Audi e-tron el sistema AWC establece contacto con el vehículo vía radio. El conductor ve entonces la posición precisa del sistema AWC en la pantalla. La carga puede comenzar inmediatamente nada más colocarse el vehículo encima de la placa, o bien de acuerdo con un temporizador. Con los sistemas de aparcamiento pilotado que Audi está desarrollando para su uso en producción, el coche puede posicionarse de forma autónoma sobre el sistema de carga inalámbrica. El conductor puede salir del coche y luego iniciar el procedimiento de aparcamiento de forma remota a través de su teléfono inteligente.

Antes de la carga, un motor eléctrico integrado en la placa del suelo eleva la bobina primaria. Esto minimiza la distancia entre ésta y la bobina secundaria, que está integrada en la sección frontal de la base del Audi e-tron, independientemente del tipo de vehículo. El campo electromagnético en la placa induce una corriente alterna en la bobina secundaria del coche. Un convertidor de AC/DC invierte la corriente, que pasa a continuación al sistema eléctrico de alta tensión, donde se utiliza para cargar la batería y ofrece usos adicionales, como la calefacción o el aire acondicionado cuando sea necesario. El conductor puede interrumpir el proceso de carga en cualquier momento, y la carga se detiene automáticamente cuando la batería está llena.

Debido a que el campo solamente se genera cuando el vehículo está sobre la placa y la bobina está activa, no hay riesgo para las personas o animales. El pequeño espacio que existe entre ambas bobinas mientras se realiza la recarga hace que el campo magnético no interfiera con los dispositivos electrónicos. La primera generación de la tecnología AWC es ideal para su uso en el hogar o en zonas de estacionamiento en edificios de oficinas. Una versión posterior se podrá integrar en la infraestructura pública, como el asfalto de las carreteras y aparcamientos.

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Mónica Redondo

Colaboradora

Periodista por vocación. Mis pasiones: la automoción y la información.

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