El tiempo es oro. Con esta afirmación, Benjamin Franklin, escritor y filósofo inglés del siglo XVI, destacaba la importancia de aprovechar y administrar el tiempo de una manera eficiente; y enfatizaba la necesidad de utilizar el tiempo de manera productiva y no desperdiciarlo. Ahora bien, el tiempo es nuestra moneda, y cada uno tiene que valorar en función de su propia situación cuánto vale su tiempo…

La carga rápida de baterías, junto con el tiempo de espera en estaciones de recarga, es uno de los principales argumentos expuestos en contra del vehículo eléctrico en comparación con el repostaje tradicional en el caso de los motores de combustión. Nos angustia de sobre manera detenernos por 30 min a descansar y recargar las baterías (nuestras y del coche) después de realizar 400 kms de una tirada, cuando en realidad en la mayoría de nuestros viajes largos consumimos bastante más de este tiempo cuando paramos, repostamos, vamos al baño, tomamos un café y seguimos adelante.  Por no mencionar la cantidad de viajes largos que hacemos en comparación con nuestros desplazamientos más cotidianos donde tenemos toda la noche y/o jornada laboral para cargar nuestro vehículo a las velocidades más aconsejables y que menos afecten al funcionamiento y a la durabilidad de nuestras baterías. Sí, porque en realidad, hoy en día, podemos cargar las baterías de nuestro vehículo prácticamente a cualquier velocidad, desde unos pocos minutos (2-5) hasta horas (7-8). Entonces, ¿cómo afecta eso a las baterías? ¿qué implicaciones tiene? ¿realmente merece la pena?

Empecemos por el principio. Recordemos simplemente que la Potencia Eléctrica (P) es la multiplicación de la corriente (I) por el voltaje (V). P=IV. El voltaje de una celda viene determinado en buena medida por los materiales que utilicemos para su fabricación, por lo que a todos los efectos, lo podemos considerar prácticamente invariable. De la misma forma, el voltaje del battery pack, viene definido por su diseño y la combinación en serie/paralelo de los diferentes módulos y celdas que lo componen. Por lo que, de la misma manera, lo podemos considerar también invariable. Entonces, la única limitación es la potencia del cargador que utilicemos. A mayor potencia, menor tiempo de carga. Ahora bien, tenemos que ser conscientes, que si aumentamos la potencia y mantenemos el voltaje constante, aumenta considerablemente la corriente de carga que fluye desde el cargador al interior de nuestra batería; y precisamente ahí es donde empiezan los problemas.

En la actualidad, tenemos cargadores para todos los gustos y necesidades: desde los domésticos por debajo de los 10 kW, o en torno a 20kW en trifásico; hasta la carga ultra-rápida de 150kW que podemos encontrar en algunas estaciones (e incluso ya hasta por encima). Esto nos permite cargar desde en unos pocos minutos hasta horas. Sólo tenemos que dividir la capacidad de nuestra batería en kWh entre la potencia del cargador utilizado en kW.

Veamos un ejemplo práctico. Una batería estándar de alrededor de 80 kWh en un vehículo de gama media con un consumo de 20 kWh/100km nos permitiría recorrer alrededor de 400 km sin repostar. Supongamos que podemos elegir entre tres cargadores: 10 kW (carga normal); 100 kW (carga rápida); y 300 kW (carga ultra-rápida). Los tiempos de recarga resultantes son 8h, 48 minutos, y 16 minutos para cada uno de los casos anteriores.

Para comparar las velocidades de carga, comúnmente se utiliza un parámetro denominado C-rate. Siempre se refiere a la capacidad genérica de una batería cualquiera. Un C-rate de 1 quiere decir que cargamos la batería totalmente en 1h (independientemente de los kWh o Ah que esta sea capaz de almacenar); con un C-rate de 2 cargaríamos la batería en 30 min; y con un C-rate de 0.5 en 2h. Si cambiamos la capacidad total o nominal de la batería, los tiempos y C-rates se mantienen por definición, aunque lógicamente estamos cambiando la corriente de carga. Esto es, una batería de 10 kWh y otra de 100 kWh, a una velocidad de carga de 1C las cargamos en el mismo tiempo de 1h, lo que implica que la corriente que utilizamos en el segundo caso es 10 veces mayor que en el primero.

Para nuestro ejemplo anterior, los C-rates correspondientes a las diferentes velocidades de carga elegidos serían C/8 (0,12C); 1,25C; y 3,75C. Muy importante ahora: ¿Qué pasa a medida que incrementamos el C-rate o corriente de carga (i.e. la potencia del cargador que utilizamos)?

Primero:

• El precio que pagamos por la recarga NO es el mismo. En los cargadores domésticos de poca potencia, el precio del proveedor se sitúa en torno a los 0.15€/kWh; mientras que en los de carga rápida puede andar en torno a los 0.35€/kWh; y alrededor de 0.5€/kWh para la carga ultra-rápida. Con esto, recargar la batería nos cuesta 12€ en el primer caso; 28€ en el segundo, y 40€ en el tercero. ¡OJO! Para los defensores de los motores de combustión: si consideramos un precio medio de la gasolina de 1.5€/l, y un consumo de un vehículo equivalente alrededor de 6 l /100 km, estamos comparando un precio de 3€ por cada 100 km en el primero de los casos, frente a 9€ por cada 100 km para nuestro coche de combustión.

Segundo:

• Aunque es difícil de entender a nivel de usuario; debido a los principios de funcionamiento de las baterías, a las propiedades intrínsecas de los materiales que se utilizan y a los límites en las dinámicas de los procesos de trasferencia de carga, la capacidad que puede absorber una batería decrece cuando aumentamos la velocidad de carga. Esto quiere decir que si cargamos a velocidades bajas tendremos efectivamente los 80 kWh disponibles en nuestra batería para hacer kms. En el caso que carguemos a velocidades más altas, estos kWh van disminuyendo considerablemente. Aunque es difícil de cuantificar exactamente, mirando con detalle las curvas de descarga de algunas celdas como ejemplo, se puede observar que aproximadamente perdemos un 20% de capacidad pasando del primer al segundo caso (de 0,12C a 1, 25C; y alrededor de un 40% en el tercero (de 0,12C a 3,75C). Con lo que ya no seremos capaces de recorrer los 400 kms iniciales, si no 320 km en el segundo, y 240 kms en el tercero. Entonces, no sólo es más caro el proceso de recarga, si no que también con esa recarga vamos a poder hacer muchos menos kms, y tendremos que volver a parar y recargar antes. Conviene también decir que este hecho no es excesivamente preocupante desde el punto de vista del mantenimiento de la batería, ya que en condiciones normales recuperaremos la capacidad nominal de la batería en cuanto volvamos a recargar a velocidades lentas.

Tercero:

• El número de ciclos de carga y descarga de una batería, o en otras palabras, el tiempo de vida de las baterías, depende enormemente de la velocidad de carga y descarga que utilicemos asiduamente. Íntimamente relacionado con los aspectos y limitaciones que hemos comentado en el párrafo anterior, si la corriente de carga utilizada, o de otra forma, la cantidad de electrones que introducimos en nuestra batería, es superior al límite que nuestros materiales pueden gestionar, no sólo estaremos afectando la capacidad puntual de la batería, si no que estaremos dañando, en este caso irremediable e irreversiblemente, el funcionamiento de la batería y su capacidad real de carga a largo plazo. Podemos pensar como analogía que nos ayude a interpretar este hecho, en una vía de tráfico totalmente colapsada por un número de vehículos superior al que pueden circular de una manera ordenada y eficiente; o en los daños provocados por unas inundaciones al no poder hacer frente al caudal excesivo que se genera con la infraestructura o canales disponibles y el consiguiente desbordamiento de cauces y ríos.

De nuevo es complicado dar número exactos. En cualquier caso, si para químicas bien establecidas llegamos a lo que se considera el límite de retención de carga del 80% con respecto a la inicial, tras alrededor de 3000 ciclos cargando y descargando a 1C; éstos pueden disminuir a 1500 ciclos cargando a 2C y a 800 ciclos a 4C. Aunque la diferencia es considerable, de nuevo, para los amantes de los motores de combustión, en el peor de los casos estaríamos hablando de una duración de las baterías de entorno a 250.000 km; mientras que en un caso medio hablaríamos de 800.000 kms…

En resumen, cargar rápido ya es posible, aunque también más caro (más €/kWh), te obliga a parar y volver a recargar con más frecuencia (más €/km), y afecta negativamente a la duración de la batería. Y ahora, ¿sigue siendo el tiempo oro? ¿Qué vale más para ti? ¿Tú tiempo o tú dinero? Claramente, no hay respuesta acertada, cada situación es diferente, y las necesidades pueden cambiar en función del momento. Lo realmente importante es que tenemos herramientas para la mejor decisión en cada momento.