¿Degradarán las actividades V2G la vida de la batería de su vehículo?

A pesar de las numerosas ventajas, una de las principales dudas sobre el despliegue de la tecnología V2G es que su funcionamiento podría aumentar el ritmo de degradación de la vida de la batería del VE. Los usuarios creen que, a medida que se producen más cargas y descargas, la degradación de la batería del VE podría ser más rápida que cuando se compara con el uso normal. Aunque el coste de producción de las baterías está disminuyendo continuamente, sigue representando hasta el 40% del coste total de un vehículo eléctrico (BEV).Como usuario, su preferencia inmediata será alargar la vida útil de la batería de su VE para reducir el coste de su sustitución. Además, los fabricantes de VE son reacios a garantizar sus productos para el servicio V2G por miedo a la degradación de la batería.Se han realizado muchas investigaciones para demostrar que el V2G degrada la batería o no. Por lo tanto, escribo desde el punto de vista de un proveedor de soluciones tecnológicas V2G y responderé a la pregunta para dar confianza a los usuarios de VE para que participen en las actividades V2G.

Comprender los servicios V2G y sus ventajas

Vehicle-to-Grid es una interacción bidireccional entre un vehículo eléctrico y una red de distribución de energía. Esta interacción es posible a través de un sistema de conexión que permite el flujo bidireccional de energía e información.Una de las interfaces de comunicación más comunes es la llamada ISO/IEC 15118 - "una norma internacional que define una interfaz de comunicación vehículo-red (V2G) para la carga/descarga bidireccional de vehículos eléctricos". Con la ayuda de estos protocolos de comunicación V2G, un vehículo eléctrico puede enviar su energía almacenada a la red y viceversa cuando el paquete de baterías del vehículo necesita ser cargado.Los vehículos eléctricos que participan en los servicios V2G ayudan a impulsar la eficiencia de las redes y a mejorar la fiabilidad y estabilidad de la red a través de servicios como el equilibrio de la carga, la reducción de los picos, la regulación de la frecuencia y el apoyo a la incorporación de energías renovables. Lasinvestigaciones han demostrado que los conductores aparcan sus coches hasta el 95% del día. Así que, en lugar de que los interesados en la energía construyan bancos de baterías para estos servicios, los vehículos eléctricos tienen unas baterías impresionantes con una capacidad considerable que podemos aprovechar. ¿Pero a qué precio?

Cómo se reduce la vida útil de las baterías de los vehículos eléctricos.

Si tenemos en cuenta el precio y la fiabilidad, podemos decir que la batería es uno de los componentes más importantes de un vehículo eléctrico. Por ello, el diseño del envase y los materiales de los electrodos se han investigado a fondo para mejorar la longevidad de la batería y su rendimiento general.Durante el uso normal, se ha demostrado que la calidad y la eficiencia de las baterías se reducen con el tiempo dependiendo del tipo de batería en cuestión. Entre los tipos de baterías adecuados para la tecnología de los vehículos eléctricos se encuentran las de plomo e hidruro metálico y las de iones de litio, que presentan ventajas sustanciales en cuanto a densidad energética, densidad de potencia, respeto por el medio ambiente y propiedades de carga.Sin embargo, la más preferida por los fabricantes de vehículos eléctricos es la batería de iones de litio, que tiene una alta fuerza de densidad energética de más de 220Wh/kg. De ahí que los investigadores tiendan a utilizar esta batería para establecer si los servicios V2G acortan o degradan la vida útil de la batería.Las deducciones de las investigaciones realizadas en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Aston y muchos otros trabajos muestran que el recubrimiento de litio, el crecimiento de la interfase de electrolito sólido (SEI) y la descomposición química son fenómenos microscópicos de degradación de la batería. Entre estos factores mencionados, la formación de la SEI se acepta generalmente como el principal proceso que causa la degradación de las baterías. La SEI se genera en la superficie del ánodo como resultado de la reducción electroquímica del electrolito, y es esencial para la ciclabilidad a largo plazo de una batería de iones de litio. La SEI es una capa de pasivación que se forma cuando un electrolito líquido entra en contacto con la superficie conductora de electrones (NE) de un electrodo negativo. Estas reacciones electroquímicas indican una reducción de la capacidad de la batería o de la potencia disponible, así como del rendimiento y la eficiencia general de las baterías.

Envejecimiento del calendario y del ciclo en la batería del vehículo eléctrico.

Hay dos perspectivas principales utilizadas para medir la degradación de las baterías;

1. el envejecimiento del calendario
2. los mecanismos de envejecimiento del ciclo.

Envejecimiento del calendario en las baterías de los vehículos eléctricos

El envejecimiento por calendario se refiere a cualquier proceso de envejecimiento que haga que una célula de batería se degrade sin ser sometida a un ciclo de carga-descarga. Es un elemento vital en muchas aplicaciones de baterías de iones de litio porque los tiempos de trabajo son mucho más cortos que los intervalos de inactividad, como en los vehículos eléctricos. Además, la degradación debida al envejecimiento por calendario puede ser prominente en los análisis de envejecimiento por ciclos, especialmente cuando las profundidades de los ciclos y las tasas de corriente son bajas. La formación de capas de pasivación en las interfaces electrodo-electrolito es el patrón más común de envejecimiento por calendario. Se produce cuando una batería está en reposo, es decir, cuando no circula corriente por ella.

Envejecimiento cíclico de las baterías de los vehículos eléctricos

Cuando una batería se carga o se descarga, sufre un envejecimiento cíclico. La tensión mecánica en los materiales del electrodo activo o en el revestimiento de litio puede causar un deterioro sustancial durante el envejecimiento cíclico. La tensión y el esfuerzo mecánicos causados por la inserción y la extracción de iones de litio provocan principalmente desórdenes estructurales. El revestimiento de litio en el electrodo negativo (grafito) es el mecanismo de envejecimiento por ciclos más representativo. Cuando la batería se carga a altas tasas de corriente o a bajas temperaturas, se produce una limitación de la inserción de litio por difusión. En lugar de insertarse en el grafito, el litio puede depositarse en el electrodo negativo en esta situación. El agrietamiento de las partículas y la corrosión de los colectores son otros dos mecanismos de envejecimiento cíclico en las baterías de iones de litio. Por otro lado, este tipo de mecanismo es más común en situaciones de uso extremo, como tasas de corriente muy altas o descargas muy profundas, que en condiciones de uso normales.¿Existe alguna relación entre los dos mecanismos de degradación de las baterías?Además, dado que la degradación de la batería difiere según si está en reposo o si pasa una corriente por ella, averiguar cómo interactúan los efectos del calendario y del envejecimiento cíclico es una dificultad. Cuando los coches eléctricos funcionan, pasan la mayor parte del tiempo (el 95% o más) aparcados, y los índices de corriente de sus baterías son relativamente bajos.

¿Degradará el V2G su batería?

Según un estudio de la Universidad de Warwick, la utilización de una batería en un escenario V2G no tiene por qué perjudicar su rendimiento, incluso puede aumentarlo. Los investigadores idearon una técnica V2G para minimizar la degradación tras realizar simulaciones con un "modelo integral de degradación de la batería", y descubrieron que, en determinadas circunstancias, la transferencia de energía a la red podría alargar la vida de la batería. "Los resultados de la modelización muestran que si un ciclo de conducción diario consume entre el 21% y el 38% del estado de carga, la descarga a la red del 40%-80% del estado de carga de las baterías puede minimizar la pérdida de capacidad en aproximadamente un 6% y la pérdida de potencia en un 3% durante un periodo de tres meses", afirman los investigadores. Según los resultados, la formulación de la red inteligente puede reducir el desvanecimiento de la capacidad de las baterías de los vehículos eléctricos hasta en un 9,1% y el desvanecimiento de la potencia en un 12,1%.

Conclusión:

Antes se consideraba que el uso de la tecnología V2G hacía que las baterías de iones de litio se degradaran más rápidamente. Pero, por otro lado, la degradación de las baterías es más complicada, y esta complejidad puede aprovecharse para prolongar su vida útil.Este blog forma parte de una serie sobre V2X. Continúe con los otros blogs de la serie.

1. Siete (7) proyectos globales de V2X que deberías conocer.
2. ¿Es el V2X una empresa rentable para los interesados en la energía?
3. Cómo los vehículos eléctricos ayudarán a estabilizar las redes de distribución y transmisión.
4. Infraestructura de recarga de vehículos eléctricos de CA y CC.
5. Todo lo que necesita saber sobre V1G, V2H, V2B, V2G y V2X