¿Qué pueden enseñarnos 6.000 vehículos eléctricos sobre el estado de las baterías?

Actualización del 20 de diciembre de 2019: El análisis de los factores de aceleración (temperatura, uso de carga rápida con corriente continua, etc.) se ha actualizado para incluir más vehículos y un guión de análisis de factores mejorado. Con este conjunto de datos mejorado, las conclusiones generales siguen siendo las mismas. No obstante, el grado de afectación de algunos factores se ha actualizado para reflejar los datos más recientes. Con el tiempo, esta publicación se seguirá actualizando para ofrecer la mejor y más reciente información disponible.

¿Cuánto dura la batería de un vehículo eléctrico? Utiliza el análisis de comparación de degradación de baterías de vehículos eléctricos para comparar la degradación media de las baterías a lo largo del tiempo en vehículos de diferentes marcas, modelos y años de fabricación. Geotab ha realizado un análisis interactivo de 6.300 vehículos eléctricos de flotas y de consumo. Sigue leyendo para obtener más información sobre el estado de las baterías de los vehículos eléctricos y conclusiones clave sobre el rendimiento de las baterías en el mundo real.

La importancia de las baterías de los vehículos eléctricos

Si estás pensando en adquirir un vehículo eléctrico, hay algunos factores importantes que deberías tener en cuenta. En primer lugar, debes hacerte estas preguntas:

• ¿Cuánto cuesta el vehículo eléctrico?
• ¿Cuál es su autonomía?
• ¿Cuánto dura la batería?

Desde el punto de vista del ciclo de vida, el rendimiento y el estado de la batería son la clave. Dado que la batería es el componente más caro de un vehículo eléctrico, su estado no solo afecta a su valor residual (lo cual contribuye a responder a la pregunta sobre el precio), sino que también influye directamente en la autonomía útil máxima a lo largo del tiempo.

¿Cuánto dura la batería de un vehículo eléctrico?

Es posible que hayas constatado que es complicado responder claramente a las dudas sobre la duración de la batería. Por ejemplo, puede que, al preguntar, te digan que las baterías están cubiertas por la garantía en caso de que algo vaya mal. Por lo general, la garantía de la batería es de 8 años o 160 000 km, pero varía según el fabricante y el país.

No obstante, es reconfortante saber que los precios de las baterías bajan considerablemente año tras otro. Y es cierto. Desde 2010, el precio medio de una batería de iones de litio ha bajado más del 80%.

La garantía que ofrece un fabricante de automóviles en cuanto a la tecnología de sus baterías y la perspectiva de precios más bajos deberían inspirar cierta confianza. Sin embargo, ¿no sería mucho mejor conocer el ritmo previsto de degradación de la batería y saber cómo minimizar esa pérdida?

¿Qué es la degradación de la batería de un vehículo eléctrico?

La degradación de la batería es un proceso natural que reduce de forma permanente la cantidad de energía que puede almacenar una batería o la cantidad de potencia que puede suministrar. Por lo general, las baterías de los vehículos eléctricos pueden proporcionar más potencia de la que pueden manejar los componentes del grupo motopropulsor. A consecuencia de esto, la degradación de la potencia rara vez se observa en los vehículos eléctricos y solo hay que tener en cuenta la pérdida de capacidad para almacenar energía de la batería.

Las condiciones en las que se encuentra una batería se denominan "estado". Las baterías empiezan su vida útil con un estado del 100% y con el tiempo se deterioran. El estado mide la cantidad de energía que puede suministrar la batería (kWh).

Ten en cuenta que no es lo mismo que la autonomía del vehículo (distancia que puede recorrer con esos kWh), que fluctúa a diario o en cada trayecto, en función de una serie de factores, como el nivel de carga, la topografía, la temperatura, el uso auxiliar, los hábitos de conducción, los pasajeros o la carga.

Factores que suelen afectar al estado de las baterías de iones de litio:

1. Tiempo
2. Altas temperaturas
3. Funcionamiento con estado de carga alto y bajo
4. Corriente eléctrica alta
5. Uso (ciclos de energía)

Aunque se han llevado a cabo numerosas investigaciones sobre el estado de las baterías, hay muy pocos datos sobre el rendimiento real de los vehículos eléctricos a lo largo del tiempo, por no mencionar comparaciones entre distintas marcas y modelos. Hasta ahora.

Presentación del análisis de comparación de degradación de las baterías de vehículos eléctricos

Geotab ha creado el análisis de comparación de degradación de las baterías de vehículos eléctricos para evaluar el estado de las baterías con el uso y para tener en cuenta la importancia relativa de los factores mencionados más arriba en la vida útil de las baterías de vehículos eléctricos en condiciones reales.

Analizamos el estado de las baterías de 6.300 vehículos eléctricos de flotas y consumo, que representan 1,8 millones de días de datos. A partir de los datos telemáticos procesados, hemos obtenido información sobre cómo las condiciones reales influyen en el estado de las baterías de los vehículos eléctricos, lo que proporciona datos de degradación media agregados para 21 modelos de vehículos distintos, que representan 64 marcas, modelos y años de fabricación.

Notas sobre el análisis:

• Las curvas de degradación que se muestran a continuación representan la línea de tendencia media de los datos analizados.
• Estos gráficos pueden ofrecer información sobre el estado medio de la batería a lo largo del tiempo, pero no deben interpretarse como una predicción precisa para un vehículo concreto.
• En el análisis de visualización no se incluye un subconjunto de marcas, modelos y años de fabricación de vehículos; hemos excluido vehículos con datos insuficientes. (No te alarmes si falta el vehículo de su elección).

Conclusiones clave

Se observan altos niveles de estado sostenido de la batería

En primer lugar, a partir de los datos obtenidos de más de 6000 vehículos eléctricos, que abarcan las marcas y los modelos principales, las baterías presentan altos niveles de estado sostenido. Si se mantienen los índices de degradación observados, la gran mayoría de las baterías superarán la vida útil del vehículo.

Igual que sucede con los seres humanos, la salud disminuye con la edad

Como cabría esperar, cuanto más antiguo sea un vehículo, más probable será que la batería se haya deteriorado. No obstante, si observamos la degradación media en todos los vehículos, se podría decir que la pérdida es menor, a un ritmo anual del 2,3%. Es un dato muy positivo. Si adquieres un vehículo eléctrico en la actualidad con una autonomía de 240 km, es poco probable que la pérdida de unos 27 km de autonomía tras cinco años afecte a sus necesidades diarias.

¿Es lineal la degradación de las baterías de vehículos eléctricos?

Buena pregunta. Aunque este análisis muestra una degradación más o menos lineal, como norma general, cabe esperar que las baterías de vehículos eléctricos se degraden de forma no lineal: primero se produce una caída inicial, que sigue descendiendo pero a un ritmo mucho más moderado. Al final de su vida útil, la batería sufrirá una importante degradación final, como se aprecia a continuación.

Imagen: Una curva de degradación normal debería tener este aspecto.

Por suerte para los conductores, muy pocas de las baterías que hemos observado han llegado a la caída del final de la vida útil para predecir en qué momento es probable que esto ocurra. Seguiremos atentos para ver cuándo comienza la degradación no lineal (también conocida como "talón").

Hay una diferencia apreciable entre marcas, modelos y años de fabricación

A partir de nuestros datos, parece que las baterías de los vehículos responden de forma diferente al paso del tiempo, en función de su marca, modelo y año de fabricación. ¿Por qué algunos modelos de vehículos parecen, de media, degradarse más rápido que otros? Dos de los posibles factores que influyen en esto serían la composición química de la batería y su gestión térmica. Aunque los vehículos eléctricos utilizan baterías de iones de litio, hay muchas variaciones en cuanto a su composición química (la diferencia más destacada son los materiales utilizados para los electrodos). La composición química de una batería influye en su respuesta ante el estrés. Además de la composición química de las celdas, las técnicas de control de temperatura difieren entre los distintos modelos de vehículos. Una distinción importante es si la batería se enfría o se calienta por aire o por líquido.

Comparemos un vehículo con un sistema de refrigeración por líquido con otro con un sistema de refrigeración por aire pasivo: el Model S de Tesla de 2015 y el Nissan Leaf de 2015, respectivamente. El Leaf tiene un índice de degradación medio del 4,2%, mientras que el del Tesla es del 2,3%. Una buena gestión térmica conlleva una mejor protección contra la degradación.

Imagen: Comparación de la degradación de la batería del Model S de Tesla de 2015 (refrigeración por líquido) con la del Nissan Leaf de 2015 (refrigeración por aire pasivo).

Nivel de carga y efecto de búfer

Otro factor que explica las diferencias del estado de las baterías entre los distintos fabricantes es cómo se controla el nivel de carga. El uso de una batería casi llena o casi vacía tiene consecuencias en su estado. Para limitar este efecto, muchos fabricantes añaden un búfer que impide el acceso a los extremos de la ventana del nivel de carga (consulta la imagen siguiente).

Además de los búferes de protección en los extremos superior e inferior del rango de la batería, muchos vehículos permiten detener la carga diaria normal a un nivel inferior al 10%.

Imagen: Los búferes de protección de la batería controlan el estado utilizable de la ventana de carga de un vehículo eléctrico.

¿Sabías qué?

La eliminación de los extremos no solo se hace para mejorar el estado de la batería, sino también para que el vehículo funcione de manera segura. En los extremos, la batería no sería capaz de aceptar o suministrar toda la potencia y la experiencia de conducción se vería afectada. Básicamente, una batería al 100% no está totalmente cargada desde el punto de vista de la química.

Del mismo modo, al 0% no está completamente descargada. Dado que el propietario del vehículo no puede acceder a estas partes del rango de la batería por motivos de seguridad y duración de la batería, es probable que desconozcas esta información. Con las actualizaciones de software inalámbricas, es posible que el tamaño del búfer cambie con el tiempo, tal y como descubrieron algunos propietarios de vehículos Tesla en 2019, cuando notaron una disminución en el rango superior. Tesla confirmó que la actualización se hizo para "proteger la batería y aumentar su longevidad".

Además, algunos fabricantes de automóviles disponen de techos de carga ajustables, en los que el usuario puede preajustar en qué momento la batería deja de cargarse (p. ej., pueden indicar al vehículo que deje de cargarse al 75% en lugar de hacerlo al 100%). Esta región a discreción del propietario (B en el gráfico) se combina con el búfer no discrecional (A) para limitar el funcionamiento de la batería en áreas de mayor degradación. En actualizaciones futuras del análisis de degradación tenemos previsto incluir el impacto del manejo del propietario en esta región discrecional (B) y el impacto resultante en los índices de degradación.

Veamos un ejemplo. El Chevrolet Volt, especialmente en los modelos de los primeros años, tiene búferes de protección superior e inferior bastante amplios (regiones A y D) que cambian de forma dinámica a medida que la batería envejece. Si bien los búferes de mayor tamaño implican menos energía para conducir, deberían dar lugar a una batería de mayor duración. Dado el mayor tamaño de los búferes de nivel de carga, la gestión térmica de líquidos y el tamaño de búfer dinámico (decreciente), cabría esperar tasas de degradación inferiores a la media en el Volt.

Por lo tanto:

Imagen: Degradación de la batería a lo largo del tiempo en un Chevrolet Volt frente a todos los vehículos.

¿Qué factores adicionales influyen en el estado de la batería?

Según los datos telemáticos disponibles, pudimos evaluar la degradación de la batería según distintos factores a los que estaban expuestos los vehículos para ver si existía alguna correlación con el deterioro del estado. Esos factores son:

• Uso
• Climas extremos
• Tipo de carga

Un uso intensivo del vehículo no equivale a una degradación mayor de la batería

Una información interesante que obtuvimos a partir de los datos fue que los vehículos con un uso intensivo no mostraron una degradación estadísticamente superior de la batería. Es una buena noticia, ya que dejar los vehículos eléctricos en el garaje supone desaprovechar sus ventajas.

¿La moraleja? No tema utilizar sus vehículos eléctricos en ciclos de trabajo intensivos. Siempre que se encuentren dentro de su autonomía diaria, la duración de la batería no se verá afectada. No obstante, si el uso intensivo requiere cargas rápidas con CC habituales, lea con detenimiento la sección sobre el impacto del tipo de carga.

Imagen: El nivel de uso no parece influir demasiado en los índices de degradación.

Los vehículos conducidos a altas temperaturas muestran una degradación más rápida del estado de la batería

Una batería expuesta a temperaturas muy altas tiende a sufrir más daños, pero ¿en qué grado? ¿Un vehículo eléctrico usado en España tendrá una duración de batería diferente a la del mismo vehículo en Noruega? Para averiguarlo, agrupamos los vehículos en función de las siguientes condiciones climáticas:

• Templado (menos de 5 días al año a temperaturas de más de 27 °C [80 °F] o menos de -5 °C [23 °F])
• Cálido (más de 5 días al año a 27 °C [80 °F] o más)

Como se muestra a continuación, los vehículos conducidos en climas cálidos mostraron un índice de degradación notablemente más rápido que los conducidos en climas moderados. No es un dato positivo si su flota opera a altas temperaturas. Para entenderlo, echa un vistazo a nuestro análisis en el que detallamos cómo afecta la temperatura a la autonomía de los VE.

Imagen: Las baterías expuestas a días calurosos se degradan más rápido que las que se encuentran en climas templados.

Análisis del tipo de carga

Hemos analizado el nivel de carga utilizado predominantemente para los vehículos eléctricos de nuestro sistema. Las estaciones de carga de vehículos eléctricos en América del Norte suelen ser de tres tipos:

1. Nivel 1 (120 voltios: toma de corriente normal en América del Norte)
2. Nivel 2 (240 voltios: típico para carga doméstica o de flotas)
3. Carga rápida con corriente continua, o CC (para recargas más rápidas)

En la mayoría de Europa, la carga se denomina carga con corriente alterna, o CA (que suele equivaler al nivel 2 en América del Norte) y carga con CC (la carga rápida mencionada más arriba).

Aunque se suele considerar que el nivel 2 es la forma óptima de cargar un vehículo eléctrico y se observa una cierta diferencia en el estado de la batería entre los vehículos que se cargan de forma rutinaria en el nivel 2 en comparación con los que utilizan el nivel 1, esta diferencia no supera el nivel de importancia estadística.

Imagen: Degradación de la batería en vehículos que se cargan principalmente en el nivel 1 en comparación con el nivel 2.

No obstante, el uso de carga rápida con CC parece afectar al ritmo al que se degradan las baterías. La carga rápida de una batería implica altas corrientes que dan como resultado altas temperaturas, dos factores que suponen un esfuerzo sobre las baterías. De hecho, muchos fabricantes de automóviles sugieren limitar el uso de la carga rápida con CC para prolongar la duración de la batería de sus vehículos.

A continuación, analizamos todos los vehículos eléctricos con batería del mismo grupo climático (decidimos observar el grupo más susceptible: los que funcionan en condiciones climáticas extremas) y los clasificamos en función de la frecuencia con la que utilizaron una carga rápida con CC: nunca, a veces (1-3 veces al mes) y a menudo (más de 3 veces al mes).

Imagen: La degradación de la batería parece estar estrechamente relacionada con el uso de la carga rápida con corriente continua en vehículos de climas cálidos o con picos de temporada.

La diferencia entre los vehículos que nunca utilizaban cargas rápidas con CC y aquellos que las utilizaban incluso ocasionalmente en climas cálidos o con picos de temporada fue notable. Aunque puede haber otros factores en juego (queremos enfatizar que no era un experimento controlado), se debe dar prioridad a la carga de nivel 2, de menor potencia.

Consejos para prolongar la duración de las baterías de vehículos eléctricos

Aunque la degradación de la batería varía según el modelo y las condiciones externas, como el clima y el tipo de carga, la mayoría de los vehículos en circulación hoy en día no han experimentado una degradación significativa. De hecho, la degradación general ha sido muy discreta, con una pérdida de capacidad media de tan solo el 2,3% anual. En condiciones de carga y clima ideales, la pérdida es del 1,6%.

Aunque algunos factores se encuentran fuera del control del operador, hay formas de ampliar la vida útil de las baterías de sus vehículos eléctricos.

Consejos de uso de vehículos eléctricos:

• Evita mantener el vehículo inactivo con una carga completa o vacía. Lo ideal es mantener el nivel de carga entre el 20 y el 80%, en especial si el vehículo va a estar inactivo durante periodos largos, y cargar la batería por completo únicamente para viajes de larga distancia.
• Minimiza la carga rápida con CC. Algunos ciclos de trabajo de uso intensivo necesitan una carga más rápida, pero si tu vehículo descansa de un día para otro, el nivel 2 debería bastar para la mayoría de sus necesidades de carga.
• El clima está fuera del control del operador, pero haz lo que puedas para evitar temperaturas extremadamente altas, como, por ejemplo, estacionar el vehículo a la sombra en días calurosos.
• El uso intensivo no es perjudicial, por lo que no debes dudar en poner en marcha sus flotas. Un vehículo eléctrico no es útil si se deja aparcado y recorrer más kilómetros por vehículo suele ser una mejor práctica de gestión de la flota.

Una última reflexión: no te preocupes por los pequeños detalles. A medida que salen vehículos con baterías de mayor tamaño, es posible que una cierta pérdida de capacidad no afecte a sus necesidades de conducción diarias y no debería eclipsar las numerosas ventajas que ofrecen los vehículos eléctricos.

¿Tienes pensado electrificar su flota? Los clientes de Geotab pueden obtener un informe para la adopción de vehículos eléctricos gratuito para eliminar las dudas en la adquisición de estos vehículos. Descubre qué vehículos eléctricos le convienen y le permiten ahorrar dinero.