Centro de pruebas de baterías de Audi en Gaimersheim – Donde se unen el alcance y la carga rápida
Centro de pruebas de baterías de Audi en Gaimersheim – Donde se unen el alcance y la carga rápida
- Por qué Audi diseña y desarrolla sus propias baterías
- El objetivo técnico es el equilibrio óptimo entre la densidad de energía y la capacidad de carga
- Resultados fiables mediante pruebas y comprobaciones realizadas antes del inicio de la producción
Ingolstadt/Gaimersheim, 10 de junio de 2022 – Los modelos eléctricos deben ser adecuados para el uso diario. Las decisiones de compra se ven significativamente afectadas sobre todo por la autonomía, pero también por el rendimiento de carga de las baterías de alto voltaje integradas. Por esta razón, Audi diseña, desarrolla y comprueba las celdas y los componentes de sus propias baterías en su centro de pruebas de baterías en Gaimersheim.
Negro, rojo, dorado: estos son los colores que indican el estado de carga de una celda de batería. Durante la carga, los iones de litio se almacenan en el ánodo de grafito y el grafito cambia de color según el estado de carga. Cuando se descarga, el grafito se ve negro; cargado a la mitad, se vuelve rojo; y cuando está completamente cargado, el grafito parece dorado. “De esta manera podemos ver y evaluar el estado de carga”, explica el Dr. Bernhard Rieger, experto en células del centro de tecnología de baterías de Audi en Gaimersheim. Cuando los electrodos están cargados, no lo hacen de manera uniforme. Un electrodo se cargará más rápidamente donde esté presente la mayor cantidad de iones de litio. Esto crea un gradiente de estado de carga. Lo ideal sería que todo fuera del mismo color, pero eso solo sería posible con un electrodo extremadamente delgado, que a su vez tendría una capacidad muy pequeña.
“Cuando se trata de celdas de iones de litio de carga rápida, el arte radica en el control preciso de la corriente para evitar la sobrecarga del ánodo en las áreas doradas, ya que eso provocaría en un envejecimiento prematuro”, dice Rieger. “Es por eso que nuestra tarea es garantizar el funcionamiento óptimo de las celdas de iones de litio para lograr el mejor alcance y rendimiento de carga posibles.” Para los clientes de Audi, esto garantiza un vehículo eléctrico de batería con una autonomía y un rendimiento de carga excelentes. "Una vez que se satisface la necesidad básica de alcance, la capacidad de carga se vuelve más relevante", agrega Rieger.
“Cuando se trata de celdas de iones de litio de carga rápida, el arte radica en el control preciso de la corriente para evitar la sobrecarga del ánodo en las áreas doradas, ya que eso provocaría en un envejecimiento prematuro”, dice Rieger. “Es por eso que nuestra tarea es garantizar el funcionamiento óptimo de las celdas de iones de litio para lograr el mejor alcance y rendimiento de carga posibles.” Para los clientes de Audi, esto garantiza un vehículo eléctrico de batería con una autonomía y un rendimiento de carga excelentes. "Una vez que se satisface la necesidad básica de alcance, la capacidad de carga se vuelve más relevante", agrega Rieger.
Equilibrio entre alta densidad de energía y tiempos de carga rápidos
Los técnicos de Gaimersheim se enfrentan a objetivos contradictorios. “Tenemos un paquete limitado disponible, en el que queremos incluir la mayor cantidad de energía posible”, comenta Rieger. “Pero también queremos poder recargarlo lo más rápido posible”.
El conflicto radica en que cuanto mayor es la densidad de energía, más tiempo se tarda en cargar la celda. Esto significa que los técnicos de celdas se enfrentan a un acto de equilibrio que les exige al menos mantener los tiempos de carga constantes mientras aumentan la densidad de energía. Para poder cargar mucha energía rápidamente, la capacidad de carga está en la agenda desde el principio en el desarrollo del proyecto. Actualmente, Audi está estableciendo estándares en esta área: Las celdas de la batería de alto voltaje de 93 kWh en el Audi e-tron GT quattro se llenan en condiciones ideales con hasta 270 kW de potencia del 5 al 80 por ciento en solo 22.5 minutos. El Audi e-tron, que salió al mercado por primera vez en 2019, todavía se considera el punto de referencia hoy en día con su curva de carga única en forma de meseta, donde la potencia de carga de hasta 150 kW está disponible para una gran parte del proceso de carga.
“Invertimos una gran cantidad de tiempo en el desarrollo de celdas idealmente controladas y en control de corriente para lograr un tiempo de carga lo más rápido posible junto con una alta eficiencia y una larga vida útil”, explica Rieger. Por lo tanto, en Gaimersheim, el enfoque no se limita solo a las celdas de la batería: todo el sistema de batería con su electrónica, el sistema de gestión térmica y la periferia de alto voltaje son igualmente relevantes para el concepto de carga rápida de Audi. “Nuestros sistemas están diseñados desde el primer día con la carga rápida en mente porque es muy difícil aumentar la capacidad de carga más adelante. Las propiedades de carga deseadas solo se pueden lograr con un paquete perfectamente equilibrado en el que cada detalle cuenta desde la primera fase”.
El conflicto radica en que cuanto mayor es la densidad de energía, más tiempo se tarda en cargar la celda. Esto significa que los técnicos de celdas se enfrentan a un acto de equilibrio que les exige al menos mantener los tiempos de carga constantes mientras aumentan la densidad de energía. Para poder cargar mucha energía rápidamente, la capacidad de carga está en la agenda desde el principio en el desarrollo del proyecto. Actualmente, Audi está estableciendo estándares en esta área: Las celdas de la batería de alto voltaje de 93 kWh en el Audi e-tron GT quattro se llenan en condiciones ideales con hasta 270 kW de potencia del 5 al 80 por ciento en solo 22.5 minutos. El Audi e-tron, que salió al mercado por primera vez en 2019, todavía se considera el punto de referencia hoy en día con su curva de carga única en forma de meseta, donde la potencia de carga de hasta 150 kW está disponible para una gran parte del proceso de carga.
“Invertimos una gran cantidad de tiempo en el desarrollo de celdas idealmente controladas y en control de corriente para lograr un tiempo de carga lo más rápido posible junto con una alta eficiencia y una larga vida útil”, explica Rieger. Por lo tanto, en Gaimersheim, el enfoque no se limita solo a las celdas de la batería: todo el sistema de batería con su electrónica, el sistema de gestión térmica y la periferia de alto voltaje son igualmente relevantes para el concepto de carga rápida de Audi. “Nuestros sistemas están diseñados desde el primer día con la carga rápida en mente porque es muy difícil aumentar la capacidad de carga más adelante. Las propiedades de carga deseadas solo se pueden lograr con un paquete perfectamente equilibrado en el que cada detalle cuenta desde la primera fase”.
Desde los bancos de pruebas hasta la producción en preserie – todo bajo un mismo techo
Además de los criterios de densidad de energía y capacidad de carga, las celdas de la batería también cumplen con los más altos estándares de vida útil y seguridad. Con este fin, las celdas individuales y el sistema de batería en su conjunto deben pasar numerosas pruebas en el centro de aproximadamente 4,400 metros cuadrados en Gaimersheim. Cada proyecto de vehículo implica una variedad de pruebas de vida útil y carga rápida en varios cientos de celdas. Las celdas deben pasar por diferentes perfiles de carga que los técnicos de Gaimersheim realizan en cámaras climáticas a temperaturas entre -30 y +60 °C. “Nuestras pruebas y comprobaciones comienzan en una fase temprana alrededor de cuatro años antes del inicio de la producción para darnos tiempo de hacer reajustes cuando sea necesario”, explica el experto en células Rieger.
Para evaluar los fenómenos de envejecimiento de las células, también se exponen a altas temperaturas durante aproximadamente un año. Esto permite a Audi simular una vida útil en el automóvil de hasta 15 años. Además, los bancos de pruebas de vida útil en Gaimersheim también permiten a los técnicos acelerar la recreación de escenarios de kilometraje de unos 300.000 kilómetros. Otras pruebas incluyen pruebas de choque y sobrecarga, así como varias pruebas de seguridad. Se pueden simular diversos escenarios de conducción para optimizar la estrategia operativa o la gestión térmica de los componentes de alto voltaje. “Esta aplicación nos permite realizar el mejor ajuste posible en nuestras baterías”, dice Rieger. “Los nuevos hallazgos de las mediciones de las celdas se redirigen directamente a los modelos de baterías virtuales para que podamos observar los efectos en el vehículo”. Gaimersheim también alberga una instalación de construcción de prototipos de baterías; aquí, los empleados construyen las baterías de alto voltaje desde cero hasta la producción previa a la serie.
“En Gaimersheim, tenemos la experiencia para afinar el diseño y la estrategia operativa de nuestras células para lograr propiedades que sean perfectas para Audi”, resume Rieger. “¿Cómo puedo operar y construir una batería para aprovecharla al máximo? Esa es una pregunta que respondemos todos los días en el centro de pruebas de baterías de Gaimersheim”.
Para evaluar los fenómenos de envejecimiento de las células, también se exponen a altas temperaturas durante aproximadamente un año. Esto permite a Audi simular una vida útil en el automóvil de hasta 15 años. Además, los bancos de pruebas de vida útil en Gaimersheim también permiten a los técnicos acelerar la recreación de escenarios de kilometraje de unos 300.000 kilómetros. Otras pruebas incluyen pruebas de choque y sobrecarga, así como varias pruebas de seguridad. Se pueden simular diversos escenarios de conducción para optimizar la estrategia operativa o la gestión térmica de los componentes de alto voltaje. “Esta aplicación nos permite realizar el mejor ajuste posible en nuestras baterías”, dice Rieger. “Los nuevos hallazgos de las mediciones de las celdas se redirigen directamente a los modelos de baterías virtuales para que podamos observar los efectos en el vehículo”. Gaimersheim también alberga una instalación de construcción de prototipos de baterías; aquí, los empleados construyen las baterías de alto voltaje desde cero hasta la producción previa a la serie.
“En Gaimersheim, tenemos la experiencia para afinar el diseño y la estrategia operativa de nuestras células para lograr propiedades que sean perfectas para Audi”, resume Rieger. “¿Cómo puedo operar y construir una batería para aprovecharla al máximo? Esa es una pregunta que respondemos todos los días en el centro de pruebas de baterías de Gaimersheim”.