Entender la curva de carga: por qué 150 kW no son 150 kW

Cuando un fabricante indica 150 kilovatios, eso significa: en condiciones favorables, el vehículo alcanza brevemente ese valor en algún momento de la carga. No significa que lo mantenga, y mucho menos que lo mantenga del diez al ochenta por ciento. La potencia no es constante a lo largo del estado de carga, sino que sigue una curva que alcanza pronto su máximo y luego desciende.

Por eso dos vehículos con la misma cifra máxima pueden diferir a la mitad en el tiempo de carga. Uno alcanza los 150 kilovatios al quince por ciento y los mantiene hasta el cincuenta; el otro los roza al veinte por ciento durante dos minutos y al cuarenta por ciento ya está a la mitad. El dato del folleto es el mismo número en ambos casos y describe dos vehículos completamente distintos.

Quien quiera ver la curva de un vehículo la encuentra en las mediciones de medios especializados y en bases de datos que mantienen los propios conductores. Lo que aparece ahí es una medición bajo determinadas condiciones y no una promesa, pero es órdenes de magnitud más informativo que una sola cifra.

La tasa C es la relación entre la potencia de carga y la capacidad de la batería. Un paquete de 50 kilovatios-hora que carga a 100 kilovatios tiene una tasa C de 2: a esa potencia se cargaría por completo en media hora si la potencia se mantuviera constante. El mismo paquete a 50 kilovatios tiene 1 C, y un paquete de 100 kilovatios-hora a 100 kilovatios también tiene 1 C.

Esta cifra es la realmente interesante, porque el esfuerzo de la celda no depende del número de kilovatios, sino de la corriente por celda. Una batería grande reparte la misma potencia entre más celdas; cada una trabaja más relajada, se calienta menos y envejece más despacio. Por eso un paquete grande, con el mismo número de kilovatios, no solo tarda más en cargarse, sino que también lo hace de forma más suave.

Consecuencia práctica para comparar: divide la potencia máxima entre la capacidad. Si sale una cifra cercana a 1, es un vehículo con un diseño moderado. Si sale una cifra claramente por encima de 2, la batería está diseñada para carga rápida, lo cual puede ser positivo, pero exige una refrigeración eficaz.

La caída de la potencia de carga a medida que sube el estado de carga se llama taper, y no es un programa de ahorro del fabricante, sino química. Al cargar, los iones de litio viajan del cátodo al ánodo y se alojan entre las capas de grafito. Cuanto más llena está el ánodo, menos huecos libres hay cerca de la superficie y más tardan los iones en llegar a las capas más profundas.

Si aun así se fuerza más corriente de la que el ánodo puede absorber, el litio se deposita en forma metálica sobre la superficie en lugar de alojarse en su interior. Este depósito de litio metálico (lithium plating) es en gran parte irreversible: ese material deja de estar disponible para el almacenamiento, la capacidad baja de forma permanente y, en el peor de los casos, crecen dendritas que atraviesan el separador. El sistema de gestión de la batería lo evita reduciendo la corriente.

A eso se suma una razón eléctrica. Con el estado de carga sube también la tensión de la celda. La electrónica de carga trabaja primero a corriente constante y, en cuanto se alcanza la tensión admisible, pasa a una fase de tensión constante en la que la corriente desciende por sí sola. La potencia es tensión por corriente: si baja la corriente, baja la potencia. Por eso el último veinte por ciento es siempre el más lento, en toda batería de iones de litio, en todo vehículo.

La curva de carga publicada es válida para celdas dentro de su ventana de funcionamiento. Por debajo y por encima, es distinta. Las celdas frías tienen una resistencia interna alta y admiten poca corriente, porque de lo contrario se corre el riesgo precisamente del depósito de litio que el taper busca evitar. Las celdas calientes envejecen más rápido, así que el sistema de gestión también limita por arriba.

Entre estos dos límites hay una ventana que, según la química de la celda, ronda aproximadamente entre los veinte y los cuarenta grados. Los vehículos con refrigeración líquida activa mantienen las celdas dentro de ese rango, incluso con varias cargas rápidas seguidas. Los vehículos con refrigeración por aire pura ya no lo consiguen en un día caluroso a partir de la segunda parada de carga: la potencia baja, y no por el estado de carga, sino por la temperatura.

Por eso el preacondicionamiento es tan eficaz. Si se introduce el punto de carga en el sistema de navegación, el vehículo calienta la batería hasta esa ventana durante el trayecto. Un vehículo que llega al punto de carga con cinco grados en las celdas pasa el primer cuarto de hora calentándose a sí mismo, y eso también se paga en un punto de carga que cobra por tiempo.

La potencia es tensión por corriente. Quien quiere transmitir mucha potencia puede aumentar la corriente o la tensión. La corriente es la variante cara: las pérdidas en el cable, el conector y los conectores entre celdas crecen con el cuadrado de la corriente, y ese calor hay que disiparlo después. Por eso los cables de carga para corrientes altas van refrigerados por líquido y, aun así, son pesados.

Una arquitectura de vehículo de unos 800 voltios en lugar de unos 400 transmite la misma potencia con la mitad de corriente y una cuarta parte de las pérdidas óhmicas. Esa es la razón real de las altas potencias de carga de algunos vehículos más recientes: no unas celdas mejores, sino un nivel de tensión más alto. El efecto secundario es que el punto de carga también debe poder suministrar esa tensión, y los puntos de carga más antiguos no siempre pueden.

En el otro lado está el punto de carga, con su propio límite de corriente. Muchos puntos de carga rápida limitan en unos pocos cientos de amperios. Un vehículo con arquitectura de 400 voltios llega a ese límite con una potencia determinada, sea cual sea la capacidad de la batería. Quien quiera cargar su vehículo con la máxima potencia posible necesita, por tanto, un punto de carga acorde con su nivel de tensión; el dato está indicado en el propio punto de carga.

Dos puntos de carga en un mismo armario suelen compartir una unidad de potencia. Si hay un segundo vehículo conectado, cada uno recibe la mitad, o el que se conectó primero tiene prioridad y el segundo recibe el resto. Qué regla se aplica rara vez figura en el aparato; se nota porque la potencia cae en cuanto se ocupa la plaza vecina.

El segundo punto es la conexión a red del emplazamiento. Un parque de carga con muchos puntos rara vez tiene la potencia contratada para atender a todos a la vez con plena potencia. Algunos emplazamientos amortiguan con un acumulador estacionario; muchos simplemente reparten. En un área de servicio llena al inicio de las vacaciones, la curva del vehículo deja de ser lo importante.

Y, por último, el cable: un cable sin refrigerar limita la corriente a lo que soporta térmicamente. Por eso, en el mismo armario, un cable refrigerado puede entregar más que el de al lado. Quien pueda elegir, que tome el más grueso, más corto y refrigerado.

El dato más útil para el día a día no es la potencia máxima, sino la energía que entra en la batería en un tiempo determinado. Veinte minutos son una pausa realista; cuántos kilovatios-hora llegan en esos veinte minutos es lo que decide el tiempo de viaje. Esta cifra lo integra todo: el pico, el taper, la temperatura y el nivel de tensión.

También es habitual indicar el tiempo del diez al ochenta por ciento. Es mejor que la potencia máxima, pero tiene una trampa: favorece a las baterías pequeñas. Un paquete pequeño llega antes al ochenta por ciento y, aun así, lleva menos energía a bordo. Por eso, quien compare dos vehículos hace mejor en calcular en kilovatios-hora por tiempo, o directamente en kilómetros recuperados por tiempo.

Del taper se deriva una regla que aporta el mayor ahorro de tiempo en un viaje largo: dos paradas cortas ganan a una larga. La curva es más pronunciada en la parte baja, así que conviene cargar donde va rápido y seguir la marcha antes de que la potencia caiga. Hacer dos veces del diez al sesenta por ciento tarda claramente menos que hacer una vez del diez al noventa, con la misma cantidad de energía recargada.

La excepción es la última etapa. Si después de la parada ya no queda ningún punto de carga, se carga tanto como haga falta y se aceptan los porcentajes lentos. Y la segunda excepción es el invierno: ahí, la parada adicional cuesta un nuevo enfriamiento de la batería si el tramo entre paradas es corto.

Quien quiera planificar esto no necesita una aplicación, sino dos cifras: la curva de su vehículo a grandes rasgos y el consumo a la velocidad a la que conduce. Todo lo demás se deduce de ahí.

En un vehículo que se carga sobre todo en casa, la curva de carga es casi irrelevante. En uno que recorre habitualmente trayectos largos, es más importante que la autonomía. Estos son los puntos que conviene aclarar antes de la prueba de conducción:

Las respuestas rara vez aparecen en el anuncio, pero se pueden conseguir: las tres primeras, en la ficha técnica del año del modelo; la cuarta, en mediciones publicadas; la quinta, en el informe de la batería del vehículo concreto.