Una nueva directiva sobre baterías emitida en Europa propone requisitos para todas las baterías, incluidas las aplicaciones automotrices, incluida la eficiencia y el rendimiento, la durabilidad, el control de las emisiones de carbono, el origen de las materias primas, la eliminación y el reciclaje de las baterías usadas. La tecnología de análisis de batería puede abordar estos problemas. Al introducir inteligencia en el proceso de fabricación, los fabricantes pueden prolongar la vida útil de la batería, producir baterías más eficientes, simplificar el proceso de reciclaje de las baterías sin usar y evitar riesgos de seguridad y retiros del mercado.
Software de análisis de batería Twaice
Twaice es una empresa con sede en Múnich, Alemania, que desarrolla software de análisis predictivo de baterías mediante el modelado de gemelos digitales y software basado en la nube. Al interactuar directamente con los sistemas de administración de baterías, la plataforma recopila datos clave para el análisis, como el voltaje y la temperatura, para determinar el estado actual de la batería.
Los gemelos digitales que se ejecutan en la nube se pueden usar para crear modelos que simulan fielmente el comportamiento de las baterías de iones de litio, lo que ayuda a los fabricantes de automóviles a elegir los materiales correctos y las celdas del tamaño correcto. En el corazón de la tecnología desarrollada por Twaice, el gemelo digital combina un conocimiento profundo de la física y el comportamiento de la batería con algoritmos de inteligencia artificial para evaluar el estado actual de la batería y predecir las condiciones futuras para mejorar la confiabilidad. El software desarrollado por Twaice no solo mejora la gestión de la batería durante el ciclo de vida operativo, sino que también proporciona información adicional, como el grado de envejecimiento de la batería y el valor residual. La figura 1 muestra el modelado y la simulación de Twaice bajo prueba.
Figura 1: Prueba de simulación
La tecnología desarrollada por Twaice se dirige a todo el mundo, no solo en el sector de la automoción, sino más en general en los sectores de la movilidad y la energía.
Stephan Rohr, cofundador y codirector ejecutivo de Twaice, dijo: “Nuestros clientes incluyen a los principales fabricantes de automóviles, pero también operamos operadores de flotas, autobuses y automóviles. También estamos trabajando”.
En los próximos cinco a diez años, el despliegue masivo de baterías para electrificar automóviles, autobuses, camiones y almacenamiento de energía traerá muchos desafíos al ciclo de vida de la batería. El diseño de la batería es una tarea fundamental, ya que implica elegir la composición química de la celda, la velocidad de carga, el rango de conducción y todos los parámetros relacionados. Hay muchos desafíos que de alguna manera están relacionados con el estado y la duración de la batería.
Rohr dice: “Construimos y entregamos herramientas de software a nuestros clientes que se pueden usar en dos casos de uso principales: fase de desarrollo y operaciones comerciales”.
Aunque con sede en Múnich, Twaice ya tiene presencia en Europa, abriendo una oficina en París y, el pasado mes de octubre, una oficina en Chicago para dar cobertura a los clientes a los que atiende y prestar asistencia in situ.
Como se mencionó anteriormente, Twaice se enfoca tanto en la industria automotriz como en la energética, y las baterías suelen ser muy grandes. Los autobuses eléctricos cuestan entre 100.000 y 250.000 euros para mantener la vida útil de la batería. Por lo tanto, mantener ciclos de vida adecuados de la batería es un factor crítico para las empresas que operan flotas de autobuses. Por supuesto, esto es un poco diferente a tener una batería muy pequeña como un scooter eléctrico. Rohr dice: Ya sea una empresa de scooters, una empresa de automóviles, una empresa de autobuses o una empresa de energía, no nos importa. ”
Otra característica relacionada proporcionada por el análisis de software de Twaice es el seguimiento de la garantía. Por ejemplo, las empresas de autobuses usan esto para determinar si existe un posible reclamo de garantía en los próximos 2, 3 o 4 años si algún parámetro de salud excede la cobertura de la garantía.
El software de Twaice también se puede utilizar para profundizar en la arquitectura de la batería. Las celdas defectuosas se pueden detectar porque la batería consta de muchos módulos de batería diferentes. Por lo tanto, el análisis se realiza no solo a nivel de sistema, sino también a nivel de módulo y celda (Figura 2). Esto puede proporcionar información valiosa, como cuando es necesario reemplazar un módulo. Por lo tanto, los clientes ahorran mucho dinero porque reemplazar un solo módulo es más económico que reemplazar un paquete de baterías completo.
Figura 2: Prueba de celda
“El núcleo de nuestro sistema es el análisis predictivo de baterías”, dice Rohr. “No solo evaluamos el estado actual, sino que también hacemos predicciones para el futuro, como la vida útil restante en tres años, las millas restantes en tres años o cuándo vence la garantía de la batería”.
Twaice es un reproductor que realmente cubre todo el ciclo de vida de la batería: las etapas de desarrollo y monitoreo. Cubrir ambas fases ofrece varias ventajas, ya que permite aprovechar las sinergias para mover el conocimiento (gemelos digitales y análisis) de la fase de desarrollo a la fase de operaciones y previsión. Las empresas utilizan el software de Twaice para determinar la vida útil restante y el estado de los sistemas de baterías para determinar si son aptos para un segundo uso o si deben enviarse directamente para su reciclaje cuando ya no son aptos para el primer uso.
En cuanto al aspecto técnico, se utilizan varias tecnologías diferentes para fabricar las baterías de iones de litio actuales, como el níquel manganeso cobalto (NMC), el níquel cobalto aluminio (NCA) y el fosfato de hierro y litio (LFP). “Estamos viendo un fuerte movimiento hacia los LFP, especialmente en el sector de la energía, pero también en la movilidad, porque podemos eliminar el cobalto y el costo es menor”, dice Rohr.
Twaice ahora tiene relaciones muy sólidas con universidades y empresas que trabajan con baterías de estado sólido, pero en opinión de Rohr, no estarán disponibles comercialmente hasta 2025-2027.