Efectos de la temperatura y el voltaje en la carga y la salud de módulos de baterías de ion-litio en vehículos eléctricos ligeros

Por qué los días calurosos importan para las baterías de bicicletas eléctricas

Las bicicletas y scooters eléctricos prometen desplazamientos más limpios y sencillos, pero las baterías que los alimentan sufren silenciosamente por el calor. Este estudio examina el interior del paquete de baterías de un vehículo eléctrico ligero para ver cómo la conducción en condiciones reales y distintas temperaturas —desde una habitación templada hasta calor similar al del desierto— cambian la energía que la batería puede almacenar y cuánto tiempo durará. Los hallazgos ayudan a explicar por qué la autonomía cae en días muy calurosos y por qué son esenciales una refrigeración y una carga más inteligentes para una movilidad urbana segura y duradera.

Mirando dentro de un pequeño vehículo eléctrico

Los investigadores se centraron en un tipo común de vehículo eléctrico ligero, similar a una bicicleta con asistencia eléctrica, equipado con un paquete de baterías de ion-litio de 48 voltios compuesto por 52 celdas cilíndricas pequeñas. En lugar de tratar el paquete como una caja negra, lo desarmaron para medir cada celda en un banco de pruebas especial. Para cada celda determinaron cuánto carga podía almacenar y cuán "saludable" estaba en comparación con cuando era nueva. Luego volvieron a montar el paquete, colocaron el vehículo sobre rodillos y lo hicieron pasar por un ciclo de conducción estandarizado utilizado en pruebas de motocicletas, simulando tráfico urbano con paradas y arranques y ráfagas de mayor velocidad.

Subiendo la temperatura de forma controlada

Para ver cómo la temperatura altera el comportamiento de la batería, el equipo colocó todo el paquete en una caja metálica sellada donde podían fijar el entorno a 25, 35, 45 o 65 grados Celsius. Mientras el vehículo "conducía" sobre los rodillos, sensores registraron en tiempo real voltaje, corriente y temperatura, tanto en el exterior del paquete como cerca de su centro. Tras cada conjunto de pruebas a una temperatura dada, el paquete se desmontó de nuevo para volver a medir la capacidad de carga y la salud de cada celda. Imágenes con cámara térmica proporcionaron una visión directa de cómo se generaba y difundía el calor dentro del módulo durante el uso y la carga.

Qué ocurre con la carga y la salud cuando sube la temperatura

A temperaturas moderadas —alrededor de 25 a 35 grados Celsius— la batería se comportó bien. El paquete podía cargarse cerca de su voltaje objetivo y la conducción simulada consumía energía de forma uniforme, con solo pequeños aumentos de temperatura. En este rango, el estado de carga (cuánto está llena la batería) y el estado de salud (cuánta capacidad queda respecto a cuando era nueva) se mantuvieron dentro de límites deseables. Pero a medida que la temperatura subió a 45 grados y sobre todo a 65 grados, aparecieron problemas. El paquete perdió voltaje más rápidamente durante el ciclo de conducción, lo que significa menor autonomía. Algunas celdas perdieron una porción notable de su capacidad original, cayendo por debajo de los límites de salud comúnmente aceptados para su uso continuado en vehículos.

El calor se esconde en el centro

Las imágenes térmicas y las lecturas de los sensores revelaron que el calor no se distribuía de forma uniforme. Las celdas centrales del módulo funcionaban sistemáticamente más calientes que las situadas en los laterales. En la prueba suave a 25 grados, el punto más cálido dentro del paquete alcanzó poco menos de 30 grados, pero en la prueba a 65 grados el núcleo caliente superó los 80 grados. Durante la carga la situación empeoró: el paquete retenía calor en su centro, mientras que la electrónica de protección y los cables también se calentaban. A la temperatura más alta, el sistema de gestión de la batería cortó la carga anticipadamente para evitar daños, lo que protegió el paquete pero también provocó que algunas celdas quedaran con menos carga que otras. Ese desequilibrio redujo aún más la energía utilizable y aceleró el envejecimiento de las celdas más estresadas.

Lecciones de diseño para viajes más seguros y duraderos

En conjunto, el estudio muestra que las baterías de vehículos eléctricos ligeros se comportan bien solo en una ventana térmica relativamente estrecha, aproximadamente entre 25 y 35 grados Celsius. Por encima de ese rango pierden energía más rápido, envejecen con mayor rapidez y desarrollan puntos calientes desiguales —especialmente en el centro del paquete— mientras la electrónica de protección tiene dificultades para mantenerlas seguras. Para los usuarios esto se traduce en menor autonomía y mayor riesgo de reemplazo prematuro de la batería en climas cálidos. Para diseñadores y planificadores urbanos, el trabajo subraya la necesidad de soluciones sencillas pero efectivas de refrigeración o ventilación, disposiciones de paquete más inteligentes que eviten núcleos sobrecalentados y un seguimiento cuidadoso de la salud a nivel de celda. Con estas medidas, los pequeños vehículos eléctricos pueden ofrecer transporte más limpio sin sacrificar la seguridad ni la vida útil de la batería.

Cita: Quintana, J.M., Paredes-Rojas, J.C., Vázquez-Medina, R. et al. Temperature and voltage effects on the charge and health of lithium-ion battery modules in light electric vehicles. Sci Rep 16, 9408 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40094-5

Palabras clave: baterías de ion-litio, bicicletas eléctricas, temperatura de la batería, salud de la batería, gestión térmica