Gestión térmica de baterías: refrigeración, calefacción y preacondicionamiento

Una batería fría puede necesitar calentarse antes de una carga rápida; una caliente, enfriarse antes de aceptar la misma potencia. La gestión térmica introduce o extrae calor del paquete para prepararlo para la conducción o la carga, limitando el consumo y las diferencias de temperatura.

Este capítulo continúa la explicación de la construcción de las celdas en Formatos de celda y de su integración en el vehículo en Pack de batería y configuración.

Por qué cambian las temperaturas objetivo

El frío aumenta la resistencia y ralentiza los procesos que permiten a una celda aceptar carga. En celdas de iones de litio con grafito, una corriente de carga excesiva puede depositar litio metálico sobre el electrodo negativo en vez de almacenarlo dentro del grafito. US Department of Energy: Enabling Fast Charging—A Technology Gap Assessment (2017) Química de las celdas y componentes explica este mecanismo de deposición de litio.

Estos límites afectan tanto a la carga como a la conducción. El manual de Tesla del Model 3 describe una reducción de la velocidad de carga y del frenado regenerativo con la batería fría, así como su calentamiento antes de una parada de carga prevista. Tesla Model 3 owner's manual: cold-weather operation and preconditioning

Calentar las celdas puede mejorar la carga, pero la exposición prolongada al calor acelera su envejecimiento. US Department of Energy: Enabling Fast Charging—A Technology Gap Assessment (2017) Los efectos a largo plazo de la temperatura y del estado de carga se tratan en Degradación de la batería. Antes de una carga rápida, el vehículo puede preparar una batería que ya estaba suficientemente caliente para circular; Audi describe el calentamiento de una batería del e-tron GT muy fría con este fin. Audi: original RS e-tron GT navigation and preconditioning

Los fabricantes indican temperaturas para fines distintos. La documentación de Audi de 2021 da 30–35°C como temperatura preferida de la batería del e-tron GT original. Audi: original e-tron GT battery and thermal management (2021) El anuncio del Cayenne Electric de Porsche de 2025 especifica, en cambio, una condición inicial para cargar: la curva óptima de carga rápida anunciada es alcanzable desde una temperatura de batería de 15°C. Porsche: Cayenne Electric high-voltage system (2025)

Generación y almacenamiento de calor

La resistencia y las pérdidas electroquímicas generan calor durante la carga y la descarga. Para la contribución resistiva:

P = I²R

Aquí, P es la potencia térmica en vatios, I la corriente en amperios y R la resistencia en ohmios. Con resistencia constante, duplicar la corriente cuadruplica la potencia térmica resistiva. Las reacciones de las celdas también tienen una contribución térmica reversible que puede liberar o absorber calor según los materiales de los electrodos, el estado de carga y el sentido de la corriente. Wind and Vie: Entropy Profiles for Li-Ion Batteries (2025)

La temperatura del paquete sube cuando el calor generado y recibido supera al evacuado. Las celdas y los materiales almacenan energía térmica, por lo que activar la refrigeración tarda en modificar la temperatura de todo el paquete.

Dentro de una celda, las capacidades caloríficas y resistencias térmicas de los materiales determinan cómo cambia la temperatura y llega el calor a la superficie de refrigeración. Li y sus colaboradores modelan estas propiedades por separado para el conjunto de electrodos, los colectores de corriente y la carcasa. Li et al.: cylindrical-cell tab design and cooling (2021)

Cómo sale el calor de la batería

La refrigeración comprende dos tareas relacionadas: transferir calor desde el interior de las celdas a una superficie de refrigeración y transportarlo a un lugar que pueda absorberlo o disiparlo. El circuito de líquido refrigerante o de fluido frigorígeno determina la segunda parte; la construcción de la celda y su contacto con la estructura de refrigeración, la primera.

Disipación pasiva y aire forzado

La refrigeración pasiva disipa calor a través de la estructura del paquete y el aire circundante. La refrigeración por aire forzado utiliza un ventilador. El aire puede simplificar el equipo, pero su baja capacidad calorífica dificulta la evacuación del calor y la uniformidad térmica frente a la refrigeración líquida. Kim and Pesaran: Battery Thermal Management Design Modeling (2007)

El Nissan LEAF e+ de segunda generación es un ejemplo útil de refrigeración pasiva. El informe técnico de Nissan de 2022 clasifica su sistema como disipación natural de calor. En su prueba de conducción por autopista y cargas rápidas repetidas, el rendimiento de carga del LEAF e+ descendió desde la segunda carga conforme aumentaba la temperatura. El Ariya, refrigerado por líquido, mantuvo su rendimiento en esa prueba. Nissan Technical Review No. 88: Ariya battery and thermal control (2022)

Refrigeración líquida indirecta

En un sistema indirecto, estructuras sólidas separan el líquido refrigerante de las celdas. La resistencia térmica de las capas intermedias afecta a la evacuación del calor. Kim and Pesaran: Battery Thermal Management Design Modeling (2007)

La documentación de Audi del Q4 e-tron de 2021 describe una mezcla de agua y glicol que circula por canales planos bajo los compartimentos de las celdas. Una pasta termoconductora conecta la batería con esa estructura, y un calentador de alta tensión calienta el líquido cuando hace falta. Audi: Q4 e-tron battery, thermal management and charging (2021)

El circuito líquido transporta calor fuera del paquete, pero después debe disiparlo. Un radiador transfiere calor del líquido al aire exterior cuando la diferencia de temperatura lo permite. Un chiller transfiere ese calor al fluido frigorígeno del aire acondicionado, permitiendo refrigerar con compresor cuando el aire exterior no basta. Audi describe el acoplamiento del circuito de batería del e-tron GT original al circuito frigorífico bajo cargas elevadas. Audi: original e-tron GT battery and thermal management (2021)

Con un chiller, el calor pasa de las celdas a la estructura de refrigeración, al líquido, al fluido frigorígeno y finalmente al intercambiador exterior. A diferencia de un radiador por sí solo, la refrigeración frigorífica puede enfriar la batería por debajo de la temperatura ambiente.

Refrigeración directa con fluido frigorígeno

En un sistema directo, el fluido frigorígeno atraviesa la estructura de refrigeración sin un circuito intermedio de agua y glicol. El calor llega al fluido a través de la estructura exterior a las celdas selladas y el circuito frigorífico lo evacua del vehículo. BMW describió esta solución en su documentación técnica del i3 de 2013. BMW i Innovation Days: refrigerant cooling (April 2013)

Contacto y ubicación de la refrigeración

Refrigerar por la base o el lateral crea distintos caminos térmicos a través de los materiales internos de una celda. El estudio de Li y sus colaboradores sobre celdas cilíndricas muestra por qué la carcasa y las conexiones internas influyen en el resultado. Li et al.: cylindrical-cell tab design and cooling (2021) Formatos de celda detalla esos caminos direccionales y ejemplos de refrigeración mediante lengüetas.

El anuncio técnico del Cayenne Electric de Porsche de 2025 describe refrigeración de la batería por arriba y por abajo. Es un ejemplo concreto de añadir superficies para controlar la temperatura de un paquete con grandes celdas de bolsa. Porsche: Cayenne Electric high-voltage system (2025) La función estructural y la disposición de módulos se tratan en Pack de batería y configuración.

Cómo se calienta la batería

Un calentador de líquido convierte energía eléctrica en calor y lo hace circular por la estructura de refrigeración. Puede preparar un paquete frío sin esperar a que las pérdidas de conducción lo calienten. El sistema original del Q4 e-tron descrito anteriormente utiliza este método. Audi: Q4 e-tron battery, thermal management and charging (2021)

Las bombas de calor trasladan calor entre niveles de temperatura mediante un circuito frigorífico. En condiciones adecuadas, el calor suministrado supera la energía eléctrica consumida por el compresor porque una parte procede de otra fuente. En una bomba de calor de aire, un aire exterior más frío reduce el calor disponible y puede reducir la eficiencia. US Department of Energy: cold-weather EV performance (2024)

Que una bomba de calor pueda calentar la batería depende de su conexión con el circuito de esta. El calor también puede circular al revés: la documentación del e-tron GT original describe cómo su bomba aprovecha calor residual de componentes de alta tensión para calentar el habitáculo. Audi: original e-tron GT battery and thermal management (2021)

Los sistemas integrados pueden redirigir calor que de otro modo se disiparía. Nissan describe la combinación de circuitos térmicos del habitáculo, la batería y la propulsión para reutilizar calor de conducción y carga en la climatización y el control térmico de la batería. Nissan: electric vehicle thermal conditioning Recuperar calor es útil cuando existe una fuente adecuada; tras un enfriamiento prolongado, al principio puede haber poco calor residual.

Medición y control de temperatura

El sistema de gestión de batería mide tensiones, corriente y temperaturas y utiliza esos datos para gestionar sus límites de funcionamiento. Texas Instruments: EV battery management systems Los sensores informan de las condiciones donde están instalados. No miden directamente cada punto dentro de cada celda.

La temperatura interior puede diferir de la superficial. La investigación del NREL sobre carga extremadamente rápida estudió mediciones internas y la relación entre variaciones de temperatura y comportamiento desigual de las celdas. NREL: Heat Generation Concerns Associated with Extreme Fast Charging (2020) Por eso, la temperatura media del paquete o una sola lectura del cuadro no describen completamente su estado térmico.

Una distribución desigual del líquido o del contacto puede dejar zonas calientes. El diseño debe tener en cuenta los caminos térmicos locales además de la capacidad total de evacuación de calor. Kim and Pesaran: Battery Thermal Management Design Modeling (2007)

El BMS y otros controladores coordinan la potencia permitida con el equipo térmico. Si la batería no puede aceptar la corriente solicitada dentro de sus límites, el vehículo debe reducirla mientras actúa el calentamiento o la refrigeración. Sistema de gestión de la batería explica la supervisión y las decisiones sobre límites de potencia; la gestión térmica aporta los medios físicos para cambiar la temperatura.

El control predictivo añade información sobre lo que viene después. La documentación del Q6 e-tron de 2024 describe el uso de la hora de salida, la ruta y la navegación para planificar el acondicionamiento, y también el acondicionamiento tras el uso. Audi: Q6 e-tron technical facts (2024) Anticiparse importa porque el interior de las celdas responde más lentamente de lo que tarda en encenderse un calentador o compresor.

La gestión térmica normal controla la temperatura al circular y cargar; Seguridad de las baterías trata la contención de fallos y la protección contra la propagación de la fuga térmica.

Preacondicionamiento para cargar y salir

El preacondicionamiento acerca la batería a las condiciones necesarias para una próxima tarea. Para cargar rápidamente puede significar calentar un paquete frío o enfriar uno caliente. El manual estadounidense del Kia EV9 de 2026 describe ambos casos y señala que la preparación requiere tiempo y energía de la batería. Kia EV9: battery conditioning, 2026 US owner's manual

Preparación para un cargador rápido

El preacondicionamiento basado en navegación utiliza la parada prevista para comenzar la preparación durante el viaje. Para el e-tron GT original, Audi indicó que la refrigeración se intensifica aproximadamente media hora antes de llegar a un cargador rápido elegido en la navegación. Por separado describió el calentamiento de una batería muy fría poco después de arrancar en invierno para preparar la carga rápida. Audi: original RS e-tron GT navigation and preconditioning

La activación manual es útil cuando el conductor elige una parada fuera del planificador integrado. La descripción del ID.7 de Volkswagen de enero de 2024 cita Google Maps o Waze mediante App Connect: el preacondicionamiento manual resulta útil cuando el planificador de fábrica no está activo. Volkswagen Netherlands: automatic and manual ID.7 preconditioning (January 2024)

La pantalla muestra una capacidad actual estimada de 155 kW y una posible optimización a 162 kW, junto con una estimación del tiempo de preparación. Son estimaciones del vehículo, no mediciones de carga. Empezar poco antes de llegar puede dejar demasiado poco tiempo.

Un indicador activo significa que la preparación está funcionando, no que se haya alcanzado la temperatura objetivo. Tras conectar, la potencia también depende del estado de carga, la curva del vehículo y las capacidades del cargador, como explica Carga de la batería.

Preparación antes de salir

La climatización programada del habitáculo, el preacondicionamiento de batería y la finalización de la carga son funciones distintas. Un temporizador de salida puede coordinarlas, pero su funcionamiento exacto debe consultarse en el manual.

Si el preacondicionamiento usa electricidad de la red antes de salir, puede conservar energía de la batería para el trayecto. El informe del DOE sobre frío lo ilustra con ensayos de preacondicionamiento del habitáculo: el consumo en un ciclo urbano de 7,5 millas (unos 12 km) a 20°F (unos −7°C) se redujo un 9–20%. US Department of Energy: cold-weather EV performance (2024)

La preparación para salir puede calentar tanto el habitáculo como la batería. El manual del Tesla Model 3 describe, por ejemplo, el calentamiento de la batería según sea necesario al activar el preacondicionamiento del habitáculo. Tesla Model 3 owner's manual: cold-weather operation and preconditioning Preparar una parada de carga de alta potencia es una tarea aparte que puede exigir más calentamiento o refrigeración.

El manual estadounidense del Kia EV9 de 2026 también describe el preacondicionamiento de batería iniciado desde la aplicación con el coche aparcado. En ese modo termina cuando la batería alcanza el intervalo adecuado o después de 30 minutos. Kia EV9: battery conditioning, 2026 US owner's manual

Carga baja y límites de activación

El preacondicionamiento consume energía que también puede ser necesaria para llegar al cargador. El manual estadounidense del Kia EV9 de 2026 indica que puede no estar disponible con poca carga para preservar la autonomía, sin especificar un porcentaje en ese apartado. Kia EV9: battery conditioning, 2026 US owner's manual

Ambas imágenes muestran un SOC del 12%: una tiene el símbolo de preacondicionamiento activo y la otra el mensaje «Batería baja. Acondicionamiento de batería desactivado». El SOC redondeado documenta los estados observados sin establecer el umbral exacto de desconexión.

Consumo y rendimiento repetido

El preacondicionamiento tiene un coste eléctrico. En un cálculo hipotético, un sistema que consume una media de 6 kW durante 20 minutos utiliza 2 kWh. Con un consumo de conducción supuesto de 18 kWh/100 km, equivale a la energía para unos 11 km.

Los 2 kWh representan energía eléctrica consumida, no calor entregado a las celdas. Un calentador resistivo transforma electricidad en calor; una bomba puede añadir calor captado en otro lugar. Parte también calienta otros componentes o escapa al entorno.

En un viaje con carga rápida, gastar energía en preparar la batería puede reducir el tiempo de carga. No aumenta automáticamente la autonomía. Hay que comparar la energía de preparación, la posible reducción de pérdidas y el tiempo ganado.

Las pruebas de cargas repetidas revelan una capacidad distinta de una única cifra de potencia máxima, como ilustra la comparación de Nissan. Una comparación útil debe registrar condiciones ambientales, estado de carga al llegar, exigencia de conducción y ajustes de preacondicionamiento junto con los resultados.