Introducción/objetivos

Las baterías de iones de litio, aunque populares por su alta densidad energética, presentan desafíos relacionados con su coste y el impacto ambiental de la extracción de litio. En un esfuerzo por mejorar la eficiencia energética y la sostenibilidad en los vehículos eléctricos, la empresa de ingeniería IAV [1] ha desarrollado un innovador sistema de baterías duales. Este enfoque combina tecnologías de baterías de sodio-ion (SIB) y de fosfato de hierro y litio en estado sólido (LFP-SSB) tal y como se muestra en la Figura 1, buscando equilibrar rendimiento, coste y respeto al medio ambiente.

Figura 1. Tecnologías de batería utilizadas en el enfoque de batería dual. Fuente: COMSOL User Story Gallery [2]

Las baterías de tecnología SIB son más económicas y sostenibles, mientras que las LFP-SSB ofrecen una mayor densidad energética y seguridad térmica. Mediante la modelización y simulación multifísica en COMSOL Multiphysics®, IAV ha optimizado este diseño dual [2], permitiendo una gestión térmica eficiente y una distribución inteligente de la carga entre ambas baterías.

Modelización/simulación

Debido a la naturaleza multifísica del modelado de baterías, las capacidades del software COMSOL Multiphysics® eran especialmente adecuadas para el proyecto de desarrollo del sistema de batería dual: el diseño de baterías operativas requiere una gestión térmica adecuada, comprensión del comportamiento de los materiales de las distintas celdas dentro de sus módulos, conocimiento de las variaciones de presión en los procesos internos de la batería, así como una comprensión electroquímica del sistema en su conjunto. También es necesario entender cómo la expansión o contracción durante la carga y descarga puede afectar la mecánica de estos sistemas. Por tanto, el equipo de IAV pudo simular con precisión el comportamiento del sistema completo. Utilizaron el software para:

• Modelar la transferencia de calor entre las baterías y el entorno, optimizando la gestión térmica.
• Simular los flujos de corriente y la distribución de carga entre las dos baterías.
• Analizar la eficiencia y la vida útil del sistema en distintos escenarios de conducción.
• Optimizar la arquitectura eléctrica para garantizar seguridad y estabilidad.

Resultados/conclusiones

Los ingenieros de IAV pudieron verificar, mediante simulaciones en COMSOL Multiphysics®, el rendimiento de su concepto de batería dual. Por ejemplo, la Figura 2 muestra la distribución de temperaturas de las dos tecnologías de batería funcionando como un solo sistema. El equipo comprobó que el diseño funcionaba según lo esperado durante la fase de desarrollo conceptual, abriendo el camino hacia un mejor diseño de baterías. El modelo mostró una activación muy rápida y bajo demanda de las celdas en estado sólido, con un preacondicionamiento parcial proporcionado por el calor residual de las baterías de ion-sodio. El equipo logró optimizar la gestión térmica de ambas celdas y reducir el tiempo y la energía necesarios para activar las SSB en condiciones de frío.

Figura 2. Distribución de temperaturas de las dos tecnologías de batería funcionando como un solo sistema.

Además, los especialistas en simulación de IAV han utilizado el Application Builder de COMSOL Multiphysics® para empaquetar su funcionalidad en forma de una aplicación de simulación como se muestra en la Figura 3. De este modo, se utilizó COMSOL Compiler™ para convertir sus aplicaciones de simulación en archivos ejecutables independiente. La aplicación desarrollada cuenta con una interfaz de usuario personalizada, con entradas y salidas, que el cliente puede distribuir internamente a colegas de distintos departamentos, quienes la utilizan para ejecutar simulaciones y evaluar resultados en sus respectivos contextos.

Los usuarios de la aplicación no necesitan tener un conocimiento profundo del modelo complejo subyacente (ni licencia COMSOL Multiphysics® o COMSOL Server™) [3]; en su lugar, las aplicaciones de simulación están diseñadas para ser fáciles de usar y difíciles de alterar, lo que las hace ideales para muchos de los clientes de IAV que quieren distribuir estas tareas de simulación a personas que normalmente no se dedican al modelado.

Cabe también destacar que el uso de COMSOL Multiphysics® permitió reducir significativamente los tiempos de desarrollo. En lugar de construir múltiples prototipos físicos, IAV pudo validar sus hipótesis y ajustar parámetros directamente en el entorno virtual del software. Esto se tradujo en una reducción de costes y en una toma de decisiones más rápida y fundamentada.

Figura 3. Aplicación de módulo de batería de IAV, donde los gráficos de salida proporcionan al usuario una retroalimentación visual conveniente sobre el estado del modelo durante la ejecución. Fuente de la imagen: IAV.

La combinación de baterías y la simulación multifísica en COMSOL Multiphysics® abre nuevas posibilidades en el diseño de vehículos eléctricos, permitiendo explorar soluciones creativas y eficientes frente a los retos energéticos del futuro.

Para más detalles sobre cómo la ingeniería IAV ha hecho uso de COMSOL para el desarrollo de sus baterías, puede consultar el artículo original [2].

Referencias

[1] IAV (2025). https://www.iav.com.
[2] COMSOL Multiphysics® User Story Gallery (2025), "Driving EV Development with a Twin-Battery Approach"
[3] Application Builder Features and Functionality, COMSOL Multiphysics (2025).