El gran reto de la movilidad eléctrica no es solo la autonomía, sino el tiempo de carga. Todos queremos cargas ultra-rápidas, pero la física nos impone un límite: el recubrimiento de litio (lithium plating), que degrada la batería y puede ser peligroso.
En su último artículo, COMSOL Multiphysics® demuestra cómo pasar de una carga estándar de 38 minutos a una optimizada de solo 22 minutos (un 40% más rápida) manteniendo la misma salud de la celda.
¿Qué módulos de COMSOL se utilizan para lograr esto?
Para resolver este desafío de ingeniería, el modelo combina dos herramientas clave:
- Battery Design Module: Es el corazón de la simulación. Permite modelar la química interna y el transporte de iones. Se utiliza para predecir el sobrepotencial local en el ánodo, identificando el punto exacto donde comenzaría el recubrimiento de litio.
- Optimization Module: En lugar de usar una corriente constante (que es ineficiente), este módulo calcula una función de control que varía la corriente en tiempo real. Utiliza el método MMA (Method of Moving Asymptotes) para encontrar el perfil de carga más rápido posible sin violar las restricciones de degradación.
El resultado clave
La simulación permite encontrar el Frente de Pareto: un gráfico que muestra el equilibrio perfecto entre "tiempo de carga" y "ciclos de vida permitidos". La Figura 1 muestra el número máximo de ciclos frente al tiempo de carga para alcanzar un estado de carga (SOC) del 90% y del 100%. También se incluye el resultado de una corriente de carga constante (línea discontinua) para ilustrar mejor el beneficio de utilizar una corriente variable en el tiempo.
Conclusión: Gracias al diseño basado en simulación, ya no tenemos que adivinar. Podemos programar sistemas de gestión de baterías (BMS) con perfiles de carga inteligentes que maximizan el rendimiento sin sacrificar la seguridad.
Figura 1. Se representa gráficamente el número máximo de ciclos frente al tiempo de carga para alcanzar un estado de carga (SOC) del 90% y del 100%. También se incluye el resultado de una corriente de carga constante (línea discontinua) para ilustrar mejor el beneficio de utilizar una corriente variable en el tiempo.
Referencias
K.E. Jensen. COMSOL Blog (2025). Minimizing the Charging Time of a Battery. https://www.comsol.com/blogs/minimizing-the-charging-time-of-a-battery
COMSOL Application Gallery. Minimizing the Charging Time of a Lithium-Ion Battery. Application ID: 143291. https://www.comsol.com/model/minimizing-the-charging-time-of-a-lithium-ion-battery-143291