El futuro del transporte de mercancías se electrifica a pasos agigantados, impulsado por la necesidad de reducir costes operativos y emisiones contaminantes. Sin embargo, la viabilidad de los camiones eléctricos en rutas de larga distancia se ve constantemente limitada por la autonomía y la durabilidad de sus paquetes de baterías. Ante este desafío, un ambicioso proyecto de colaboración entre universidades y la industria, denominado LaserBATMAN, ha implementado una solución innovadora: una aplicación de simulación personalizada que acelera drásticamente el proceso de diseño y optimización de las baterías, sentando las bases para una nueva era de vehículos pesados más eficientes y fiables.
El consorcio, integrado por entidades como Aurobay, Resolvent, la Comisión Europea, la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU), Vinnova (la Agencia Sueca para la Innovación) y la Fundación para la Innovación de Dinamarca, junto con el gigante automotriz Volvo Group Trucks Operations, ha trabajado desde mayo de 2022 hasta mayo de 2025 para abordar las complejidades inherentes a la fabricación de baterías. El foco principal de LaserBATMAN ha sido mejorar métricas críticas como la robustez y la vida útil de los conjuntos de baterías, identificando en la soldadura láser uno de los procesos clave que influyen directamente en su rendimiento a largo plazo.
Optimización del Proceso de Soldadura Láser para Baterías
La soldadura láser, utilizada para unir componentes esenciales como las celdas de batería a las barras colectoras (busbars), presenta un doble filo. Una ejecución precisa y controlada puede potenciar la longevidad de la batería, mientras que un fallo en el proceso puede acelerar su degradación. Para mitigar este riesgo, el proyecto LaserBATMAN ha recurrido al poder del modelado computacional para predecir y analizar los efectos de estos procesos de unión en las distintas fases de la fabricación. La consultora danesa Resolvent, especializada en energías verdes, ha sido la encargada de desarrollar la aplicación de simulación utilizando la plataforma COMSOL Multiphysics, permitiendo así al departamento de I+D de Volvo experimentar de manera eficiente con el rendimiento y la vida útil de las baterías.
Martin Refslund Nielsen, ex Director Comercial de Resolvent, destacó la idoneidad de COMSOL Multiphysics para abordar problemas multifísicos y multiescala como este. «Las ambiciones crecieron», afirmó Nielsen, detallando cómo el modelo inicial, centrado en la celda de batería, evolucionó para abarcar el rendimiento de todo el paquete de baterías, transformándose finalmente en una herramienta de diseño accesible a través de la app.
Del Modelo Electroquímico a la Aplicación de Diseño
El flujo de trabajo para la creación de esta herramienta de simulación ha sido meticuloso. Inicialmente, se desarrolló un modelo electroquímico detallado de una celda de batería, incorporando las cinéticas de las reacciones químicas pertinentes. Este modelo, a nivel de capa de celda, se utilizó para alimentar datos de entrada y generar salidas que, a su vez, sirvieron para entrenar una red neuronal profunda (DNN). Este enfoque de modelo de orden reducido (ROM) permitió obtener una comprensión rápida del comportamiento de la celda. Este tipo de avances en inteligencia artificial aplicada a la robótica, como la IA táctil, demuestra cómo la simulación y el aprendizaje automático están transformando la ingeniería.
Una vez entrenada la DNN, el equipo procedió a la construcción de una aplicación de simulación personalizada. Esta herramienta está diseñada para optimizar de forma eficiente las pestañas (busbars) dentro de la configuración de un paquete de baterías. La aplicación permite a los ingenieros de Volvo introducir parámetros clave como las dimensiones de la geometría del paquete, el número de celdas y las condiciones de operación (temperatura ambiente, perfiles de corriente de carga y descarga), así como aplicar ciclos de carga personalizados. La capacidad de visualizar el rendimiento de la batería bajo diferentes escenarios facilita enormemente la toma de decisiones de diseño.
La Herramienta de Diseño de Soldadura de Busbar
Dentro de la aplicación, una función destacada es el botón “Busbar Weld Design Tool” (Herramienta de Diseño de Soldadura de Busbar), descrito por Nielsen como “una herramienta dentro de una herramienta”. Esta utilidad permite calcular con precisión el rendimiento de la soldadura de las barras colectoras tras un número determinado de ciclos. Los usuarios pueden ajustar parámetros como la forma de la soldadura, el grosor de la barra colectora y la profundidad de penetración del láser. Esta funcionalidad es crucial desde una perspectiva de diseño robusto, ya que permite evaluar el impacto de variaciones en los parámetros de producción, como una soldadura que no penetra lo suficiente.
«Ciertamente, obtenemos una profunda visión técnica aquí y podemos dimensionar el diseño en el punto óptimo. La profunda visión técnica también es clave para optimizar el rendimiento del producto», añadió Nielsen. Por ejemplo, si los resultados sugieren la necesidad de una mejor refrigeración, el diseño podría reducirse eliminando dos celdas de batería y manteniendo el mismo rendimiento, cuantificando de manera sencilla la compensación entre refrigeración y configuración. Esta optimización de componentes es un paso fundamental para mejorar la eficiencia general, similar a cómo se buscan mejoras en la autonomía en el ámbito de robots humanoides con sistemas de carga rápida.
La aplicación también cuenta con un botón “Compute Battery” que permite evaluar la temperatura de la soldadura, el estado de carga (SoC) y el grosor de la capa de interfaz sólido-electrolito (SEI). Estos resultados son vitales para que el equipo de ingeniería determine si existen oportunidades adicionales de optimización en el diseño. Por ejemplo, se puede simular el efecto de un flujo de enfriamiento y observar si se generan turbulencias o zonas de aire estancado, afectando la disipación térmica. Este nivel de detalle es crucial para asegurar que las baterías puedan soportar las exigencias del transporte pesado, un sector donde la fiabilidad es primordial, tal como se evidencia en los avances logrados por empresas como Amazon con su flota de robots logísticos.
Las aplicaciones de simulación ofrecen un análisis y una generación de informes más consistentes. La intuitividad de las aplicaciones personalizadas facilita además el intercambio de conocimientos dentro de las organizaciones. «Estamos en una posición mucho mejor para optimizar el rendimiento y aumentar la robustez», concluyó Nielsen. La app desarrollada por el consorcio LaserBATMAN promete así contribuir a la producción de diseños de baterías más resistentes, capaces de soportar viajes por carretera de mayor distancia con menos fallos, promoviendo al mismo tiempo el uso de energía verde. Un proyecto verdaderamente heroico para el futuro de la movilidad eléctrica pesada.
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