Impact Testing of Aging Li-Ion Batteries from Light Electric Vehicles (LEVs)

Resumen

El creciente uso de Vehículos Eléctricos Ligeros (LEVs) en zonas urbanas, impulsado por la ola de micromovilidad, plantea importantes preocupaciones de seguridad, particularmente en relación con incidentes de incendio en baterías. Esta investigación analiza el rendimiento electromecánico de baterías de iones de litio (LIB) 18650 envejecidas, procedentes de LEVs, bajo condiciones de impacto mecánico.

Para este estudio, se desensambló un módulo de batería de un patinete eléctrico usado y sus celdas se reconfiguraron en módulos compactos para realizar pruebas. Para caracterizar su condición inicial, las celdas fueron sometidas a ciclos de prueba para evaluar su estado de salud (SOH). Aunque una ligera mayoría de las celdas conservaba un SOH superior al 80 %, también se observó un notable aumento en su resistencia interna (IR), lo que indica degradación por envejecimiento.

Las pruebas de impacto mecánico se llevaron a cabo siguiendo la norma UL 2271:2018, empleando un pulso de aceleración semisinusoidal. Durante estas pruebas, se analizaron las cinemáticas lineales mediante videogrametría y se monitorearon parámetros eléctricos y térmicos clave. Además, se instalaron galgas extensométricas en las celdas centrales para medir esfuerzos y deformaciones.

Los resultados de las pruebas de choque mecánico revelaron patrones característicos de aceleración y velocidad. Estos hallazgos clarifican el comportamiento electromecánico de las LIB envejecidas bajo impacto, proporcionando datos críticos para mejorar la seguridad y confiabilidad de estos vehículos.

Impacto en la electrificación del transporte

1. Seguridad en baterías para micromovilidad eléctrica
   Los LEVs —como patinetes, bicicletas y motocicletas eléctricas— dependen de baterías de alta densidad energética que, al envejecer, pueden presentar riesgos de incendio y fallas mecánicas. Esta investigación aporta datos concretos sobre cómo responden las celdas degradadas a impactos, lo que es esencial para mejorar normas de seguridad y evitar accidentes en entornos urbanos.

2. Diseño y validación de sistemas de protección
   Comprender las respuestas electromecánicas de baterías envejecidas permite optimizar carcasas, sistemas de absorción de impactos y estrategias de encapsulado, asegurando que incluso baterías en segunda vida o parcialmente degradadas operen dentro de parámetros seguros.

3. Extensión de vida útil y reciclaje seguro
   El estudio ofrece un marco para evaluar si baterías recuperadas pueden seguir usándose de forma segura, lo que es clave para la economía circular en transporte eléctrico y para reducir la demanda de extracción de litio y cobalto.

4. Normativas y estandarización
   La referencia a la norma UL 2271:2018 y la aplicación de pruebas reproducibles facilitan la armonización de requisitos de seguridad para fabricantes, operadores y autoridades reguladoras, contribuyendo a la aceptación masiva de la micromovilidad eléctrica.