Tesla versus fabricantes tradicionales: la “salsa secreta” de Tesla

Los vehículos 100% eléctricos tienen en la batería al nuevo componente estrella que determinará el futuro de los fabricantes de automóviles. Si la batería es buena, está bien diseñada, y su coste de fabricación y precio son comedidos, ese fabricante de coches tendrá su futuro asegurado. Si la batería es mala, no ha sido bien diseñada, o el precio es desorbitado, ese fabricante estará condenado a desaparecer.

Desde que empezó la escalada de la fabricación de coches 100% eléctricos, fabricantes como Tesla, que han sido pioneros en este sector, han apostado en el tema de las baterías con unas decisiones muy importantes que otros fabricantes no han seguido. En este artículo voy a mostrar cuáles son esas diferencias de Tesla versus fabricantes tradicionales metidos a fabricantes de vehículos eléctricos, y de qué modo esas diferencias están situando a Tesla en la cabeza de una nueva industria que el resto no está sabiendo liderar.

Diferencias entre Tesla y los fabricantes tradicionales

1. Exclusividad eléctrica

La primera gran diferencia entre una empresa como Tesla y un fabricante tradicional es que Tesla únicamente fabrica vehículos 100% eléctricos; no fabrica ni un solo modelo a combustión ni tampoco híbrido. El resto de los fabricantes, como es obvio, para poder mantener su negocio actual y a la vez transicionar hacia un modelo eléctrico, tienen que hacer coexistir en su gama tanto vehículos de un tipo como del otro.

Esto tiene grandes implicaciones. Un fabricante tradicional no puede lanzarse a realizar grandes inversiones en el sector eléctrico sin esperar que el resto de su producción de vehículos térmicos se resienta, por lo que al final se ven compitiendo contra sí mismos cuanto más apuestan por el eléctrico. Conclusión: su inversión en el desarrollo de vehículos 100% eléctricos es mínima. Si pueden externalizar el desarrollo de sus baterías, lo hacen. Si pueden evitar gastarse las ingentes cantidades de dinero que implica invertir en fábricas de baterías o en diseño e I+D en tecnología de baterías, lo hacen. Tesla, sin embargo, no. Tesla no tiene ese lastre al que se ve supeditada la industria tradicional, y por eso se siente libre para hacer grandes inversiones en el sector de las baterías.

2. Fabricación propia de celdas

La situación anterior nos deja con un panorama curioso. Tesla, a día de hoy, es de los poquísimos fabricantes de vehículos eléctricos que no sólo fabrica coches sino también sus propias baterías, ya sea para sus vehículos o para uso doméstico e industrial. Es decir, para Tesla la fabricación de las baterías no es un negocio tangencial o secundario. ES EL NEGOCIO. En este sentido desde hace unos años Tesla está construyendo una mastodóntica fábrica de baterías en Nevada, EE.UU., y tiene otra en construcción en China. Y estas fábricas van a producir tanto baterías como vehículos cuando estén terminadas. La Gigafactory de Nevada, que ya fabrica celdas de baterías a un ritmo de 3,5 millones de ellas al año sólo con un 30% de su tamaño final, será capaz de producir 150 GWh al año de packs de baterías cuando esté terminada. Eso representa en un año lo mismo que todo lo producido en el mundo en 2013.

Conviene aquí recordar que las baterías de coches, así como las de uso doméstico o industrial, tienen dos partes importantes: por un lado están las celdas, es decir, las pequeñas “pilas” o elementos básicos que van dentro de ellas. Estas pilas, lo vamos a ver, suelen ser de diferentes formatos y tener químicas diversas. Por otra parte, está el paquete o pack de la batería, que es todo el encapsulado y la electrónica que controla las celdas, que refrigera ésta para que esté a la temperatura óptima de carga/descarga y que optimiza el uso de las celdas.

Tanto las celdas como el pack de las baterías tienen una importancia radical. No basta con meter unas celdas estupendas dentro de un pack penosamente diseñado. Una buena batería necesita de unas celdas excelentes, que tengan una relación energía/peso lo más alta posible y que además tengan una química que sea lo más segura posible y con unas propiedades de carga/descarga y degradación lo más perfectas posibles. Pero a su vez, necesita que esas celdas estén empaquetadas en una caja que tenga el mejor diseño para repartir el peso, para que en caso de fallo de una celda el resto de la batería funcione sin problemas, y para que en general el uso de las celdas sea el más óptimo posible. Sólo con la combinación de una buena calidad en ambos aspectos de las baterías, celdas y pack, se puede lograr una batería superior.

Por eso llama la atención Tesla. Casi desde sus inicios, Tesla estableció un acuerdo con uno de los mayores fabricantes de “celdas” del mundo: Panasonic. La alianza con ella ha supuesto que Panasonic proporcione su conocimiento en la creación de celdas de baterías, y Tesla proporcione el suyo en el diseño de los paquetes. Fue Tesla de las primeras empresas en el mundo en darse cuenta de que disponiendo de celdas muy pequeñas en la batería se podían crear módulos que se dispusieran en los bajos del coche, mejorando la estabilidad de éste y ampliando la habitabilidad interior. También fueron los primeros en desarrollar complejos sistemas de refrigeración de las celdas que mejoran drásticamente la durabilidad de las baterías y permiten un uso más intensivo de ellas.

Gigafactoría de Tesla, agosto de 2017

3. Apuesta por las celdas cilíndricas en lugar de prismáticas o de bolsa

Existen diferentes tipos de formatos para las celdas de las baterías. Muchos estamos familiarizados con las celdas con forma cilíndrica, las clásicas “pilas” que utilizan a diario muchos de nuestros aparatos eléctricos. Pero en el sector, y en concreto en el de los vehículos, se usan también otras. Veamos resumidamente cuáles son con sus ventajas e inconvenientes:

• Celdas cilíndricas: las hay de diferentes tamaños pero tienen la gran ventaja de su bajo coste de fabricación. La cuestión es que estas celdas ya venían siendo masivamente utilizadas antes de la llegada de los vehículos eléctricos, por lo que ya se dispone de procesos de fabricación muy rápidos para ellas. Además, cuentan con uno de los costes más bajos en relación a su capacidad en Wh. Finalmente, suelen ser muy seguras pues cada celda dispone de una membrana que bloquea la salida de material en caso de presión interior. Estas celdas las usan todos los vehículos de Tesla.
• Celdas prismáticas: son las típicas baterías planas que podemos encontrar en móviles o tablets y por tanto vienen fabricándose desde tiempos más recientes. Aunque aprovechan más el espacio que las cilíndricas cuando son empaquetadas, son más caras de fabricar que las cilíndricas y menos seguras. El Chevy Bolt, de General Motors, por ejemplo, utiliza este tipo de celdas.
• Celdas “pouch” o de bolsa: son una evolución de las baterías prismáticas de uso reciente, sobre todo orientado a negocios emergentes como el de los coches. Aquí se ha reducido peso haciendo que el encapsulado sea una mera bolsa. Se consigue una compactación máxima de la celda dentro del pack, y una gran densidad energética, pero a costa de una notable inseguridad en la celda, que puede inflarse y provocar peligrosas situaciones de presión si las celdas no están debidamente controladas. Estas celdas vienen siendo usadas en coches como el Nissan Leaf, de la alianza Renault-Nissan.

Tipos de celdas en baterías (cilíndricas a la izquierda, prismáticas en el centro y pouch o de bolsa a la derecha)

No hay una celda perfecta para baterías de coches eléctricos. Cada tipo tiene sus ventajas y sus desventajas. Al final se trata de un tema de compromiso. ¿Qué queremos primar más, la seguridad, el coste, la cantidad de energía? Si quisiéramos un equilibrio, sinceramente la mejor de todas es la cilíndrica. Tiene la mejor relación entre coste, energía y seguridad. ¿Por qué razón entonces no se lanzan todos los fabricantes de baterías a usarlas de forma masiva, y el único que parece usarlas es Tesla? La razón, que ya la hemos expuesto antes, es el coste.

El talón de Aquiles de las celdas cilíndricas de baterías es que luego empaquetarlas resulta complejo y costoso. Y recordemos que hemos dicho que los fabricantes tradicionales no pueden permitirse grandes inversiones y costes en el tema de las baterías si no quieren que la transición a lo eléctrico les suponga un grave perjuicio a su negocio habitual. ¿Cuál es la solución más fácil para los fabricantes tradicionales? Sencillamente, montar celdas que simplifiquen al máximo el empaquetado. Porque las celdas ellos no las van a fabricar. Renault, General Motors, Volkswagen y el resto de los fabricantes que están haciendo vehículos eléctricos lo que hacen es comprar las celdas a empresas como LG o Samsung, y luego ellos se encargan del pack. No les importa pagar un poco más de dinero por sus celdas si, en primer lugar, no tienen que fabricarlas ellos, ahorrándose tener que montar fábricas de celdas, y, en segundo, después el empaquetado es más sencillo. Y lo que más complica el empaquetado es el número de celdas.

En el paquete de baterías de un Tesla model 3 con 50 kWh hay 2.976 celdas cilíndricas del formato llamado 2170. Un Tesla model S o model X es todavía más alucinante y su pack de 100 kWh tiene 8.256 celdas del formato llamado 18650. Por contra, el Chevy Bolt de General Motors con 60 kWh tiene sólo 288 celdas prismáticas, y el Nissan Leaf tiene 192 de tipo pouch. A primera vista, parecería que en Tesla han sido poco inteligentes en su decisión de apostar por las celdas cilíndricas. Son mucho más pequeñas que las otras e implican mucho más coste al montarlas en el pack. ¿Por qué diantres ha hecho Tesla esto?

Recordemos que una buena batería no sólo es el coste. Su calidad es importante, o si no los consumidores se verán conduciendo coches eléctricos con serias limitaciones. Cuantas más celdas tenga una batería, más segura es y menos degradación se produce con el tiempo. Imaginemos que una celda de una batería de Tesla falla. Esa celda seguramente se selle con su sistema de seguridad y quede bloqueada, pero el resto de los varios miles de celdas que tiene continúan funcionando sin problemas. La percepción para el conductor es que su batería ha perdido algo de autonomía, pero nada preocupante. Ahora imaginemos lo que le pasa a un Nissan Leaf cuando una de sus sólo 192 celdas falla. La pérdida de autonomía es significativa y además, esas celdas pouch resultan mucho menos seguras.

El resultado es que los propietarios de coches Tesla están reportando que tras varios cientos de miles de kilómetros recorridos, sus coches aún mantienen un 80% o más de la capacidad de sus baterías. Dicho de otra forma: las baterías Tesla, para lo que suelen ser los años de vida útil de los coches, son eternas. Antes te aburrirás de conducir tu coche Tesla y desearás cambiarlo por otro, que llegará el día en que la degradación de su batería sea un problema. ¿Podrán decir el resto de los fabricantes lo mismo? Aún más, ¿les interesa realmente a los fabricantes tradicionales producir coches que duren eternamente cuando su negocio tradicional se ha basado durante decenas de años en la obsolescencia programada y en provocar la necesidad de que cada poco tiempo los consumidores tuvieran que cambiar su gastado vehículo por uno nuevo? Está claro que Tesla no sólo está cambiando de paradigma con la fabricación de un nuevo tipo de vehículos; está también apuntando a la línea de flotación de un negocio que hace aguas por todas partes desde su invención.

Esto nos lleva a la cuestión final de este artículo. Si el coste de empaquetamiento de una batería Tesla es más cara que en la competencia, ¿cómo pretende Tesla mantenerse competitiva?

Pack de la batería Tesla

La “salsa secreta” de Tesla

Esta es la “salsa secreta” de Tesla. Ya desde el principio la empresa vio la necesidad de realizar un exhaustivo I+D en tecnología de baterías. Por esa razón diseñaron unos complejos packs con unos sistemas de refrigeración muy ingeniosos, que hacen fluir líquidos entre las celdas para garantizar que su temperatura es la idónea tanto en caso de carga como de descarga. Esto mejora la velocidad a la que se puede cargar la batería, la cantidad de energía que puede suministrar la batería cuando se pega un acelerón, etc. Por ese motivo los coches Tesla, a pesar de ser berlinas, tienen el comportamiento de un coche deportivo.

Hasta ahora no se sabía cómo hacía Tesla para que toda esa complejidad no implicara un coste desorbitado de sus packs, pero hace poco un artículo en Wired hizo públicas unas declaraciones de un ex-empleado de Tesla que comentaba que en la fábrica de Fremont, donde Tesla centraliza todo el empaquetado de las baterías de los coches, existe una zona rodeada de amplias medidas de seguridad llamada el “segundo piso”. Aquí, al parecer, docenas de robots trabajan a una velocidad sin precedentes automatizando de principio a fin el montaje de los packs. Gracias a esta desmesurada automatización, Tesla habría logrado que el montaje de sus complejos packs tenga un coste razonable. Si a eso unimos el coste aún menor que tienen las celdas cilíndricas que usan, y que se fabrican por procesos ya hartamente conocidos, el resultado de Tesla es que tienen entre manos las baterías más económicas de fabricar, con la relación coste/energía mejor, y con la mayor fiabilidad y seguridad que existe en el mercado.

Ser líder en el diseño y fabricación de celdas y packs de baterías es algo que tiene fuertes implicaciones de cara a la industria de la automoción. Elon Musk ha comentado alguna vez que cree que el negocio de almacenamiento industrial de baterías superará algún día al negocio de las baterías para coches. Enrique Dans escribe en Forbes que “la fabricación de baterías se va a convertir en una de las industrias más importantes del planeta, y quien la domine ocupará un lugar de privilegio en muchos modos, suministrando una amplia variedad de industrias desde vehículos a bienes para el hogar, así como por supuesto para generación eléctrica”.

“Hace doce años, cuando describió el ‘plan maestro secreto de su compañía’, Elon Musk habló no sólo de hacer coches eléctricos más baratos, sino que incluyó un tercer punto, que permitía proporcionar los medios para generar electricidad con cero emisiones, un punto que muchos expertos se perdieron en medio de la atención sobre los coches de Tesla”, continúa Dans. “Hoy en día, con la compañía en números positivos, resulta que la producción de baterías ha sido la clave de su estrategia: la razón por la cual los veteranos de la industria automotriz como Bob Lutz no podían entender la hoja de ruta de Tesla era porque Tesla no es una compañía automotriz, es una compañía de baterías”.

“Tesla no es un fabricante de automóviles compitiendo con otros fabricantes de automóviles… Los vehículos de Tesla son consumidores del principal producto de la compañía: las baterías”, concluye Dans. “Reconsideren sus modelos y sus hojas de cálculo: dejen de ver a Tesla como fabricante de automóviles y comiencen a comprender que la compañía tiene planes mucho más ambiciosos para el futuro”.

Para leer más:

https://cleantechnica.com/2019/01/25/inside-teslas-secret-intense-focus-on-batteries/

https://www.quora.com/Why-does-Tesla-use-cylindrical-batteries-and-not-prismatic-batteries-like-the-Chevy-Bolt