Paquetes de baterías de vehículos eléctricos: configuración, construcción y reparabilidad

Un paquete de baterías de un vehículo eléctrico conecta las celdas en un sistema que almacena energía y suministra potencia al vehículo. Las conexiones eléctricas determinan su tensión y capacidad en amperios-hora; la refrigeración, la protección y la integración en el vehículo influyen en el peso, el aprovechamiento del espacio y las posibilidades de reparación.

Este capítulo se apoya en Conceptos básicos de las baterías y Formatos de celdas para explicar cómo se conectan, ensamblan e integran las celdas en el vehículo.

Qué contiene un paquete de baterías

Las celdas almacenan energía, mientras que las barras colectoras y otros conductores las conectan entre sí y con el vehículo. La carcasa mantiene el conjunto en su sitio y lo protege del entorno y de daños mecánicos. El sistema de refrigeración evacua calor durante la conducción y la carga; la calefacción puede preparar una batería fría para su uso.

El sistema de gestión de la batería (BMS) supervisa tensiones, temperaturas y corriente para mantener la carga y la descarga dentro de los límites de funcionamiento. Los contactores conectan el paquete al circuito de alta tensión del vehículo o lo aíslan de él. Los fusibles y, en algunos diseños, los desconectadores pirotécnicos aportan protección adicional ante fallos o colisiones. Estas funciones trabajan juntas: detectar una situación insegura solo resulta útil si el sistema puede limitar la potencia o interrumpir el circuito correspondiente. Nexperia: sistemas de gestión de baterías para vehículos

Abrir los contactores no elimina la energía almacenada en las celdas. La guía de respuesta a emergencias de Tesla establece esta distinción de forma explícita: incluso después de desactivar el sistema de alta tensión del vehículo, el paquete conserva energía almacenada, y los componentes dañados deben tratarse como si pudieran estar bajo tensión. Tesla: guía de respuesta a emergencias del Model 3

Para más información sobre supervisión y control de temperatura, consulte Sistema de gestión de la batería y Gestión térmica de la batería.

Cómo funcionan las conexiones en serie y en paralelo

Las configuraciones de baterías utilizan s para las conexiones en serie y p para las conexiones en paralelo. Una disposición 3s4p tiene tres grupos conectados en serie, cada uno con cuatro celdas conectadas en paralelo: 12 celdas en total.

La serie suma tensión; el paralelo suma capacidad

Conectar en serie celdas de características equivalentes suma sus tensiones. La misma corriente circula por cada posición de la serie, mientras que la capacidad en amperios-hora sigue siendo la de una celda o un grupo en paralelo.

Conectar en paralelo celdas de características equivalentes mantiene la tensión del grupo al nivel de una celda y suma sus capacidades en amperios-hora. Las celdas se reparten la corriente, aunque las diferencias de resistencia, temperatura y conexiones pueden hacer que ese reparto sea desigual. Un circuito de supervisión conectado a los bornes del grupo observa una tensión común, no una tensión independiente para cada celda en paralelo. Texas Instruments: supervisión de grupos de celdas en paralelo La función de estos grupos supervisados para mantener equilibrados los niveles de carga se explica en Equilibrado de celdas.

Para celdas idénticas, las relaciones básicas son:

• Tensión nominal del paquete = número de grupos en serie × tensión nominal de la celda.
• Capacidad del paquete en Ah = celdas por grupo en paralelo × capacidad de la celda en Ah.
• Energía nominal aproximada en Wh = tensión nominal × capacidad en Ah.

Los amperios-hora miden carga eléctrica; los kilovatios-hora miden energía. Una cifra mayor en Ah no implica necesariamente más energía si la tensión del paquete es menor. La tensión también cambia durante el uso, por lo que multiplicar la tensión nominal por los Ah es una aproximación, no una medición de la energía entregada durante una descarga.

Un ejemplo de cálculo

Consideremos un paquete ilustrativo con conexiones 96s46p y celdas con valores nominales de 3,7 V y 4,8 Ah. Son valores supuestos para explicar el cálculo, no especificaciones de un vehículo de producción.

Reconfigurar las mismas celdas como 192s23p duplicaría la tensión nominal y reduciría a la mitad la capacidad en Ah. La energía calculada seguiría siendo la misma. Esto muestra por qué la clase de tensión y el tamaño de la batería describen propiedades distintas.

Un ejemplo documentado es el Mitsubishi i-MiEV de 2012 para el mercado estadounidense. El informe de ensayo del Departamento de Energía de Estados Unidos indica 88 celdas, 3,7 V de tensión nominal por celda, 325,6 V de tensión nominal del paquete y 50 Ah de capacidad nominal del paquete. Estas cifras son coherentes con 88s1p: 88 × 3,7 V = 325,6 V, y 325,6 V × 50 Ah = 16,28 kWh, redondeados a los 16,3 kWh nominales del informe. El documento registra por separado 14,6 kWh medidos en el ensayo inicial de capacidad en laboratorio. La energía nominal y la medida no deben utilizarse indistintamente. US Department of Energy: ensayo de batería del Mitsubishi i-MiEV de 2012

Los grupos eléctricos son distintos de los módulos

El número de módulos describe el ensamblaje físico. Un módulo puede contener celdas conectadas en serie, en paralelo o de ambas formas; las conexiones dentro de los módulos y entre ellos determinan la tensión del paquete.

El paquete de 100 kWh del Porsche Macan Electric, introducido en 2024, tiene 12 módulos, cada uno con 15 celdas prismáticas conectadas en serie. En su configuración normal de alta tensión, la disposición resultante de 180 celdas es 180s1p. Porsche: batería y carga del Macan

El Audi Q8 55 e-tron, introducido a finales de 2022, ilustra una disposición diferente. Audi documenta 36 módulos y 432 celdas para la familia Q8 e-tron, y especifica 114 kWh brutos, 106 kWh netos y 396 V nominales para el paquete de mayor capacidad. Audi: batería de alta tensión PPE Audi: capacidad de batería y carga del Q8 e-tron

Qué cambia con la tensión del paquete

La potencia eléctrica es la tensión multiplicada por la corriente: P = V × I. Para una potencia determinada, aumentar la tensión reduce la corriente necesaria.

En una transferencia idealizada de 300 kW, 400 V requieren 750 A, mientras que 800 V requieren 375 A. El calentamiento resistivo sigue la relación I²R. Si la resistencia no cambia, reducir la corriente a la mitad disminuye ese calentamiento a una cuarta parte. Los diseñadores pueden aprovechar esta relación para reducir pérdidas, la sección de los conductores o una combinación de ambas.

Son cálculos a tensiones especificadas. Un vehículo descrito como de arquitectura de 400 V u 800 V no funciona exactamente a esa tensión durante todo su ciclo de carga. La tensión nominal, la tensión máxima y la clase general de arquitectura son especificaciones distintas.

Una tensión mayor también exige electrónica de potencia, aislamiento, conectores y equipos de carga compatibles. Por sí sola no determina el tiempo de carga: la aceptación de carga de las celdas, la temperatura de la batería, la curva de carga y los límites de la estación siguen determinando cuánta potencia llega al paquete.

Conectar un paquete de 800 V a un cargador de 400 V

Un vehículo puede utilizar conversión de tensión o reconfigurar su batería para aceptar una tensión de carga inferior. La implementación determina la potencia de carga disponible.

Para el sistema de 100 kWh del Macan, Porsche describe un interruptor que divide el paquete en dos bancos para cargar a 400 V. Los bancos se cargan simultáneamente, después de igualar sus estados de carga si es necesario. Porsche especifica hasta 135 kW para este modo, frente a hasta 270 kW en una estación de 800 V adecuada. Los 135 kW son el límite de carga del vehículo en ese modo, no una potencia asignada a cada banco. Porsche: batería y carga del Macan

Para conocer los métodos de conversión de tensión, las curvas de carga y los límites de las estaciones, consulte Carga de baterías y prestaciones de carga.

Módulos, cell-to-pack e integración estructural

Tres preguntas independientes ayudan a interpretar las descripciones de los paquetes: cómo se conectan eléctricamente las celdas, cómo se agrupan físicamente y cómo contribuye la batería a la estructura del vehículo. Términos como cell-to-pack y batería estructural responden a las dos últimas. No especifican la química de las celdas ni la disposición en serie y paralelo.

Paquetes basados en módulos

En un diseño modular, las celdas se ensamblan en módulos antes de instalar esos módulos en el paquete:

Celda → módulo → paquete → vehículo

Los módulos proporcionan conjuntos definidos para el soporte, las conexiones y la manipulación de las celdas. También pueden permitir variar la capacidad cambiando el número de módulos. La contrapartida es el espacio y la masa de las carcasas, conectores y fijaciones que se repiten.

Las baterías del Audi Q6 e-tron muestran cómo puede escalarse este enfoque. Su paquete de 100 kWh brutos utiliza 12 módulos y 180 celdas; la versión de 83 kWh utiliza diez módulos y 150 celdas. Audi también atribuye parte de la mejora en el aprovechamiento del espacio del paquete PPE a un menor número de conexiones y fijaciones entre módulos que en diseños anteriores. Por tanto, menos módulos de mayor tamaño pueden reducir los elementos auxiliares de montaje manteniendo una estructura modular. Audi: batería de alta tensión PPE

Cell-to-pack

Cell-to-pack (CTP) elimina o reduce la carcasa intermedia convencional de los módulos:

Celda → paquete → vehículo

Un paquete CTP puede utilizar filas, bastidores y grupos comprimidos para soportar y conectar sus celdas. La refrigeración y la protección siguen siendo esenciales. La oportunidad de ingeniería consiste en combinar funciones y eliminar material repetido.

El diseño Qilin de CATL combina funciones estructurales, de refrigeración y de interfaz térmica en una capa intermedia entre las celdas. En su lanzamiento de junio de 2022, CATL anunció un aprovechamiento del volumen del 72%. Es una métrica de aprovechamiento del espacio del fabricante, no una medida de eficiencia de carga ni de capacidad útil de la batería. CATL: anuncio de la batería Qilin CTP 3.0

La presentación de la PowerCo Unified Cell de Volkswagen en septiembre de 2025 combinó un formato de celda prismática estandarizado con un sistema de batería CTP. La empresa describió el formato como compatible con varias químicas. Por tanto, un formato común de celda y un método de integración del paquete pueden analizarse por separado de los materiales utilizados en el interior de la celda. Volkswagen: Unified Cell y sistema cell-to-pack

BYD Blade y cell-to-body

La Blade Battery de BYD utiliza celdas LFP largas, dispuestas para aprovechar eficientemente el espacio del paquete. Blade describe un diseño de batería concreto; LFP identifica la química de las celdas.

Para el BYD Seal lanzado en Europa en 2023, BYD describe una construcción cell-to-body (CTB) en la que la tapa superior de la batería se integra con el piso de la carrocería. La tapa, las celdas y la bandeja forman una estructura que contribuye a la carrocería del vehículo. Esto va más allá de eliminar las carcasas de los módulos dentro de un paquete convencional. BYD: lanzamiento europeo del Seal y construcción cell-to-body

Los paquetes estructurales pueden conservar módulos

Una batería estructural participa en el soporte de las cargas del vehículo. Integrar funciones de batería y carrocería puede reducir material duplicado, pero el término no prescribe una única disposición interna.

Las entregas del Model Y de Tesla desde Austin en abril de 2022 utilizaban celdas 4680 y paquetes estructurales. El informe de Tesla del mismo periodo describe la producción inicial del Model Y en Berlín con celdas 2170 y paquetes no estructurales. La fábrica y la versión importan; el nombre Model Y por sí solo no identifica la construcción de su batería. Tesla: informe del primer trimestre de 2022 presentado ante la SEC

El Porsche Cayenne Electric ofrece un ejemplo modular. Porsche describe su batería de 113 kWh brutos como parte de la estructura de la carrocería, aunque contiene seis módulos y 192 celdas de bolsa. Cada módulo tiene placas de refrigeración por encima y por debajo. La integración estructural y la construcción modular coexisten en este diseño. Porsche: sistema de alta tensión del Cayenne Electric

Comparar la densidad energética de los paquetes

La densidad energética gravimétrica, a menudo llamada energía específica, expresa la energía por unidad de masa en Wh/kg.

En un paquete completo, la masa incluye las celdas y los componentes que las acompañan. Las cifras a nivel de celda excluyen gran parte de esos componentes y no deben compararse directamente con cifras a nivel de paquete.

El cálculo es sencillo:

Energía específica del paquete (Wh/kg) = energía bruta del paquete (kWh) × 1000 ÷ masa del paquete (kg)

Para comparar el diseño físico de los paquetes, utilice la capacidad bruta: la capacidad energética total antes de restar los márgenes de reserva operativos. La capacidad útil también refleja qué parte de esa energía pone el fabricante a disposición del conductor. Mezclar ambas bases puede hacer que un paquete con mayor reserva parezca menos denso energéticamente. Reserva de batería y capacidad útil explica la distinción.

La masa del paquete también necesita un criterio de delimitación coherente, especialmente cuando comparte componentes estructurales y de refrigeración con el vehículo.

Ejemplos de energía bruta y nominal del paquete

La tabla utiliza capacidades brutas de los fabricantes o valores publicados de energía total, en lugar de capacidades útiles. Las etiquetas mantienen la base de cada fuente: una cifra anunciada o nominal no es una capacidad bruta medida de forma independiente. Los valores Wh/kg son cálculos de EVKX redondeados a números enteros.

El Model S ofrece una referencia temprana. Las especificaciones de Tesla de 2012 indican 85 kWh, mientras que su manual de servicio de 2012–2020 recoge 569 kg para la batería de 85 kWh. El manual no identifica la revisión del paquete, y el valor adjunto en libras no se convierte exactamente a los kilogramos indicados. La tabla utiliza el valor métrico publicado, por lo que los 149 Wh/kg resultantes deben entenderse como una comparación histórica aproximada. Tesla: especificaciones del Model S de 2012 Tesla: masa de la batería de 85 kWh del Model S en el manual de servicio

Con estas cifras publicadas, el e-tron GT de 2024 se sitúa aproximadamente un 12% por encima de la referencia del primer Model S, y el paquete NIO de 100 kWh, alrededor de un 21% por encima. Son mejoras moderadas a nivel de paquete respecto a un diseño temprano de gran autonomía. El progreso varía según el punto de partida, como muestra la comparación del e-Golf que sigue; esta selección no establece un ritmo de mejora para toda la industria.

Las filas del e-Golf utilizan las cifras de capacidad destacadas por Volkswagen: 24,2 y 35,8 kWh, un aumento de aproximadamente el 48%. Ambos documentos especifican 318 kg, 264 celdas y 27 módulos. La mejora procedió de celdas de mayor capacidad: en la presentación técnica de Volkswagen de 2016, el responsable de desarrollo Volkmar Tanneberger describió el paso de celdas de 25 Ah a 37 Ah, según informó electrive de primera mano. electrive: presentación de Volkswagen sobre celdas de mayor capacidad para el e-Golf

Según Audi, la mayor densidad energética del e-tron GT de 2024 procede de cambios en los materiales de las celdas, los separadores y la química, junto con una refrigeración revisada. Su paquete de 105 kWh brutos pesa 625 kg, 9 kg menos que su predecesor. Este ejemplo combina el desarrollo de las celdas con cambios en los componentes del paquete. Audi: actualización del e-tron GT de junio de 2024

El manual de NIO enumera dos versiones de proveedor del paquete de 100 kWh, ambas de 555 kg. NIO: manual de usuario del ET7

El paquete semisólido de NIO de producción limitada

El manual del ET7 también incluye un paquete de 150 kWh que pesa 575 kg, lo que da 261 Wh/kg calculados. Almacena un 50% más de energía nominal que los paquetes de 100 kWh enumerados, con 20 kg más de masa. WeLion identifica esta aplicación como semisólida y declara 360 Wh/kg para sus celdas de producción destinadas a NIO; los 261 Wh/kg corresponden al paquete completo. NIO: manual de usuario del ET7 WeLion Battery Europe: aplicación semisólida NIO de 150 kWh WeLion Energy: tecnología de celdas semisólidas

Su disponibilidad limita la relevancia como referencia para baterías vendidas de forma generalizada. En una entrevista con EV en noviembre de 2025, el consejero delegado de NIO, William Li, afirmó que solo se habían producido varios cientos de paquetes y describió un uso menor de lo esperado de las ampliaciones flexibles ofrecidas en China. EV informó de que la producción se había detenido; no se indicó la fecha exacta. La pequeña flota podía atender a varios clientes mediante intercambios de batería, por lo que la cifra de producción no equivale al número de usuarios. EV: William Li sobre la producción limitada de baterías NIO de 150 kWh

Es un ejemplo útil de mayor energía específica gracias a una tecnología de celda diferente, con un despliegue limitado. Consulte Química y componentes de las celdas para distinguir entre la química de los electrodos y los diseños con electrolito líquido, semisólido y sólido.

Ahorro de masa más allá del paquete

CTP puede mejorar la energía específica del paquete al reducir las carcasas de los módulos y otros componentes internos. La integración estructural amplía esa oportunidad a la carrocería: los componentes de la batería y de la carrocería pueden compartir funciones portantes o de piso, reduciendo material duplicado. Son decisiones de diseño independientes; un paquete CTP no es estructural de forma automática.

Los ejemplos del Seal y del Cayenne anteriores ilustran esa función compartida. Porsche atribuye explícitamente una reducción de peso a la integración de la batería del Cayenne en la carrocería. Por tanto, un diseño puede reducir la masa conjunta de batería y carrocería aunque los Wh/kg del propio paquete apenas cambien. Evaluar ese beneficio exige comparar ambos conjuntos con una base coherente. BYD: lanzamiento europeo del Seal y construcción cell-to-body Porsche: sistema de alta tensión del Cayenne Electric

El desarrollo de las celdas, la construcción del paquete y la integración en la carrocería ofrecen vías para reducir masa. Los ejemplos aquí presentados no establecen cuál aportará el mayor ahorro futuro. La energía por kilogramo también deja las prestaciones de carga, la vida útil y la reparabilidad para una evaluación independiente.

Qué determina la reparabilidad

La reparabilidad depende del fallo y de cómo pueda abrirse, diagnosticarse y restaurarse el paquete. Un contactor o una unidad de control sustituible supone una reparación distinta de los daños en celdas pegadas, una placa de refrigeración o una carcasa estructural.

Los módulos pueden ser unidades de sustitución útiles, pero el acceso, el sellado, las conexiones de refrigerante, los repuestos y los procedimientos de diagnóstico deben permitir el trabajo. Unir celdas y soportes mediante adhesivos en conjuntos mayores puede reducir el número de unidades sustituibles de forma independiente. Fraunhofer IPA identifica el uso extenso de uniones adhesivas y espumas en paquetes CTP muy integrados como un obstáculo para el desmontaje selectivo y la reparación. Fraunhofer IPA — desmontaje y reparación de baterías CTP integradas

El ejemplo del Cayenne anterior muestra por qué la función estructural no resuelve por sí sola la cuestión: un paquete portante puede seguir conservando módulos.

Porsche ofrece un compromiso concreto para el Macan: sus 12 módulos y otros componentes importantes del paquete pueden sustituirse individualmente. Es una evidencia más sólida de una vía de reparación que una vista seccionada que muestre los límites entre módulos. Porsche: batería y carga del Macan

El vídeo de Munro Live que aparece a continuación sigue la extracción de un paquete estructural 4680 de un Model Y. Retirar el paquete completo y reparar sus componentes internos son operaciones de servicio distintas.

El diagnóstico, la compatibilidad de los repuestos y las decisiones de reparación se tratan en Ciclo de vida, reparación, segunda vida y reciclaje de baterías. El trabajo con alta tensión requiere personal formado y procedimientos específicos del vehículo; Seguridad y gestión de fallos de baterías de vehículos eléctricos explica el aislamiento eléctrico, la energía almacenada y la gestión de fallos.