Baterías de Litio/Litio-Ion/Li-Ion…Que es?
TERMINOLOGÍA CELDAS LITIO:
ICR Baterías de lítio-cobalto. Dan más capacidad a costa de la corriente máxima que soportan.
Son las que algunos reciclan de los packs de baterías de los portátiles.
Si quieres baterías baratas para no pasar de 5A, tu mismo. Si no huye de ellas como de la peste.
Muy mala elección para usar en un mecánico IMR Baterías de lítio-manganeso. Lo contrario de las anteriores, dan más potencia a costa de sacrificar la capacidad final.Son capaces de entregar una tasa de descarga de 10A o más.
Nuestras famosas 20A-30A son IMR o INR INR La N de las Samsung significa que tienen Niquel en la composición del cátodo, mientras que la M de las IMR significa que tienen Manganeso en su composición. I: Iones de lítio
R: Redonda
C: Óxido de Cobalto
M: Óxido de Manganeso
N: Óxido de Níquel
F: Óxido de Fosfato-Hierro ICR: Iones de litio – Óxido de Cobalto – Redonda (cilíndrica)
IMR: Iones de litio – Óxido de Manganeso – Redonda (cilíndrica)
INR: Iones de litio – Óxido de Níquel – Redonda (cilíndrica)
IFR: Iones de litio – Óxido de Fosfato-Hierro – Redonda (cilíndrica)
- Pilas: son las no recargables.
- Baterías: son las recargables
Hay tres tipos de baterías de iones de litio a base de materiales catódicos diferentes, son el óxido de cobalto, óxido de manganeso y fosfato de hierro.
La batería de óxido de cobalto/litio tiene la ventaja de su alta densidad de energía, pero acarrea graves problemas de seguridad. La batería de litio/óxido de manganeso es la de mayor utilización por sus características y seguridad pero su mal rendimiento a altas temperaturas es su mayor inconveniente mientras que las de litio/fosfato de hierro tiene las mejores características de seguridad, ciclo de vida largo (mas de 2000 ciclos) y una buena disponibilidad.
Las baterías recargables con base de litio están disponibles en dos composiciones químicas similares: cilíndricas/tubulares de ión de litio (Li-Ion) y planas de polímero de litio (Li-Po). Ambas producen entre 3,6 y 3,7 voltios. Las baterías de litio proporcionan más densidad energética que las baterías de níquel, lo que da lugar a una mayor autonomía de batería en un diseño más ligero, ya que el litio es el metal más liviano que existe.
La batería de Litio también denominada batería Li-Ion, funciona de la siguiente manera, es una pila recargable con dos o mas celdas donde están separados los iones de litio, cuando funciona en modo de descarga los iones de una y otra celda se combinan químicamente para formar el elemento estable, esta combinación se produce de forma exo-térmica, es decir, produce energía que es la que se aprovecha, cuando se ha agotado la batería es porque todos los iones están en su estado fundamental y no quedan mas para seguir combinándose.
Las baterías utilizan las reacciones electro-químicas para producir una corriente eléctrica. Esencialmente, la energía química del material almacenada en la batería se convierte en energía eléctrica a través de una reacción química. La batería consta de tres elementos, un cátodo, un ánodo y un electrolito para separarlas.
Una reacción química se produce cuando hay un exceso de electrones en el ánodo. Éstos simplemente no pueden escapar al cátodo debido a que los dos están separados por el electrolito. Cuando la batería está conectada a un circuito, los electrodos se ejecutan a través del circuito desde el ánodo al cátodo y la energía se pueden extraer de éstos a lo largo del camino.
Capacidad Real
La capacidad real de una batería es la que se indica como típica, la capacidad que se indica en las baterías suelen ser la calificada por el fabricante como (Rated), entonces cual es la real?, la real suele indicarse en los pdf de las celdas utilizada o en la descripción de la batería como típica y es la capacidad total de la celda de litio.
Si la batería está protegida la descarga de su capacidad nunca será la indicada debido a que la protección de la misma BMS cortará el suministro a 2.75v+/- por tanto una buena parte de la capacidad (30%+/-) se queda en la celda de litio.
Hay muchas dudas sobre esta información, algunos fabricantes indican un valor sobre dimensionado en la capacidad y ante esto pueden pasar dos cosas, o que es una falsificación o que la que indican es la descarga máxima de la batería o valor típico antes del corte del BMS.
La batería de litio-ferrofosfato o LFP
(conocida como battery life) es una batería de ion-litio con un cátodo de fosfato de hierro-litio que utiliza FePO4.
El fosfato de hierro-litio (LiFePO4), es un mineral natural de la familia del olivino. Las baterías de litio-ferrofosfato, o LFP, son más estables, seguras y duraderas, pero hasta ahora su uso se ha visto restringido por su menor capacidad energética. Gracias a su mayor fiabilidad y a que evitan el riesgo de combustión presente en las de óxido de litio cobalto, son interesantes para aplicaciones críticas como aeronáutica, automoción, robótica y medicina, donde un fallo puede significar algo mucho más grave que una llamada perdida.
Se han ensayado varias estrategias para mejorar el funcionamiento de las baterías LiFePo, como reducir el tamaño de las partículas del compuesto para facilitar el trasiego de los iones, o recubrirlas con un material de mayor conductividad eléctrica para dar un empujón extra a los cationes de litio.
Las baterías LiFePo tienen una resistencia interna muy baja que las permite entregar corrientes muy altas y tienen además una vida útil bastante larga, incluso al someterlas a ciclos de descarga profundos
Durante toda la vida de la batería, no requiere mantenimiento.
Mantienen todo su poder hasta el momento de la descarga.
Este tipo de baterías mantiene en el 100% todo su poder hasta que se agotan.
Son ecológicas
Son bastante seguras, ya que no explotan o incendian con sobrecargas.
La batería LiFePO4 no son de contenido acuoso
Su capacidad específica es de 145Ah/kg.
Su densidad de energía es de 130Wh/kg.
El voltaje de las LiFePo4, es de 3.2-3.3v. durante la descarga.
El Ratio de descarga pueden alcanzar los 30C.
Permiten recargas en tan solo 15 minutos hasta el 90% de su capacidad.
Ciclos de carga-descarga que pueden alcanzar 2.000/3.000 ciclos
Puede ser recargada de manera segura hasta 30V sin PCM/BMS de protección. Por lo tanto, adecuado para una gran capacidad y alta potencia. Desde el punto de vista de la tolerancia a la sobrecarga y de seguridad, una batería LiFePO4 es similar a una batería de plomo-ácido.
Si se usan en pack es necesario incorporar un PCM/BMS para utilizar la energía de forma eficiente y que todas las celdas de un paquete puedan recibir la carga completa.
No contiene metales tóxicos
Funcionan mejor a temperatura elevada hasta los 60ºC, ofreciendo un rendimiento de un 10% más, debido a la mayor conductividad iónica de litio.
Son muy adecuadas para cargas rápidas de bicicletas eléctricas, scooter, coche eléctrico, herramientas eléctricas como taladros, motores eléctrico, etc.
Su peso es ligeramente superior al de las Li-Po.
Comparativa con las de Plomo
Las baterías tradicionales por lo general fluctúan según se agota su energía.
Tener en cuenta que las baterías de plomo ácido sufren problemas inherentes en su eficiencia; desperdician el 15% de la energía empleada en su carga, por lo que si proporcionas 100A, sólo podrás almacenar 85Ah.
Cuanto más rápido se descarga una batería de plomo ácido, menos energía se obtiene de ella. Este efecto se calcula aplicando la Ley de Peukert (denominada así debido al científico alemán W. Peukert), en la práctica significa que solo es capaz de entregar tan sólo el 60% de su capacidad normal.
El no cargar completamente podría no ser más que un problema en la práctica, si no fuese por el hecho de que un fallo al cargar las baterías de plomo ácido las envejece prematuramente.
El siguiente Diagrama ilustra el proceso de carga o descarga del fosfato de hierro litio (LFP) electrodo. Como se eliminan los iones de litio durante el proceso de carga, se forma un fosfato de litio–hierro agotado (FP) de zona, pero en el medio hay una zona de la disolución sólida (SSZ, se muestra en azul oscuro–verde) que contiene algunos átomos de litio distribuidos aleatoriamente, a diferencia la disposición ordenada de átomos de litio en el material cristalino original (azul claro).
Formas y tamaños
La mas conocidas son la cilíndricas o tubulares pero también hay planas.
Las medidas son idénticas al las de litio y se identifican mediante código numérico que corresponden con las medidas (diámetro x largo).
Ejemplo, 18650 su medida es 18x65mm, las 14500 (14x50mm), las 26650 (26x65mm) y así sucesivamente con excepción de las CR123 o RCR123 que son similares a las 13640 (16x34mm).
Esta guía esta basada en el articulo de Wikipedia
Igual que las Litio, se identifican mediante código numérico que corresponden con las medidas (diámetro x largo), por ejemplo, las 18650 su medida es 18x65mm, las 14500 (14x50mm), las 26650 (26x65mm) y así sucesivamente con excepción de las CR123 o RCR123 que son similares a las 13640 (16x34mm).
Igual que las de Litio pueden protegerse con BMS
Ya se empiezan a ver Baterías de este tipo en 12v para vehículos, de 100 hasta 300Amperios.
Suelen estar formado por 30 celdas de 26650 o 22650 de hasta 4.000mAh.
Admiten descargas de hasta 60A suficiente para el arranque del vehículo
Las ventajas? las indicadas mas arriba.
Desventajas; su elevado precio de momento comparado con las de Plomo-Acido o Plomo-Gel, pueden superar los 100 euros según calidad y distribuidor.
Pack de Baterías de Litio
Se le conoce con el nombre de Pack de Baterías al conjunto de celdas de litio que están montados en grupos de series y paralelo para conformar un valor de voltaje (x celdas conectadas en serie) y un valor de corriente (x celdas en paralelo).
Aqui teneis una explicacion al detalle para principiantes:
La Recarga de los Pack
Es muy importante saber que no se recomienda montar varios Pack en serie o paralelo para aumentar el voltaje o la capacidad del conjunto, debido al controlador o PCM/BMS de los Pack, aunque a simple vista creamos que no afecta esta configuración de uso, si afecta a la hora de su recarga por la redundancia de tener dos o más PCM y que no nos llegará la corriente adecuada y la corriente de goteo en cada Pack. Solo se puede recargar si la carga se hace independiente en cada Pack.
Para el montaje es necesario, primero agrupar las celdas coincidiendo los polos negativos y positivos tanto en la parte superior como en la inferior para configurar la serie y paralelo.
Sujetamos con unos puntos de silicona térmica.
Añadimos unos aros de cebada aislantes en los polos positivos.
Para la unión podemos usar tiras de niquel mediante soldadura de punto o estaño, usamos contactos cortos.
Hay maquinas en el mercado de soldadura de puntos, Sus precios están por debajo de los 200 euros, hay estaciones como la 787A, 600F, 400F, DX10, etc…….podeis ver los materiales en la pagina principal.