Baterías de Litio

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 más largo (>2.000 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.

I = Lithium Ion
C/M/F = cobalt/manganese/iron phosphate chemistry
R= (Round)
Chemistry:
ICR-LCO= Lithium cobalt oxide (traditional), Samsung 26F,
INR/NCA= Li-aluminum: Panasonic 18650PF, Panasonic 18650B, LG MH1
IMR-LMO= Lithium manganese oxide cylindrical cell
INR/NMC= Lithium manganese nickel: Samsung SDI, Sony VTC4, Sony VTC5, LG 
HE2-IFR-LFP= Lithium iron phosphate cylindrical, 3.2v
También conocidas como litio-ion o li-ion. Las baterías de litio están diseñadas para almacenar energía eléctrica que emplea como electrolito una sal de litio que brinda los iones que son necesarios para que se produzca la reacción electro química reversible entre el cátodo y el ánodo. Las propiedades de las baterías de Li-ion, como la ligereza de sus componentes, su elevada capacidad energética y resistencia a la descarga, junto con la ausencia de efecto memoria o su capacidad para funcionar con un elevado número de ciclos de regeneración, han permitido el diseño de acumuladores livianos y de pequeño tamaño y variadas formas, con un alto rendimiento, especialmente adaptados a las aplicaciones de la industria electrónica de gran consumo. Desde la primera comercialización de un acumulador basado en la tecnología Li-ion a principios de los años 1990, su uso se ha popularizado en aparatos como teléfonos móviles, agendas electrónicas, ordenadores portátiles y lectores de música. Se ha comenzado a comercializar a comienzos de 1990 y se ha popularizado su utilización en dispositivos móviles por las características de tamaño, peso y rendimiento que estos requieren.

Las partículas rojas contienen litio, y las verdes no.

th_a3127721f406470335aaf11380989549_57631_webVentajas:

  • Alta capacidad energética
  • Alta resistencia a la descarga
  • No poseen efecto memoria, por lo tanto no hace falta descargarla completamente para volver a cargarla
  • Capacidad de trabajar con muchos ciclos de regeneración (carga)
  • Ligereza de componentes:  podemos decir que el litio es el metal más ligero lo que permite una alta capacidad generando más energía con un peso mucho más bajo comparado con las baterías de plomo o de níquel-cadmio.
  • Elevada densidad energética
  • Descarga lineal
  • Una vida larga para baterías profesionales para vehículos
  • Facilidad de medir la energía almacenada
  • Baja tasa de auto descarga

Desventajas:

  • Soportan un número limitado de cargas (Max.400-500 ciclos)
  • Pueden sobre calentarse y explotar si no están protegidas en lugares calurosos o sobre recarga
  • Bajo rendimiento en temperaturas bajas

Las propiedades especificadas permiten diseñar acumuladores pequeños, livianos, con diversas formas y con un alto rendimiento.

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.

La química más común para las baterías de litio tiene un ánodo de litio metálico, el dióxido de manganeso como un cátodo y una sal de litio disuelta en un disolvente orgánico como el electrolito.

A tener en cuenta

Formas y tamaños

La mas conocidas son la cilíndricas o tubulares que se usan en cámaras de fotografía y video, MP4, Ipod, Linternas, Tabletas, etc.LiFePO4 Battery CellsCapacidad Real

  • Capacidad, se expresa en mili amperios hora (mAh), indica la autonomía que tiene cada batería o celda, cuanto mayor sea los mAh mas duración o autonomía tendremos para alimentar nuestro equipo/linterna/móvil/herramienta. Las capacidades más habituales están entre 2.200 mAh y 3.450 mAh.
  • Descarga, expresada en amperios/hora o vatios/hora o la letra “C” que equivale a 1=capacidad de la batería, es la máxima corriente que puede suministrar la batería para alimentar el aparato.

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 PCM 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 PCM.

Potencia/Power = Voltaje x Corriente
 W = 3.7V x 10A
 W = 32
Energía = Voltaje x Corriente x tiempo
 W tiempo = V x I x tiempo
 W hora = 3.7V x [3.000 mAh]/3.7V x 3 Ah 
 Wh = 11.1

Marcas mas recomendadas de celdas 18650 de Litio, las puede encontrar en España en Shoptronica

Fecha de elaboración de algunas baterías como las Panasonic

panasonic-18650-baterias-fecha-de-elaboracionsanyo-18650-baterias-fecha-de-elaboracion¿Por qué debería importarme?: Buscar el código de fecha de su celda puede ayudar a confirmar o negar si es una falsificación o no. También puede ayudarle a determinar si el vendedor es honesto acerca de la fecha de producción de sus células. Aprender la fecha de producción también puede ayudarle a predecir con mayor precisión la capacidad de la celda sin herramientas especiales.
Por último – la seguridad. Si una celda es vieja debe ser más cauteloso.
¿Qué significa si mi batería de Litio es vieja en el momento de la compra?
Todo depende de las condiciones de almacenamiento (es decir, la temperatura y luego el voltaje).
Los grandes fabricantes (Samsung, LG, Sanyo, etc.) garantizan sus celdas hasta 6 meses después de la producción.
Por tanto, si su celda tiene 12 meses o menos en el momento de la compra, puede considerarse en “condiciones óptimas”, ya que el fabricante-distribuidor tiene suficiente confianza para garantizarlas a esta edad. La mayoría de las baterías de Litio se pueden almacenar durante un período de 1 a 2 años sin pérdida significativa de capacidad, pero sólo si las condiciones de almacenamiento son correctas.
Mi batería tiene más de 2 años, ¿es peligroso?. Todo depende. Hay muchas personas que utilizan sus celdas durante muchos años y no tienen problemas. Una celda que ha sido almacenada correctamente durante dos años puede ser una celda óptima! A menudo la pérdida de capacidad que hace que una celda sea inutilizable es visible a simple vista (óxido, fugas, arañazos, etc). Muchas celdas de Litio, incluyendo las de Panasonic en los coches eléctricos de Tesla, están clasificadas hasta siete años de uso. Pero esto es bajo condiciones óptimas.

Despiece y sección de una batería de Litio tipo 18650

Un pcm de una 18650 protegida

pcm-ncr18650Montaje de un PCM en una celda Panasonic

Tipos de contactos de las baterías

Contactos de baterias

Batería Ultrafire que se cargan por Usb con cualquier cargador de móvil, tabletas o cargador de mechero para móvil.

Con la tecnología SG Tech. (PCM/BMS) en el polo positivo. Previene el accidente causado por cortocircuito de la cinta de níquel que conecta entre los terminales positivo-negativo de los electrodos de la celda.  Equipado en ambos extremos con un protector S.S niquelado, garantizando una alta resistencia al impacto, buena conductividad eléctrica y resistencia a la oxidación.

uf18-3400-usb-3400mahEstructura y su interior

Comprobamos que estas Baterías usan celdas Panasonic NCR18650B de 3.400mAh

us-18650-ultrafire

Carga de baterías Litio/LiPo en paralelo?

Antes debemos de saber algo con respecto a la Resistencia interna de las baterías.

La resistencia interna de las Baterías (Celdas) depende entre otras cosas de la calidad de la celda, pues si los fabricantes fueran todos igual de serios estaría relacionada principalmente con las tasas de carga y descarga (C) admitidas. Una buena batería es capaz de entregar mayor corriente debido a su menor resistencia interna y se calienta menos durante su uso por el mismo motivo. Con el tiempo el envejecimiento de las baterías, causa una mayor resistencia interna, lo que las hace menos efectivas a la hora de drenar corriente como de la recarga.

Ejemplo de la resistencia interna de unas baterías nuevas Lipo (como ejemplo), de 150mAh y 180mAh. Los valores están entre 300mΩ y 360mΩ. Como valor para los cálculos tomaremos 300mΩ, por estar dentro de la media.

Cuando conectamos dos baterías en paralelo, tenemos dos fuentes de corriente continua que pueden tener diferente voltaje (Tensión) aquí están todos los problemas, que al conectarse sólo limitan la corriente por su resistencia interna. A más diferencia de tensión entre ellas, mayor será la corriente que circule de una a otra celda y a mayor resistencia interna, menor será la corriente.

El circuito al conectar dos baterías en paralelo, es un circuito con dos fuentes de tensión y dos resistencias en serie. Las dos fuentes de tensión van con su polaridad opuesta, al quedar conectado positivo con positivo y negativo con negativo.

Un poco de Cálculo.

Es necesario algo más que sumar las resistencias internas de cada celda y restar los voltajes de las dos celdas para reducir al circuito a una sola fuente de tensión con una sola resistencia y ya podemos aplicar la ley de Ohm:

Ejemplos: Una batería al 100% de carga (4,22v) y otra al 0% (3v)

Suponiendo que una Batería esté al mínimo, es decir 2.75v pues por debajo de este voltaje será difícil la carga, y la otra está al 100%, significa que tendrá 4,22V.

R= 360mΩ + 360mΩ = 0,7Ω
V= 4,22V – 2.75V = 1,47V
I= V/R = 1,20V/0,6Ω = 1.7A

La corriente que circulará de una celda a otra hasta que se iguale su carga, es de 2A (amperios).

Considerando celdas de 150mAh, denominaremos C a su capacidad de carga máxima en mAh y D a la ratio de carga/descarga que se producirá (los C de carga de la que está al mínimo y de descarga de la que está al 100%), resulta ser: D= I/C = 1.7A / 0,15Ah= 11,33/h= 11,33C

11.33C es la corriente que inicialmente circula de una celda a otra y este valor supera los 5C de carga que admiten la mayoría de baterías más normalizadas.

Para obtener valores que nos permitieran la conexión con seguridad, deberíamos asegurar voltajes parecidos entre las celdas antes de la carga, luego esperar unos minutos hasta que su carga se vaya igualando (Como un vaso comunicante) antes de empezar a cargar el grupo, pues la corriente aplicada por el cargador se suma o resta de la que está circulando por la conexión que hemos realizado con las celdas y esto sólo sería viable cuando las celdas permitan una tasa de carga alta superior a 2C.

En definitiva no parece recomendable las cargas en paralelo al ser fácil superar los límites de carga de las celdas desde el momento de la conexión y antes de empezar el proceso de carga.

Baterías de Litio
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2 pensamientos en “Baterías de Litio

  • 12/11/2018 a las 5:46 pm
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    Interesante este blog y tengo que comentar que he tenido muy mala experiencia con baterias 18650 de panasonic 3400ma, compradas en ebay, la mayoria no tienen mas de 2400mah comprobado con un cargador con tester de capacidad de trustfire, al final despues de reclamar en ebay me dicen QUE YO demuestre que no tienen esa capacidad y por muchas fotos enviadas del tester me dicen que no vale que mande un report firmado por un tecnico perito, hay que joerssss con ebay-paypal.
    Opte por comprarlas en la web que indicais y SI señores son originales y con la capacidad indicada, espero que mi metida de pata por comprar barato sirva a mucha gente que buscan gangas en ebay. Suerte con este blog y Gracias por la info

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    • 12/11/2018 a las 5:48 pm
      Enlace permanente

      Lamentamos la decepción que has tenido con esas celdas pero no nos cansaremos de informar que las baterias vendidas y procedentes de china la mayoría son falsas por mucha etiqueta que tengan.
      Esperamos que nos sigas siguiendo con todos los hilos y los que publicaremos. Un salud@

      Responder

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