Consejos técnicos

¿Por qué las baterías de litio? - Parte 1

Lithium Ion Battery

Todo parece evidente. Si la batería está vacía, basta con encender un cargador de baterías, o apagar el motor del coche o del barco, y en pocas horas la batería volverá a estar cargada. Para que vuelva a haber mucha energía disponible. Un proceso sencillo y eficaz, pero no siempre rápido en caso de que se instale una batería de plomo-ácido, la ventaja es que se puede utilizar un equipo de carga estándar. En 9 de cada 10 casos no hay que mirar la batería y vuelven a estar llenas después de una noche de sueño. Con las baterías de litio esta historia no se aplica y tendrá que prestar más atención a la instalación de carga y al sistema de 12 o 24 VDC en general. Porque una batería de litio puede ser peligrosa si se utiliza de forma incorrecta (léase carga y descarga).

¿Por qué baterías de litio?

Una pila de iones de litio es una pila en la que los iones de la pila pasan del electrodo negativo al positivo y viceversa. La tecnología de las baterías de iones de litio se utiliza ampliamente en la electrónica de consumo, como teléfonos, tabletas y ordenadores portátiles. Pero también en otros equipos portátiles, herramientas de batería y en sistemas de transporte eléctrico y de transporte interno, etc. Para el almacenamiento de grandes cantidades de energía también se utilizan cada vez más las baterías de litio donde antes se utilizaban las baterías estándar de plomo-ácido abiertas y cerradas, AGM o de gel. Las razones más importantes: Las baterías de litio tienen una densidad de energía muy alta y, por tanto, son compactas y ligeras, no tienen efecto memoria, lo que permite una carga más rápida, y tienen una autodescarga muy baja, por nombrar sólo algunas ventajas.

Baterías de litio de diferentes tecnologías

Hay varios tipos de tecnologías de baterías de litio en el mercado, cada una con propiedades específicas.
Las más importantes son :

  • Ion de litio
  • Polímero de litio (incluyendo cobalto o manganeso o ambos, como NMC)
  • Fosfato de litio y hierro (LFP - LiFePO4)

El fosfato de hierro y litio (LiFePO4 o LFP) se considera el más seguro del mercado. Esta es precisamente la razón por la que en WhisperPower suministramos este tipo de batería en sus distintas versiones. Somos conscientes de que los otros tipos tienen otras ventajas, como una densidad de energía ligeramente superior, como es el caso de la batería NMC, pero estos tipos son significativamente menos seguros. En Whisper Power, la seguridad es lo primero.

La aplicación es determinante

Es muy importante saber cuál es la aplicación antes de comprar una batería de litio. Es decir, dónde se va a colocar la batería, cómo se va a utilizar, cuántos ciclos de carga/descarga se van a planificar, etc. La aplicación más importante de la que nos ocupamos en las baterías de iones de litio es la de los sistemas híbridos de propulsión y/o suministro de energía, que se instalan cada vez más en un vehículo o embarcación. Las baterías se utilizan con frecuencia en la situación con muchos ciclos de carga y descarga, o el uso de alto ciclo. Por uso cíclico entendemos que descargamos profundamente la batería y la volvemos a cargar rápidamente, que también se cargará durante la descarga (uso del sistema). En un coche eléctrico, por ejemplo, la batería se descarga mientras se conduce. Durante la carga, la batería no se conduce. En otras palabras, durante la carga no se utiliza la energía de la batería en el sistema. Todos estos parámetros se tienen en cuenta a la hora de elegir la batería y la tecnología de baterías adecuadas. Verá que para los coches la compacidad y el peso son más importantes hay una situación de presión condicionada. Así que en esta aplicación elegimos una batería de tecnología diferente.
Volvamos a la elección de la batería ION adecuada. Una vez determinada la capacidad correcta de la batería y el sistema total de CA y CC, habrá que determinar los componentes correspondientes del sistema.
El voltaje nominal de una célula LFP es de 3,2V (con una batería de plomo-ácido estándar son 2V por célula). Una batería LFP de 12 voltios es en realidad una de 12,8 voltios formada por 4 celdas conectadas en serie de 3,2 voltios = 12,8 voltios.

Propiedades del litio

La tensión de una sola célula de la batería es de 3,2 voltios. Esto se llama la tensión nominal. Sin embargo, la tensión real durante el uso puede variar de 2,5 a 4,2 voltios. Cuando la tensión cae por debajo de los 2,5 voltios, la célula se daña. La célula está entonces demasiado descargada y se dañará irremediablemente. Cuando la tensión supere los 4,2 voltios, la célula también se dañará. La célula se sobrecarga y se daña irremediablemente.
Las celdas de una batería LFP no se equilibran por sí solas, como suele ocurrir con las de plomo-ácido. Las celdas de la batería nunca son 100% idénticas, por lo que con el tiempo las celdas tendrán una carga desigual. Para solucionar esto es necesario equilibrar las celdas para que todas se carguen por igual. Las baterías de litio Whisper Power tienen esta función de equilibrio incorporada. En el caso de las baterías de litio más baratas hay que añadir esta función de equilibrado. A menudo se hace a través de una placa de circuito suelta que debe conectarse a las celdas.
Con las baterías de plomo-ácido siempre hay una corriente que funciona durante la carga de mantenimiento. Debido a esto, las celdas que están menos llenas seguirán estando completamente llenas, por lo que el equilibrado se realiza automáticamente sin que nos demos cuenta.
Con las baterías de litio no queda corriente cuando la batería está llena. Por ello, el equilibrado no se produce si las celdas son desiguales.
Por lo tanto, es muy importante que las baterías estén bien acondicionadas y protegidas contra las descargas profundas y las sobrecargas, y las celdas tendrán que ser equilibradas.

Duración

Lo que vemos en la práctica es que la mayoría de las baterías de plomo-ácido fallan prematuramente debido a la sulfatación, es decir, al endurecimiento de las placas de la batería. Esto se debe a que el usuario ha dejado la batería parcial o totalmente descargada durante un periodo de tiempo prolongado. Esto se observa a menudo en aplicaciones en las que las baterías se utilizan sólo una parte del año, como los yates, las autocaravanas y las caravanas.
A continuación se detallan las ventajas de una batería de iones de litio:

  • Seguro si se utiliza la tecnología de litio adecuada (LFP).
  • Densidad energética muy alta que las hace muy compactas y hasta un factor 30-50 % más pequeñas en comparación con las baterías de plomo-ácido.
  • Un peso extremadamente bajo, hasta un 70% menos que las baterías de plomo.
  • Durabilidad: muchos ciclos de carga y descarga posibles, hasta 6000 ciclos, que es más veces que las baterías de plomo-ácido.
  • Eficiencia muy alta, del 92%, comparada con el 80% de una batería de plomo-ácido. Incluso con una descarga baja, la eficiencia sigue siendo alta. En el caso de las baterías de plomo-ácido, la eficiencia disminuye drásticamente cuando se utilizan entre el 80 y el 100% de la capacidad de la batería. Por lo tanto, recomendamos el uso de las baterías LFP en aplicaciones solares y de generadores, donde se consigue un importante ahorro de combustible y de emisiones de CO2.
  • No hay efecto memoria, no se recarga vab 80 a 100% con la disminución de la corriente de carga como con las baterías de bronceado.

Precio

El precio de compra es mayor que el de una batería de plomo, pero tenga en cuenta que la batería tiene una vida útil mucho más larga. Por ello, la batería de litio será más económica a lo largo de toda su vida útil.

¿Qué es lo importante?

Hemos visto que la batería de litio puede ser peligrosa si se utiliza de forma incorrecta. Por eso es importante trabajar con un proveedor de confianza que pueda configurar los sistemas adecuados para la aplicación del usuario. La compra puede costar un poco más, pero la ventaja es que se garantiza que el sistema funciona, es fiable y, sobre todo, es seguro. De este modo, se puede hacer un uso óptimo de la energía donde y cuando se necesite.

Por ello, las baterías de litio LFP (LiFe PO4) son la única opción correcta para sistemas en condiciones exigentes y donde el peso, el tamaño, el rendimiento y la eficiencia energética son importantes. Whisper Power suministra las siguientes baterías de litio:

  • Ofrecemos a nuestros clientes nuestra gama Li-Ion Basic, adecuada para los sistemas de alimentación más pequeños, para 12 y 24 VDC.
  • Con el ION Power Plus suministramos una batería de "sistema" de alta resistencia para configuraciones de sistemas más grandes, especialmente de 24 y 48 VDC.

Las baterías Li Ion Basic son muy adecuadas para su uso en vehículos y embarcaciones, donde la corriente de descarga está limitada entre 50A y 100A, dependiendo del tipo exacto de batería.
Es necesario tomarse un momento para considerar el proceso de carga y descarga de una batería de este tipo. Nada es tan molesto como una batería vacía cuando se necesita energía. Por eso es importante asegurarse de que la batería vuelva a cargarse por completo inmediatamente después de haberse descargado. ¿Pero cuál es la mejor manera de hacerlo?
Como ya hemos dicho, una batería de iones de litio nunca debe sobrecargarse. Si esto ocurre, la batería empezará a “estresarse” y, en el peor de los casos, puede incendiarse con todas las consecuencias. Por lo tanto, utilice siempre la batería de litio Whisper Power adecuada para la aplicación correcta con el sistema de carga WhisperPower correspondiente.
La batería de Ion de Litio tiene un circuito de protección especial (BMS , Battery Management System), que asegura que la batería no supere la tensión máxima. Este BMS también garantiza que la batería no se descargue demasiado. Si el voltaje es demasiado bajo o demasiado alto, el BMS asegura que la batería no se dañe.

¿Cómo protegemos la batería?

Con el ION Basic tenemos una tecnología de desconexión interna, siempre recomendamos una opción de desconexión externa de CC como el Interruptor Remoto de Batería tipo 12-500A o el 24-500A para sistemas de baterías de 24 voltios.
El Interruptor Remoto de Batería de CC (el interruptor) es un interruptor inteligente de cierre magnético de alta corriente, que puede manejar corrientes continuas de CC de hasta 500 amperios. El interruptor puede instalarse fácilmente en una sala de motores o en un compartimento de baterías, mientras se controla desde una ubicación más conveniente mediante un pequeño interruptor montado en un panel. Pero el interruptor también puede ser controlado por un monitor de batería o una batería de litio, por ejemplo, como protección de descarga/sobrecarga.
Con el ION Power Plus tenemos el WIB que se encarga de la desconexión, en el siguiente Consejo lo explicamos más específicamente.

Lifespan Whisper Power Litio

La vida útil de una batería disminuye con la edad y el número de ciclos de carga y descarga que se especifique. En otras palabras, cuanto más a menudo se cargue y descargue la batería, menor será su vida útil. En resumen: la vida útil de la batería depende del grado de carga y descarga. En el caso de la ION power basic se trata de más de 2000 ciclos con una descarga de 1C y 100% de profundidad. Una descarga de 1C significa que, con una batería LFP, una batería de 100Ah puede descargarse con 100A durante 1 hora. Esto es considerablemente más largo que una batería de plomo-ácido con una vida útil de 200-300 ciclos con una DoD del 50%. Por lo tanto, vemos que con las baterías de plomo-ácido la corriente de descarga suele ser muchas veces inferior a la capacidad de la batería es una batería muy utilizada que el C20. C20 es una desalación de 20 horas, por lo que una plomo-ácido de 100Ah con C20, significa una descarga de 5A durante 20 horas. Donde solo podemos descargar la batería para el 50%. En muchos casos, la batería de litio es la mejor opción en términos de larga vida y el menor coste durante toda la vida útil.

Como se ha mencionado antes, las baterías de iones de litio tienen una autodescarga mínima. El BMS necesita una pequeña corriente, por lo que se consume algo de energía de todos modos. Hay que tener en cuenta esto, la batería necesita ser mantenida por medio del cargador de baterías adecuado, el panel solar del molino de viento u otra fuente de carga. En caso de que la batería no se vaya a utilizar durante un periodo de tiempo prolongado, habrá que tenerlo en cuenta. Cuanto más cargada esté la batería, más rápido empezará a oxidarse desde el interior y, por tanto, su vida útil disminuirá. Si no utilizas la batería durante un periodo de tiempo prolongado, asegúrate de que aún le queda un 60-70% de capacidad y toma medidas para que la batería no se descargue por el BMS.
Por lo tanto, no es del todo desaconsejable controlar la batería con un monitor de baterías.