Las baterías alguna vez fueron objetos pesados e incómodos que proporcionaban ridículamente poca energía para su tamaño y peso. Afortunadamente, la tecnología ha mejorado con el tiempo, y en 2020 contamos con excelentes baterías de polímero de litio de alta potencia que brindan tanta energía como su proyecto móvil necesita. Sin embargo, hay algunas cosas que debe tener en cuenta al usarlos, por lo que le sugiero que lea una guía para principiantes sobre cómo usar correctamente LiPo en su proyecto.
¡Tantos tipos!
Las primeras baterías comerciales de iones de litio entraron en el mercado en 1991 y durante los últimos 30 años hemos visto un rápido progreso. Como resultado, tenemos muchas tecnologías y tipos de baterías diferentes, divididos por el tipo de diseño y materiales utilizados. Para manejar adecuadamente las baterías, es importante saber qué tipo tiene en sus manos, y es muy importante prestar atención a esto.
18650 celdas de iones de litio de una computadora portátil. Los kits como este suelen soldarse por puntos con tiras de níquel.
Por lo general, las baterías de iones de litio o de iones de litio se denominan la tecnología completa de las baterías de litio recargables en su conjunto, sin embargo, este es a menudo el nombre de las celdas tradicionales con un cuerpo metálico cilíndrico. Una opción es el 18650 altamente respetado, sin embargo, hay muchas opciones y tamaños. Sus robustos cascos los han hecho populares para su uso en vehículos, ya que experimentan un estrés físico significativo.
Polímero de litio, o Li-Po, se refiere a baterías de iones de litio que utilizan un electrolito de polímero en lugar de uno líquido. Gracias a esto, se pueden realizar en forma de recipientes de diversas formas. Esta flexibilidad los hace útiles para aplicaciones como teléfonos inteligentes y tabletas que requieren una gran capacidad y batería descargada. También se utilizan a menudo en modelos controlados por radio, ya que su bajo peso da una ventaja significativa a los vehículos voladores.
Baterías empaquetadas de polímero de litio para su uso en modelos controlados por radio.
Las baterías de litio-HV, o de litio de alto voltaje, son baterías de polímero de litio que utilizan un aditivo especial de silicio-grafeno en el terminal positivo, lo que evita que se dañen con el alto voltaje. Si carga la mayoría de las baterías de litio a un voltaje superior a 4,2 V, perderán significativamente la capacidad y su vida útil disminuirá notablemente. Con este aditivo, las células se pueden cargar hasta 4,32 V sin tales efectos negativos. Al aumentar el voltaje, se obtiene aproximadamente un 10% de aumento en la densidad de energía en comparación con las baterías de polímero de litio convencionales.
Baterías de fosfato de hierro y litio o LiFePO 4, utilizan una química ligeramente modificada, para que puedan soportar más ciclos de carga / descarga a expensas de una capacidad de energía ligeramente menor. Funcionan mejor en el rango de 3.0V a 3.65V, en lugar del rango de 3.0-4.2 típico de la química estándar de iones de litio. Esto y la curva de descarga muy plana los hace ideales para reemplazar baterías de plomo-ácido de 12V en muchos casos, y en lugar de las seis celdas originales, se utilizan cuatro. Suelen ser más estables, menos susceptibles a la autodescarga y la pérdida de capacidad con el tiempo.
Respeta los límites
Un error puede dar lugar a resultados desagradables
En comparación con la mayoría de los tipos de baterías, las pilas de litio no toleran el abuso. La descarga por debajo del límite inferior conduce a la formación de dendritas de cobre, por lo que su capacidad disminuye y puede ocurrir un cortocircuito. La sobrecarga puede dañar el ánodo por depósitos de litio, que pueden formar dendritas de litio, lo que a menudo resulta en un cortocircuito o una reacción autosostenida generadora de calor: la batería comienza a fumar y arder. Además, cada elemento del grupo debe mantenerse al mismo nivel de voltaje que todos sus vecinos para que los elementos no se degraden demasiado rápido.
Es importante no cargar las pilas de litio demasiado rápido. El rendimiento de la batería también se ve muy afectado por la temperatura ambiente. A las baterías de litio no les gustan las temperaturas bajo cero, especialmente cuando están completamente cargadas. No se pueden cargar a temperaturas bajo cero. Porque el metal de litio puede depositarse en el electrodo negativo, lo que puede dañar la celda o provocar un cortocircuito. En principio, se pueden cargar hasta -5 ° C, pero esto debe hacerse muy lentamente. Además, las baterías pueden dañarse si se cargan a temperaturas superiores a 45 ° C.
Si va más allá de los límites especificados, en el mejor de los casos, simplemente apaga la batería; en el peor, se incendiará y explotará. Además, estos elementos son susceptibles de hinchamiento, desprendimiento de gas y, en general, no parece muy conveniente trabajar con ellos. Puede parecer demasiado difícil lidiar con ellos. Afortunadamente, la electrónica moderna ha aprendido a hacer frente a sus problemas. El equipo y las precauciones correctos garantizarán que las baterías de litio se puedan utilizar de forma segura y eficiente. Sin embargo, todos los que trabajan con ellos deben comprender los peligros potenciales. Bob Baddeley publicó un excelente artículo sobre este tema el pasado mes de noviembre .
Trabajando con baterías
En el caso de utilizar celdas individuales o sus grupos, por ejemplo, cuando se utilizan baterías LiPo en modelos radiocontrolados, basta con utilizar un cargador especial para baterías de litio. Al cargar, debe conectar los cables para verificar el equilibrio [le permite medir el voltaje en cada uno de los elementos por separado / aprox. transl.], especialmente si la batería está completamente descargada. El mejor rendimiento de la batería se puede lograr con cargadores inteligentes (especialmente con LiFePO 4 y celdas de alto voltaje). Asegúrese de tener una forma de evitar que la batería se agote si el voltaje cae demasiado bajo, ya sea una luz de advertencia, un pitido o simplemente un apagado automático.
Módulos como estos son excelentes para integrar baterías de litio en prototipos.
Si su dispositivo requiere una batería integrada, las placas de carga y protección dedicadas son adecuadas para usted. Hay módulos prefabricados y circuitos integrados que le permiten monitorear fácilmente el funcionamiento de las baterías de iones de litio. En principio, hay muchos de ellos, desde aquellos que simplemente rompen el circuito cuando cae la tensión, hasta soluciones complejas de carga y protección. Empresas como Adafruit venden módulos que son excelentes para los aficionados a la electrónica principiantes que buscan integrar una solución conveniente de carga y monitoreo de baterías sin tener que diseñar placas ellos mismos. Sin embargo, existen soluciones de código abierto que serán fáciles de integrar en su propia placa en el futuro.
(BMS) 12 , 60 .
Para proyectos más grandes con baterías autoensambladas, los sistemas de administración de baterías (BMS) son muy adecuados. El BMS no es realmente muy diferente del chip de seguridad, simplemente está diseñado para tareas más grandes. BMS se usa comúnmente para baterías con una docena o más de celdas y a menudo se usa en proyectos como bicicletas eléctricas y otros vehículos. BMS se suelda directamente a las baterías y se conecta a cada celda por separado [a un grupo de celdas conectadas en paralelo / aprox. transl.]. Su tarea es equilibrar los elementos, limitar la corriente de descarga por seguridad, controlar el proceso de carga. Los ensambladores de baterías experimentados a menudo integran el BMS en el cuerpo o la carcasa de la batería, dejando solo el conector afuera. Esto permite al usuario simplemente agregar la batería terminada a su proyecto,sin preocuparse por la protección.
Si su proyecto necesita una resistencia ambiental especial, también deberá controlar la temperatura de la batería. Hacer un seguimiento de la temperatura de las celdas, especialmente durante la carga, es una excelente manera de proteger su batería de daños. Los mejores chips y BMS tienen función de seguimiento de temperatura. En este nivel de montaje, ya estará haciendo la batería usted mismo, insertando termopares en los lugares correctos durante el montaje. Para baterías que producen altas corrientes, las temperaturas deben monitorearse sin falta. Casi todas las bicicletas eléctricas y vehículos eléctricos tienen equipos para monitorear la temperatura de las baterías y los sistemas de control.
Salir
Las baterías de iones de litio pueden ser peligrosas, pero cuando se usan correctamente, son lo suficientemente seguras para la mayoría de los proyectos. La clave es utilizar el equipo adecuado para asegurarse de permanecer dentro de los rangos de voltaje y temperatura, o de lo contrario puede ocurrir un desastre. Espero que esta guía le ayude en su búsqueda de información sobre cómo incluir baterías de litio en su proyecto.
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