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Una investigacion sobre las baterias de litio
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Cargar las baterías de iones de litio es más sencillo que los sistemas basados en níquel. El circuito de carga es directo; las limitaciones de voltaje y corriente son más fáciles de acomodar que otras formas de voltaje complejo, que cambian a medida que la batería envejece. El proceso de carga puede ser intermitente, y los Li-ion no necesitan saturación como es el caso del plomo ácido. Esto ofrece una gran ventaja para el almacenamiento de energía renovable, como un panel solar y una turbina eólica, que no siempre puede cargar completamente la batería. La ausencia de carga de goteo simplifica aún más el cargador.
El consumidor y la mayoría de los cargadores industriales del Li-ion cargan completamente la batería. No ofrecen voltajes ajustables de fin de carga que prolongarían la vida útil del Li-ion reduciendo el voltaje de carga final y propiciando un tiempo de funcionamiento más corto. Los fabricantes de dispositivos temen que tal opción complique el cargador. Las excepciones son los vehículos eléctricos y los satélites que evitan la carga completa para lograr una larga vida útil.
La carga se compone de tres fases diferencias:
Subida de corriente y tensión.
La batería se testea el voltaje actual, si este es inferior a 2.75v el cargador la interpreta como dañada.
Si el voltaje es superior a 2.75v, empieza el proceso de carga a una intensidad mínima que va subiendo hasta la seleccionada. El voltaje de la batería también va subiendo. Esta fase es muy corta y en algunos cargadores no llega a ser visible.
Subida de la tensión con intensidad constante.
Cuando se ha alcanzado la intensidad de carga seleccionada, la tensión va aumentando hasta los 3.6 o 4.22v por elemento. Esta es la fase de carga de la batería que proporciona una larga vida (400-500 ciclos). La batería habrá cargado aproximadamente el 80% de su capacidad.
Bajada de la intensidad con tensión constante.
Una vez alcanzada la tensión máxima, la intensidad de carga empieza a bajar lentamente sin que en ningún momento se sobrepase la tensión máxima. Cuando la intensidad de carga baja al mínimo del cargador, normalmente 100mA, el proceso de carga ha finalizado. Esta fase no es tan larga como la anterior y viene a completar los últimos 20% aproximado de la capacidad de la batería. Como va bajando la intensidad, el proceso es más lento.
No importa demasiado tener la batería conectada más rato que el necesario para la carga, si bien se aconseja ajustar el tiempo y no abusar.
Resumiendo:
Métodos para el cálculo del estado de carga
Ley de Peukert
A continuación, se presenta la Ley de Peukert, puesto que más adelante se hace mención a a ella y además explica un fenómeno que sucede en las baterías que, aparte de ser un fenómeno que no es nada obvio, no se cumple en algunos de los modelos de descarga. La ley de Peukert consiste en una relación entre el estado de carga de una batería y su ratio de descarga: a mayor ratio de descarga, menor capacidad de la batería. La ecuación de Peukert es la siguiente:
Siendo:
La anterior ecuación se puede reformular considerando H el tiempo de descarga teórico de la batería:
Métodos de estimación del estado de carga de baterías electroquímicas.
Teóricamente si tenemos una batería con una capacidad de 100 Ah, si la descargamos a una intensidad de 5 A, tendremos una duración de 20h.
Sin embargo, si consideramos la Ley de Peukert el cálculo no es tan directo. Si suponemos que la batería tiene una constante de Peukert de 1,2 (una batería de ácido – plomo tiene una k entre 1,1 y 1,3) y la sometemos a una descarga de 10 A obtenemos: