Terminología de las baterías de iones de litio (1)

1. Tensión (V)

Tensión en circuito abierto (OCV): se refiere a la tensión de la batería cuando no hay ningún circuito externo ni carga externa conectados. La tensión en circuito abierto guarda una cierta relación con la energía restante de la batería, y el indicador de carga se basa en este principio.

Tensión de funcionamiento (WV): se refiere a la diferencia de potencial entre los electrodos positivo y negativo de la batería cuando esta se encuentra en estado de funcionamiento, es decir, cuando la corriente circula por el circuito. En el estado de descarga de la batería, cuando la corriente circula por ella, debe superar la resistencia interna, por lo que la tensión de funcionamiento es siempre inferior a la tensión en circuito abierto.

Tensión de corte de descarga (DCV): se refiere a la tensión que se alcanza cuando la batería está completamente cargada y descargada (si continúa descargándose, se produce una descarga excesiva, lo que perjudicará la vida útil y el rendimiento de la batería). Tensión límite de carga (LCV): tensión a la que se pasa de la carga de corriente constante a la de tensión constante durante el proceso de carga.

2. Capacidad de la batería (Ah)

La capacidad de una batería se refiere a la cantidad de electricidad que esta puede almacenar. La capacidad es un indicador importante del rendimiento eléctrico de la batería, que viene determinado por el material activo del electrodo.

La capacidad se representa con la letra C, y la unidad es Ah (amperio-hora) o mAh (miliamperio-hora): Fórmula: C = It, es decir, capacidad de la batería (Ah) = corriente (A) × tiempo de descarga (h). Una batería con una capacidad de 10 amperio-hora puede descargarse durante 2 horas a 5 amperios y durante 1 hora a 10 amperios.

3. Resistencia interna (mΩ)

La resistencia interna de una batería se refiere a la resistencia que encuentra la corriente que circula por ella cuando está en funcionamiento. El valor de la resistencia interna depende principalmente de factores como el material de la batería, el proceso de fabricación y la estructura de la misma. Debido a la existencia de resistencia interna, cuando la batería se descarga, la corriente que pasa a través de dicha resistencia genera calor y consume energía. Cuanto mayor es la corriente, mayor es el consumo de energía. Por lo tanto, cuanto menor sea la resistencia interna, mejor será el rendimiento de la batería. No solo es mayor la tensión de funcionamiento real de la batería, sino que también es menor la energía consumida en la resistencia interna.

La existencia de resistencia interna hace que, durante la descarga, la tensión en los bornes de la batería sea inferior a la fuerza electromotriz y a la tensión en circuito abierto de la batería, y que, durante la carga, la tensión en los bornes sea superior a la fuerza electromotriz y a la tensión en circuito abierto.

La resistencia interna de la batería no es una constante (la resistencia se divide en resistencia interna física y resistencia interna de polarización). Cambia con el tiempo durante el proceso de descarga, ya que la composición del material activo, la concentración del electrolito y la temperatura varían constantemente. La resistencia óhmica obedece a la ley de Ohm: la resistencia de polarización aumenta al aumentar la densidad de corriente, pero no se trata de una relación lineal. A menudo aumenta linealmente al aumentar el logaritmo de la densidad de corriente.

4. Capacidad de carga

Cuando los polos positivo y negativo de la batería se conectan al aparato eléctrico, la potencia de salida que se genera al poner en funcionamiento dicho aparato corresponde a la capacidad de carga de la batería.

5. Presión interna

Se refiere a la presión interna de la batería, provocada por el gas generado por la batería sellada durante el proceso de carga y descarga. Depende principalmente de factores como los materiales de la batería, los procesos de fabricación y la estructura de la misma.

La razón principal de su formación es que el gas que se genera al descomponerse el agua y las soluciones orgánicas en el interior de la batería se acumula en ella.

6. Índice de carga (C-rate)

La «C» es la primera letra de «Capacidad» y se utiliza para indicar el valor de la corriente durante la carga y la descarga de la batería.

Por ejemplo: cuando la capacidad nominal de una batería recargable es de 1100 mAh, significa que el tiempo de descarga a 1100 mAh (1C) puede durar 1 hora, y que el tiempo de descarga a 200 mA (0,2C) puede durar 5 horas. La carga también se puede calcular de esta manera.

7. Descarga excesiva

Si, durante el proceso de descarga, la batería supera la tensión de corte de descarga y continúa descargándose, esto puede provocar un aumento de la presión interna de la batería, dañar la reversibilidad de los materiales activos positivos y negativos y reducir significativamente la capacidad de la batería.

8. Sobrecarga

Cuando la batería está cargada, si se sigue cargando tras alcanzar el estado de carga completa, puede provocar un aumento de la presión interna de la batería, su deformación, fugas, etc., lo que reducirá significativamente su rendimiento y la dañará.

9. Profundidad de carga y descarga (SOC, DOD)

Método para expresar el valor de la capacidad retenida de la batería. La profundidad de carga y descarga se expresa en porcentaje.

Por ejemplo: si la capacidad de una batería de 10 Ah pasa a ser de 2 Ah tras la descarga, se puede denominar 80% DOD. Por ejemplo: una batería con una capacidad de 10 Ah tiene una capacidad de 8 Ah tras la carga, lo que se denomina 80% SOC. Al describir la carga y descarga completas, se suele denominar 100% DOD.

10. Intensidad de descarga (A)

La intensidad de descarga se refiere al valor de la corriente necesaria para descargar su capacidad nominal (C) en un tiempo determinado, y es numéricamente igual a un múltiplo de la capacidad nominal de la batería.

En función de la intensidad de descarga, se puede clasificar en descarga de baja intensidad (7,0 C).

Tomemos como ejemplo una batería de 10 Ah: si se descarga a 2 A, la tasa de descarga es de 0,2 C. Si se descarga a 20 A, la tasa de descarga es de 2 C.

11. Energía de la batería (Wh)

Definición: se refiere a la cantidad de energía almacenada en la batería, expresada en Wh.

Fórmula: Energía (Wh) = tensión nominal (V) × corriente de funcionamiento (A) × tiempo de funcionamiento (h).

Por ejemplo: la energía de una célula individual de 3,2 V y 15 Ah es de 48 Wh, y la energía de un paquete de baterías de 3,2 V y 100 Ah es de 320 Wh. La energía de la batería es un indicador importante para medir el trabajo realizado por la batería para alimentar el equipo. La capacidad no permite determinar la cantidad de trabajo realizado.

12. Vida útil del ciclo de carga

Concepto: Una batería recargable pasa por un ciclo de carga y descarga denominado «ciclo». Tras repetidas cargas y descargas, la capacidad de la batería disminuirá gradualmente. En determinadas condiciones de descarga, cuando la capacidad de la batería desciende hasta el 80%, el número de ciclos que ha completado la batería se denomina «vida útil».

La vida útil está relacionada con las condiciones de carga y descarga de la batería: la vida útil de las baterías de iones de litio en ciclos de carga y descarga a 0,5 C a temperatura ambiente puede alcanzar entre 3.000 y 5.000 ciclos (estándar del sector). Factores que influyen: el uso inadecuado de las baterías, los materiales de las mismas, la composición y concentración del electrolito, la velocidad de carga y descarga, la profundidad de descarga (DOD, 1TP, 3T), la temperatura, el proceso de fabricación, etc., influyen en la vida útil de la batería.

13. Densidad energética (Wh/kg)

Se refiere a la energía liberada por unidad de volumen o de masa, expresada normalmente como densidad de energía volumétrica (Wh/L) o densidad de energía másica (Wh/kg).

Por ejemplo, si una batería de litio pesa 325 g, tiene una tensión nominal de 3,7 V y una capacidad de 10 Ah, su densidad energética es de 113 Wh/kg. La siguiente tabla muestra los valores teóricos. En las aplicaciones reales, hay que tener en cuenta diversos factores, como la carcasa y los componentes de la estructura de la batería.

En la actualidad, la densidad energética de las baterías de litio es 3 y 1,5 veces superior a la de las baterías de níquel-cadmio y de níquel-hidruro metálico. La densidad energética viene determinada por la densidad y la estructura del material.

14. Tiempo de carga

Tiempo de carga (horas) = capacidad de la batería recargable (mAh) / corriente de carga (mA) × coeficiente 1,5.

Si utilizas una batería recargable de 1600 mAh y el cargador la carga con una corriente de 400 mA, el tiempo de carga es: 1600/400 * 1,5 = 6 horas.