Teoría de la carga y descarga de baterías de litio.

Teoría de la carga y descarga de baterías de litio.

1.1 Estado de carga (SOC)

El estado de carga se puede definir como el estado de energía eléctrica disponible en una batería, generalmente expresado como porcentaje. Debido a que la energía eléctrica disponible varía según la corriente de carga y descarga, la temperatura y el fenómeno de envejecimiento, la definición de estado de carga también se divide en dos tipos: estado de carga absoluto (ASOC) y estado de carga relativo (RSOC). El rango de estado de carga relativo suele ser del 0% al 100%, mientras que la batería está al 100% cuando está completamente cargada y al 0% cuando está completamente descargada. El estado absoluto de carga es un valor de referencia calculado en función del valor de capacidad fija diseñado cuando se fabrica la batería. El estado absoluto de carga de una batería nueva completamente cargada es del 100%; Incluso si la batería vieja está completamente cargada, no puede alcanzar el 100% en diferentes condiciones de carga y descarga.

La siguiente figura muestra la relación entre el voltaje y la capacidad de la batería bajo diferentes velocidades de descarga. Cuanto mayor sea la tasa de descarga, menor será la capacidad de la batería. Cuando la temperatura es baja, la capacidad de la batería también disminuirá.

                          Figura 1. Relación entre voltaje y capacidad bajo diferentes tasas de descarga y temperaturas.

1.2 Voltaje de carga máximo

El voltaje de carga más alto está relacionado con la composición química y las características de la batería. El voltaje de carga de las baterías de litio suele ser de 4,2 V y 4,35 V, y los valores de voltaje pueden variar según los materiales del cátodo y del ánodo.

1.3 Completamente cargado

Cuando la diferencia entre el voltaje de la batería y el voltaje de carga más alto es inferior a 100 mV y la corriente de carga disminuye a C/10, se puede considerar que la batería está completamente cargada. Las características de las baterías varían y las condiciones para una carga completa también varían.

La siguiente figura muestra una curva característica de carga de una batería de litio típica. Cuando el voltaje de la batería es igual al voltaje de carga más alto y la corriente de carga disminuye a C/10, la batería se considera completamente cargada.

                             Figura 2. Curva característica de carga de la batería de litio

1.4 Tensión mínima de descarga

El voltaje de descarga mínimo se puede definir como el voltaje de descarga de corte, generalmente el voltaje en un estado de carga del 0%. Este valor de voltaje no es un valor fijo, sino que cambia con la carga, la temperatura, el grado de envejecimiento u otros factores.

1.5 Descarga Completa

Cuando el voltaje de la batería es menor o igual al voltaje mínimo de descarga, se puede llamar descarga completa.

1.6 Tasa de descarga de carga (tasa C)

La tasa de descarga de carga es una representación de la corriente de descarga de carga en relación con la capacidad de la batería. Por ejemplo, si se utiliza 1C para descargar durante una hora, lo ideal es que la batería se descargue por completo. Diferentes tasas de carga y descarga darán como resultado diferentes capacidades disponibles. Generalmente, cuanto mayor sea la tasa de descarga de carga, menor será la capacidad disponible.

1.7 Ciclo de vida

El número de ciclos es el número de veces que una batería se ha cargado y descargado por completo, que puede estimarse a partir de la capacidad de descarga real y la capacidad de diseño. Siempre que la capacidad de descarga acumulada sea igual a la capacidad de diseño, el número de ciclos es uno. Normalmente, después de 500 ciclos de carga y descarga, la capacidad de una batería completamente cargada disminuirá entre un 10% y un 20%.

                          Figura 3. Relación entre tiempos de ciclo y capacidad de la batería

1.8 Autodescarga

La autodescarga de todas las baterías aumentará al aumentar la temperatura. Básicamente, la autodescarga no es un defecto de fabricación, sino una característica de la propia batería. Sin embargo, una manipulación inadecuada durante el proceso de fabricación también puede provocar un aumento de la autodescarga. Normalmente, por cada aumento de 10 °C en la temperatura de la batería, la tasa de autodescarga se duplica. Las baterías de iones de litio tienen una capacidad de autodescarga mensual de aproximadamente el 1-2%, mientras que varias baterías a base de níquel tienen una capacidad de autodescarga mensual del 10-15%.

                             Figura 4. Rendimiento de la tasa de autodescarga de baterías de litio a diferentes temperaturas