Una batería es esencialmente un proceso químico dentro de una caja. La batería tiene energía química y esta se convierte en energía eléctrica cuando es necesario.
Los electrones fluyen de un electrodo al otro en la batería. Este flujo produce una corriente eléctrica. Este flujo de corriente es la corriente que utiliza para alimentar el equipo.
Tensión sin carga #
Una de las propiedades de una celda es que el voltaje depende de la cantidad de energía restante: el estado de carga (SoC). Cuanta más energía, mayor será el voltaje cuando no se aplica carga. Este voltaje sin carga se llama voltaje de circuito abierto (para abreviar, OCV). Sin embargo, la relación exacta entre el voltaje de circuito abierto y el SoC depende de las características químicas de la batería. Por ejemplo, LiFePO4 tiene una curva bastante plana, especialmente entre 40% y 80%, mientras que las químicas NMC y NCA tienen una pendiente más pronunciada.
Ejemplo de pendiente de LiFePO4 OCV frente a SoC:
Resistencia interna #
Cada celda de la batería tiene su propia impedancia. Para hacerlo simple, solo discutiremos la resistencia CC. La resistencia interna de la celda de la batería depende de factores como el tipo de batería, el proceso de fabricación, la antigüedad de la batería y la temperatura. En general, desea una resistencia lo más baja posible. Menos resistencia significa menos pérdida de energía y problemas. Un BMS mantiene la batería lo más saludable posible para mantener baja la resistencia interna.
Caída de voltaje #
La resistencia interna tiene efectos sobre el voltaje medido. La caída de tensión sobre la resistencia de la celda se puede calcular con la conocida fórmula:
U = Yo x R
Esto significa que la caída de voltaje es la corriente de descarga multiplicada por la resistencia de la celda.
Tomemos una celda genérica LiFePO4 de 90 Ah que tiene una resistencia interna (con corrientes CC) de aproximadamente 1 mΩ a 20 °C. Cuando extraes 40 A de esta celda, la caída de voltaje es:
40 A x 0,001 Ω = 0,040 V
En otras palabras, cuando descarga con 40 A, el voltaje de la celda caerá directamente a 40 mV por debajo del voltaje sin carga. Si el voltaje sin carga era de 3,30 V, el voltaje de la celda caerá directamente a 3,26 V. Cuando se elimina la carga, la caída desaparece y el voltaje volverá al voltaje sin carga.
Mayor voltaje al cargar
La caída de voltaje se invierte durante la carga. En lugar de un voltaje más bajo, el voltaje de la celda aumentará durante la carga. Cuanto mayor sea la corriente de carga, mayor será el voltaje medido sobre la celda. Siguiendo el mismo ejemplo anterior, una corriente de carga de 40 A hace que el voltaje de la celda aumente a 40 mV por encima del voltaje sin carga. La celda con 3,30 V sin carga aumentará instantáneamente a 3,34 V cuando se cargue con 40 A.
Influencias en la resistencia #
Uno de los mayores factores determinantes de la resistencia interna es la capacidad de la batería. En general: cuanto mayor es la capacidad, menor es la resistencia interna. Una resistencia menor significa que puede cargar y descargar con corrientes más altas.
Otro factor es la temperatura. La temperatura óptima está entre 20 y 40 grados y proporciona la menor resistencia. Por debajo de los 10 grados, la resistencia aumenta rápidamente. ¡Ésta es la razón por la que los coches eléctricos primero necesitan calentar la batería antes de sobrecargarla!
Tiempo de descansar #
¿Alguna vez has notado que cuando dejas de cargar, la celda vuelve lentamente a un voltaje más bajo, incluso cuando la corriente de carga se eliminó hace algún tiempo? Esto se debe al proceso químico. Una célula necesita tiempo antes de estar completamente en reposo. Para LiFePO4, esto puede tardar incluso hasta 24 horas.
