Crear batería desde cero – concepto y teoría básica

0 – TEORIA SOBRE BATERIAS

Buenos días,
he decidido escribir esta entrada para aclarar dudas sobre las baterías y sus configuraciones. Y de paso explicar un poco de teoria.

En el grupo Telegram se repiten infinitas veces las mismas preguntas:

¿Que quieres decir S y P?
¿Si añado una bateria en paralelo aumento la potencia?
¿Puedo conectar en paralelo una 12S con una 10S?
¿Si conecto una bateria en paralelo luego tengo que cargar por separado?
¿Si conecto en serie una 2S luego puedo cargar las dos a la vez con un solo cargador?

Y varias preguntas mas. Los miembros del grupo vamos contestando una y otra vez a las mismas preguntas. A ver si puedo explicar de manera clara y sobretodo comprensible todo sobre las baterías!!

QUE ES UNA BATERÍA DE LITIO Y QUE CARACTERÍSTICAS TIENE

No voy a explicar la composición química para no aburriros, simplemente que os quedáis que hay 3 tipos de batería:

1 – LIPO, tienen la ventajas de su alta densidad de energia, pero es la que conlleva graves problemas de seguridad.
2 – LITIO (en realidad son todas de Litio, pero la llamamos asi las 18650 que usamos normalmente para fabricarnos packs de baterías) es sin dudas la mas utilizadas por su estabilidad y precio/prestaciones, la unica pega es la baja tolerancia a baja y alta temperaturas.
3- LIFEPO4 es una batería muy estable, mas resistente a las temperaturas y ademas con largos ciclos de vida, mas de 2000. Ademas tienen resistencia interna muy baja y permiten entregar potencia hasta que está casi agotada. La pega es el precio y el valor nominal en voltios que es mas bajo.

Después de esta breve resumen nos vamos a centrar en las baterías de Litio con el formato 18650, esto quiere decir que su envase es un cilindro del diametro de 18mm y largo 65mm.

VAMOS A VER QUE QUIERES DECIR S Y P

Hemos leído muchas veces que una batería es una «10S3P», pero esto que quieres decir?
Es bastante fácil, el numero que hay antes de la S indica el numero de celdas en serie que componte un pack de baterías, el numero que hay antes de la P indica la cantidad de baterías que compone una celda.
Asi que en resumen la P indica la cantidad de baterías conectada en paralelo para hacer una celda. Pero porque tenemos que poner varias baterías en paralelo para hacer una celda? Lo hacemos para aumentar la capacidad del pack batería. Si quiere una pack batería con una capacidad de 3000mAh y tengo a mi disposizione baterías 18650 da 1000mAh cada una, tengo que poner 3 de baterías en paralelo para sumar la capacidad de cada una.
Pero sabemos que el valor nominal de una batería de litio es de 3,6V, asi que si quiero un pack batería de 36v necesito poner 10 celdas en serie para sumar el voltaje de cada celda.

Asi que hemos aprendido que:

– Si conectamos baterías en paralelo aumentamos la capacidad del pack batería sumando la capacidad en mA de cada batería.
– Si conectamos baterías (o celdas compuestas por varias baterías conectada en paralelo) en serie aumentamos el voltaje del pack baterías sumando el voltaje de cada celda.

Un ejemplo claro es la capacidad de la batería del Xiaomi X365, es una batería da 36V/7800mAh. Antes que me digáis que me he equivocado os diré que normalmente la baterías se indican con su valor nominal, asi que el valor nominal de la batería del M365 es de 36V, cargada al 100% es de 42V.
Esta batería es una configuración 10S3P, y esta compuesta por 10 celdas en serie compuesta a su vez de 3 baterías 18650 de 2600mAh cada una. En total 30 baterías 18650.

3x2600mah = 7800mAh
10×3,6V=36V

Ahora que tenemos claro que quieres decir S y P podemos calcular facilmente la configuración de un pack batería sabiendo la capacidad de las baterías y que voltaje necesitamos

Batería 10S3P, si medimos el voltaje en cada celda vemos como se suman hasta llegar al valor máximo de 36V, la capacidad total sera la de la suma de las baterias que compone una sola celda, en este caso 2600mAh x 3 baterias me da un valor total de 7800mAh
AHORA QUE TENGO CLARO COMO SE COMPONE UNA BATERÍA, PORQUE ME FUNCIONA MEJOR EL PATINETE SI CONECTO UNA BATERÍA EN PARALELO?
Tenéis que saber que todas las baterías tienen una resistencia interna, asi que cuando le conectamos a una batería una carga (en nuestro caso es el motor) la batería tiene que entregar una cantidad de Amperios, mas Amperios necesitamos y mas disminuye la tensión de la batería por su resistencia interna. La baterías que usamos y que monta el M365 tiene la capacidad de entregar 10A, normalmente tienen una resistencia interna de ≤50mR.
Si conectamos a una batería 18650 cargada al 100% un voltimetro, vamos a medir 4,2V. Si ahora le aplicamos una carga que demanda 4A podemos ver como el voltaje bajara a mas o menos 3,9V.
Esto es debido a la resistencia interna de la batería.
Entonces esto es el motivo por el cual cuando tenéis la batería del patinete cargada al 100% se puede  alcanzar la velocidad máxima (normalmente con CUSTOM FIRMWARE unos 30km/h) pero nada mas el nivel de carga de la batería baja al 90% ya la velocidad máxima no se mantiene, baja un poco.
El motivo es porque al aplicarle una demanda de Amperios las baterías bajan el voltajes, asi que al 100% de carga, manteniendo una velocidad máxima costante, se puede llegar a demandar unos 12 Amperios.
Esto quiere decir que si lo dividimos por 3 (cada celda de la batería esta compuesta por 3 baterías, ya que es una 3P) cada batería tiene que suministrar 4 Amperios de corriente y por su resistencia interna baja la tensión.
Asi no es nada raro que con el patinete parado y con la batería al 90% se puede medir una tension de  40,5V pero a máxima velocidad la tensión que se mide (podéis utilizar la app M365 dashboard) bajará a 38,0V.
Importante es que tenéis que saber que la velocidad se mantiene por el voltaje, asi que mas voltios alimentan el motor y mas velocidad puedo alcanzar, la potencia en Amperios me dan fuerzas, para subir rampas o para hacer aceleraciones rápidas.
Ahora dicho esto esta claro el motivo por el cual si conecto una batería en paralelo mantengo mas las prestaciones del patinete? Pues claro que si.
Si conecto una batería 10S2P en paralelo a la de serie la demanda de Amperios de divide en mas baterías que compones las celdas, asi que en el mismo ejemplo de antes podemos ver que al pedir 12 Amperios cada batería tiene que suministrar 2,4A en lugar de 4A.
Asi que cada batería bajara meno su tensión ya que le estamos pidiendo menos Amperios.
Lo primero que podemos notar es que ganamos con las dos baterías cargadas al 100% algo de velocidad, normalmente unos 2km/h mas, porque bajando menos la tensión ganamos mas velocidad. También vamos notando que proporcionalmente a la descarga de las baterías el patinete no pierde tanta fuerza como antes, y el motivo siempre es lo mismo, se reparte la carga en mas baterías y asi trabajan con menos esfuerzo.
Por supuesto cuando el nivel es inferior al 30% se nota como bajan las prestaciones, pero aun asi podemos tener un confort de conducción normal. Ademas hay que recalcar que al usar una segunda batería en paralelo pedimos meno cantidad de Amperios a cada singola batería, asi le alargamos la vida útil ya que no la forzamos tanto.
Bueno, espero que os ha quedado claro la ventaja de conectar una segunda batería en paralelo y el porque de estas ventajas!

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *