Carga de corriente constante: una estación de repostaje para baterías
Las cuatro etapas de la carga de baterías de litio
Carga lenta (precarga de baja tensión), carga de corriente constante, carga de tensión constante y terminación de carga.
Fase 1: Carga lenta - La carga lenta se utiliza para precargar primero una célula de batería totalmente descargada (carga de recuperación). La batería se carga primero utilizando una corriente constante de hasta 0,1C cuando el voltaje de la batería es inferior a unos 3V.
Fase 2: Carga de corriente constante: cuando el voltaje de la batería supera el umbral de carga de mantenimiento, la corriente de carga aumenta para una carga de corriente constante.
La corriente para la carga a corriente constante oscila entre 0,2C y 1,0C. La corriente durante la carga a corriente constante no necesita ser muy precisa, una corriente casi constante está bien.
Etapa 3: Carga a tensión constante: cuando la tensión de la batería sube a 4,2 V, finaliza la carga a corriente constante y comienza la etapa de carga a tensión constante.
La corriente se basa en el nivel de saturación de la célula y, a medida que continúa el proceso de carga, la corriente de carga se reduce lentamente desde su valor máximo y, cuando se reduce a 0,01C, se considera que la carga ha finalizado. Para un rendimiento óptimo, la tolerancia de regulación de tensión debe ser mejor que +1%.
Etapa 4: Terminación de la carga - Existen dos métodos típicos de terminación de la carga: utilizando una sentencia de corriente de carga mínima o utilizando un temporizador (o una combinación de ambos).
El método de corriente mínima controla la corriente de carga durante la fase de carga a tensión constante y finaliza la carga cuando la corriente de carga se reduce al intervalo de 0,02C a 0,07C. El segundo método cronometra desde el inicio de la fase de carga a tensión constante y continúa la carga durante dos horas antes de finalizar el proceso de carga.
¿Por qué utilizar la carga a corriente constante?
Una forma típica de cobrar un batería ternaria de litio es detectar primero la tensión de la batería que se va a cargar, si la tensión es inferior a 3V, se realiza primero una precarga con una corriente de carga de 1/10 de la corriente ajustada, después de que la tensión suba a 3V, el proceso de carga entra en carga de corriente constante.
A lo largo del proceso de carga, generalmente se ajusta la tensión de carga de la fuente de alimentación o se cambia el valor de la resistencia en serie con la batería para mantener el mismo tamaño de la corriente de carga de la batería.
La ventaja de este método es que es fácil de controlar y es adecuado para cargar baterías en serie con varias celdas. Por lo tanto, la carga de corriente constante se utiliza a menudo como eslabón de la carga por etapas.
¿Puede reducirse el tiempo de carga aumentando la corriente?
Cuando se carga a altas corrientes, la polarización interna de la batería de iones de litio se agrava y su tensión aumenta más rápidamente, alcanzando rápidamente la tensión de corte de carga.
Aunque parezca que la fase de carga a corriente constante es mucho más corta, en realidad no carga mucho, por lo que el tiempo en la fase de carga a tensión constante aumenta en consecuencia, de modo que el tiempo total del ciclo de carga no se reduce.
Ventajas de la carga a corriente constante
La carga a corriente constante puede prolongar la vida útil de la batería. Cuando las baterías se cargan utilizando corrientes o tensiones fluctuantes, la batería puede sufrir tensiones que acorten su vida útil. Con la carga a corriente constante, la batería se carga a un ritmo controlado, lo que reduce el estrés y prolonga su vida útil.
Otra ventaja de la carga con corriente constante es que se puede optimizar el tiempo de carga. Cuando las baterías se cargan utilizando corrientes o tensiones fluctuantes, se puede tardar más tiempo en cargarlas por completo.
Con la carga a corriente constante, el tiempo de carga es algo menor que el requerido con corrientes fluctuantes, ya que la batería se carga a un ritmo controlado. Esto es especialmente beneficioso en aplicaciones en las que el tiempo es un factor crítico, como las estaciones de carga de vehículos eléctricos o... panel solar doméstico utilizados en zonas remotas.
Todo lo que hay que saber sobre la carga a corriente constante
La carga a corriente constante es una técnica muy popular para cargar baterías de forma eficaz y segura. Este método de carga mantiene una corriente constante durante todo el proceso de carga, lo que reduce el esfuerzo de la batería y prolonga su vida útil. Sin embargo, para aprovechar al máximo la carga de corriente constante, hay que tener en cuenta algunos aspectos.
Compatibilidad de la batería
Antes de utilizar la carga a corriente constante, es importante asegurarse de que la batería que está cargando es compatible con este método de carga. No todas las baterías pueden soportar la corriente constante, y algunas pueden resultar dañadas o incluso destruidas como consecuencia de ello.
La mejor manera de asegurarse de que está utilizando el método de carga correcto es consultar las recomendaciones del fabricante de la batería. Por ejemplo, las baterías de iones de litio se utilizan habitualmente en dispositivos electrónicos y pueden cargarse utilizando el método de corriente constante. Sin embargo, otros tipos de baterías (por ejemplo, las de plomo-ácido) pueden no ser compatibles con este método de carga.
Límite de corriente
Cuando utilice la carga a corriente constante, es importante ajustar el límite de corriente apropiado para la batería que está cargando. Cargar una batería con una corriente demasiado alta puede dañarla, mientras que una corriente demasiado baja puede provocar un tiempo de carga más lento.
El límite de corriente suele expresarse como un múltiplo de la capacidad de la batería, donde C es el capacidad de la batería en amperios-hora. Por ejemplo, una batería con una capacidad de 2000mAh tendría un valor C de 2. Se recomienda utilizar un límite de corriente entre 0,1C y 0,5C.
Control de la temperatura
La carga a corriente constante genera calor, lo que puede afectar al rendimiento y la vida útil de la batería. Es importante controlar la temperatura de la batería durante la carga para asegurarse de que se mantiene dentro de un rango seguro.
La mayoría de los cargadores de corriente constante incorporan un sensor de temperatura que controla la temperatura de la batería y ajusta la velocidad de carga en consecuencia.
¿Por qué necesito una carga a tensión constante?
En condiciones ideales, durante la carga, unas pocas unidades de electrones atraviesan el circuito externo y unas pocas unidades de iones de Li atraviesan el diafragma y se incrustan en el cátodo. En este estado, el voltaje de la batería = voltaje del ánodo - voltaje de la etapa catódica.
Sin embargo, en la práctica no es así. En la práctica, cuando se conecta el circuito externo para la carga de corriente constante, los electrones recorren rápidamente el circuito externo desde el ánodo hasta el cátodo, mientras que el movimiento de los iones de Li se ve algo impedido, por lo que se produce un retraso en el movimiento de los iones de Li.
Cuando se alcanza la tensión de corte de carga, se interrumpe la carga de la batería. Tras la desconexión, los iones de Li que no se hayan desincrustado por completo ganarán electrones y seguirán existiendo en el material del ánodo cuando se desconecte el circuito.
El exceso de electrones acumulados en el cátodo se perderá cuando se desconecte el circuito. En este momento, la tensión real de la batería es inferior a la tensión de carga de desconexión.
En la práctica, esto se refleja en el hecho de que la carga de corriente constante no se carga completamente. Por lo tanto, la carga a corriente constante debe ir seguida de una carga a tensión constante, para que la capacidad de almacenamiento de la batería de iones de litio se aproveche al máximo.
