Cómo calcular la capacidad de una batería 18650

Conocer la capacidad de una batería de litio-ion 18650 es crucial para alimentar correctamente los dispositivos y gestionar de manera efectiva los packs de baterías multicelulares. Pero determinar la capacidad requiere un poco más de reflexión que leer la etiqueta de un 18650. En esta guía completa, explicaré varios métodos clave para calcular con precisión la capacidad de un 18650.

La capacidad de una batería 18650 indica cuánta carga eléctrica puede entregar, medida en miliamperios-hora (mAh) o amperios-hora (Ah). Pero, contrariamente a lo que indica la etiqueta, la capacidad real de un 18650 varía significativamente según la corriente de descarga. Para encontrar la capacidad útil, deberás tener en cuenta esta dependencia de la carga.

Por qué la capacidad nominal y la capacidad real de un 18650 difieren

La mayoría de los 18650 tienen una clasificación de capacidad impresa en su carcasa, generalmente entre 1500mAh y 3500mAh. Este número representa la capacidad de la celda cuando se descarga a una corriente baja y estandarizada, alrededor de 0.2C (siendo C la capacidad nominal de la celda).

Descargar a 0.2C produce la capacidad máxima posible. Pero en la práctica, los dispositivos suelen extraer mucha más corriente, lo que reduce la capacidad útil de un 18650 debido a varios factores:

Polarización por concentración

A medida que los iones de litio fluyen a través de un 18650 durante la descarga, comienzan a formarse regiones de agotamiento de concentración cerca de los electrodos. La celda intenta difundir más iones para compensar, pero no puede mantenerse al día a corrientes más altas, reduciendo la capacidad.

Polarización ohmica

La resistencia interna de un 18650 causa una caída de voltaje durante el flujo de corriente, alcanzando el voltaje de corte más rápido, terminando la descarga prematuramente.

Capacidad de tasa

Los 18650 utilizan compuestos de inserción que tienen sitios limitados para que los iones de litio entren. Una tasa de descarga alta reduce la cantidad de carga almacenada que pueden aceptar.

Contar con estos efectos requiere pruebas para encontrar la capacidad útil real basada en tu corriente de carga.

Calcular la capacidad del 18650 según la tasa de descarga

Mientras que la capacidad nominal es útil para comparación, encontrar el tiempo de funcionamiento real de un 18650 requiere calcular la capacidad útil a tu corriente de descarga específica. Hay varias formas de determinar esto.

Usar una curva de descarga

Los fabricantes de baterías de renombre proporcionan curvas de características de descarga en sus hojas de datos de 18650. Estos gráficos muestran niveles de capacidad probados en varias corrientes de descarga constantes, hasta un voltaje de corte definido.

Con estos datos puedes estimar de cerca la capacidad en diferentes corrientes. Sin embargo, pocas empresas proporcionan estas curvas detalladas.

Usar una calculadora de capacidad de 18650 en línea

Existen calculadoras en línea para baterías de iones de litio que estiman la capacidad en función de la tasa de descarga usando datos de prueba archivados. Aunque no tan precisas como probar tu propia celda, ofrecen una buena aproximación sin necesidad de equipo de laboratorio.

Probar con una carga programable

La forma más precisa de encontrar la capacidad real es probar tu celda específica de 18650 usando una carga electrónica programable o un analizador de baterías.

Estos dispositivos pueden descargar de forma segura un 18650 a una corriente constante y definida mientras registran el voltaje con el tiempo. Descargan hasta un voltaje de corte especificado, luego integran la corriente para calcular la capacidad real.

La mayoría de los analizadores y cargadores inteligentes tienen pruebas de descarga integradas. Para pruebas caseras, puedes usar un banco de resistencias variables. Solo asegúrate de tener las protecciones adecuadas.

Aunque la prueba proporciona la capacidad verdadera, requiere una inversión inicial en equipo y tiempo adicional.

Considerar un margen de seguridad

Al dimensionar un paquete de baterías de múltiples celdas, la mejor práctica es reducir la capacidad por celda en un 20%. Esto protege contra la descarga excesiva debido a las variaciones entre celdas y la pérdida de capacidad por envejecimiento.

Para altas demandas de potencia, algunos diseñadores reducen aún más la capacidad mediante derates adicionales para tener en cuenta los efectos de la temperatura en el uso real. Es mejor tener un poco más de capacidad de la necesaria que correr demasiado cerca del límite.

Factores clave que reducen la capacidad de las 18650

Aunque las pruebas ofrecen la medida más precisa de la capacidad, varias variables además de la tasa de descarga pueden reducir la capacidad útil de un 18650:

Temperaturas bajas

Las celdas de ion de litio pierden capacidad en temperaturas frías debido al aumento de la resistencia interna y a tasas de difusión química más lentas. La capacidad útil puede disminuir en un 50% o más por debajo de cero grados.

Altas temperaturas

La capacidad también disminuye por encima de la temperatura ambiente. A unos 45°C, la capacidad útil disminuye hasta en un 20%. A 60°C, la capacidad puede caer en un 35%.

Edad y ciclos

Con ciclos repetidos de carga/descarga, los iones de litio pierden la capacidad de intercalarse correctamente en los electrodos, causando una pérdida permanente de capacidad a lo largo de la vida útil del 18650.

Requisitos de voltaje

El voltaje de corte del dispositivo afecta la capacidad útil. La capacidad continúa disminuyendo por debajo de 3.0V, por lo que un corte a 2.5V da una capacidad menor que a 3.0V. Siempre dimensiona los packs en función del voltaje de corte del sistema.

Tasa C

La capacidad útil varía significativamente según las tasas de descarga. Una corriente alta puede disminuir la capacidad muy por debajo del 50% de la clasificación a baja tasa. Verifique las curvas de descarga al seleccionar celdas.

Al comprender cómo estos factores influyen en la capacidad, puede predecir con mayor precisión el tiempo de funcionamiento para una aplicación y condiciones de operación dadas.

Mejores prácticas para optimizar la capacidad de las 18650

Mientras que las pruebas y cálculos proporcionan la capacidad de trabajo, existen varias formas de maximizar la vida útil potencial y el tiempo de funcionamiento de sus celdas 18650:

• Seleccione cuidadosamente las celdas para coincidir con las tasas de descarga requeridas
• Utilice corrientes de descarga más bajas cuando sea posible
• Evite la exposición a temperaturas extremas
• Emplee métodos de enfriamiento activos o pasivos
• Prevenir la carga completa a >4.10V/celda
• Evitar la descarga excesiva por debajo de 2.5V/celda
• Utilizar gestión de baterías equilibrada
• Capacidad de paquete ligeramente sobredimensionada como factor de seguridad

Conclusión

Determinar la capacidad real de una celda de litio-ion 18650 implica más que leer la etiqueta. Al tener en cuenta la tasa de descarga, la temperatura, la edad y otros factores, puedes ajustar la capacidad útil para dimensionar correctamente los packs y estimar con precisión el tiempo de funcionamiento. Coincidir las celdas con las cargas, monitorear los límites de voltaje y mantener condiciones de operación ideales ayuda a desbloquear el potencial completo de un 18650.