¿Qué es la corriente de carga?
El cliente aparece con una hoja de especificaciones preguntando si puede cargar a 1C. Puede. Pero 1C es un límite máximo, no una recomendación. Mucha gente no recibe esta distinción, o la recibe pero no les importa. Hasta que la batería se agota antes de tiempo y alguien tiene que explicar qué salió mal.
La corriente de carga es la rapidez con la que se introduce electricidad en la batería. Amperios. Mirar solo los amperios es inútil, es necesario ver la relación con la capacidad.. 100La batería Ah a 100 A es 1 C, en teoría llena en una hora. A 50 A son 0,5 C, dos horas. Una celda 18650 con capacidad nominal de 2600 mAh, 0,5 C significa 1,3 A. C-rate es una forma estándar de la industria de comparar baterías de diferentes tamaños en igualdad de condiciones.
La mayoría de las baterías de litio funcionan bien a 0,5 °C para uso diario. Hemos estado fabricando baterías para montacargas el tiempo suficiente como para ver que muchos paquetes se apagan con la carga de 1C. No digo que 1C no pueda funcionar, a corto plazo está bien, pero después de cuatrocientos o quinientos ciclos aparece la diferencia. Los paquetes de 0,5C siguen funcionando bien, los de 1C ya están perdiendo capacidad. Puedes explicar la química todo lo que quieras, la gente no lo cree hasta que ve los datos de su propia flota.
¿Por qué sucede esto? Los iones de litio deben intercalarse en las capas de grafito del ánodo durante la carga. Con una corriente demasiado alta, los iones no pueden alinearse lo suficientemente rápido para entrar, sino que se acumulan en la superficie como litio metálico. El litio metálico se convierte en dendritas, atraviesa el separador, cortocircuito interno, fuga térmica. Los incidentes en las fábricas de baterías son noticia cada pocos meses. Por lo general, hay múltiples causas, pero los problemas de carga aparecen en el análisis de la causa raíz con más frecuencia de lo que los fabricantes quieren admitir.
La carga de la batería de litio tiene tres etapas.
Todo el mundo en el negocio lo sabe, pero no todo el mundo presta atención a los tres.
Pre-carga
Voltaje por debajo de 3 V, no puedes alcanzarlo con corriente completa. La estructura del material del ánodo se vuelve inestable después de una descarga profunda, lo que fuerza la entrada de corriente y provoca daños irreversibles. La etapa de pre-carga utiliza aproximadamente el 10 % de la corriente normal y lentamente recupera el voltaje. Quizás 0,05 °C hasta que el voltaje se recupere por encima del umbral. Muchos cargadores baratos se saltan esto por completo. La batería permanece todo el invierno en un almacén sin calefacción, el voltaje cae a 2-puntos y pico, llega la primavera y alguien la enchufa directamente a plena corriente. Seis meses después empiezan a aparecer los problemas. Vemos este patrón todos los años en los clientes del norte. Misma conversación, mismo resultado.
Corriente constante
La etapa de corriente constante hace el trabajo pesado. La corriente permanece fija mientras el voltaje aumenta; 0,5 °C alcanza aproximadamente el 80 % en menos de dos horas. Aquí es donde entra la mayor parte de la energía. No hay mucho que explicar sobre esta parte, funciona de la manera esperada.
voltaje constante
La etapa de voltaje constante es lo que a la gente le gusta saltarse. Después de que el voltaje alcanza el techo: -4,2 V por celda para químicas ternarias como NMC, 3,65 V para corriente LFP tiene que disminuir por sí solo. El voltaje se mantiene estable, la corriente cae a medida que la celda se acerca al máximo, terminando alrededor de 0,01 °C. Para ese 2600mAh 18650 eso significa alrededor de 26mA al final. Esta etapa dura aproximadamente una hora. Cuando estás mirando el reloj y necesitas que el montacargas vuelva al suelo, esta fase se acorta. El resultado es una carga insuficiente del 10 al 15 % o estás estresando el cátodo tratando de forzar más capacidad. Ninguna de las dos cosas es buena, pero la gente lo hace de todos modos.
Factor de temperatura
La temperatura cambia las cosas. El electrolito frío es viscoso y los iones no se mueven bien. Los mismos 0,5 ° C que funcionan bien a temperatura ambiente pueden provocar un revestimiento de litio por debajo del punto de congelación. Las aplicaciones de almacenamiento en frío y almacenes refrigerados necesitan baterías con sistemas de calefacción integrados. Caliente las celdas al menos a 5 grados antes de aceptar la corriente de carga. Los clientes piensan que la calefacción es un costo innecesario hasta que las baterías se agotan antes de tiempo. Luego vienen preguntando por qué nadie les avisó. Les advertimos. La hoja de especificaciones dice rango de temperatura de funcionamiento por una razón.
LFP maneja el abuso mejor que el ternario, parte de por qué ahora domina el manejo de materiales. Algunas celdas están clasificadas para carga de 15C. Poder manejarlo no significa que deba hacerlo. Realizamos pruebas de comparación, carga a largo plazo de 1C frente a 0,5C, ciclo equivalente a dos años. La diferencia de capacidad fue del 8 al 12 % dependiendo de qué tan bien se controló la temperatura. No es catastrófico, pero eso es dinero real cuando se analizan los costos de reemplazo de la flota.
Peligro operacional
Otro problema que surge constantemente es la coincidencia del cargador. El cargador de 0,5 C construido para 200 Ah produce 100 A. Cambie una batería de repuesto de 100 Ah y de repente estará en 1C, ya sea que lo desee o no. Ocurre todo el tiempo durante las actualizaciones de equipos y los reemplazos de baterías. Nadie comprueba si el cargador sigue siendo adecuado para el nuevo paquete. La batería funciona bien hasta que deja de funcionar.
Hay un dicho en el negocio de las baterías para montacargas: el costo de la batería es el 30% del total del camión. OSHA tiene regulaciones específicas para áreas de carga, 1910.178, requisitos para ventilación con hidrógeno, estaciones de lavado de ojos y manejo de derrames de ácido. En la era del plomo-ácido, estos eran obligatorios porque la acumulación de gas hidrógeno durante la carga es explosiva. En la era del litio, el problema del hidrógeno desapareció, pero el riesgo de descontrol térmico simplemente cambió de forma. Peligro diferente, todavía necesita atención.
La corriente de carga es solo un número en la hoja de especificaciones. Detrás de ello está la duración de la batería y si algo sale mal antes de lo debido. Haga la selección correcta al especificar el equipo, más barato que reemplazar las baterías después de que aparezcan problemas.
