¿Cómo cargar una batería LiFePO4?
La respuesta a esta interrogante es bastante simple: el uso de un cargador de baterías específico para LiFePO4 es la opción adecuada. Es importante tener en cuenta que al cargar baterías LiFePO4, es fundamental evitar el uso de cargadores diseñados para otras variedades de baterías de iones de litio, ya que estos suelen operar con un voltaje superior al requerido por las LiFePO4. En ocasiones, surgen dudas acerca de si es posible emplear un cargador de baterías diseñado para baterías de plomo-ácido con el fin de cargar baterías de fosfato de hierro y litio. La respuesta breve es afirmativa, siempre y cuando los ajustes de voltaje se mantengan dentro de los rangos aceptables para las baterías LiFePO4, pero antes de conectar tu batería a tu viejo cargador, resulta conveniente que leas hasta el final.
Tabla de contenido
¿Cual es la forma correcta de cargar una batería LiFePO4?
Se recomienda utilizar el método de carga CCCV para cargar la batería LiFePO4, es decir, primero con una corriente constante y luego con una tensión constante. Lo más adecuado es una corriente constante de 0.3C y una tensión constante de 3.65V. Esto significa que se carga con una corriente constante del 0.3C durante la fase de corriente constante. Cuando el voltaje de la batería alcanza 3.65V, se utiliza la carga con una tensión constante de 3.65V. La carga se detiene cuando la corriente de carga es inferior al 0.1C (o 0.05C), lo que indica que la batería está completamente cargada. Al utilizar una fuente de alimentación de tensión constante para cargar, es importante no cargar con una tensión demasiado alta. Después de ajustar la tensión, asegúrate de que la corriente de carga sea inferior al 0.5C, lo cual es beneficioso para prolongar la vida útil de las batería LiFePO4.
En general, el voltaje máximo de carga de la batería LiFePO4 es de 3.7~4.0V, y el voltaje mínimo de descarga es de 2.0~2.5V. Considerando la capacidad de descarga, el voltaje medio de descarga, el tiempo de carga, el porcentaje de capacidad de corriente constante y la seguridad, se adoptan los métodos de corriente constante y tensión constante. Para la batería LiFePO4, es más razonable establecer el límite de carga a 3.55~3.70V, con un valor recomendado de 3.60~3.65V, y un límite de descarga de 2.2~2.5V.
Los cargadores para baterías LiFePO4 son diferentes a los usados por las baterías de litio convencionales o NCM. La tensión de carga máxima de terminación para la batería de litio NCM es de 4.2 voltios; en el caso de la batería LiFePO4, es de 3.65 voltios.Al cargar céldas LFP es imprescindible hacerlo a través de una BMS, que a su vez tienen un equilibrador de celdas (balanceador). Se conecta un cable de la BMS a cada serie, y este detecta el voltaje de cada celda individual, lo que equivale a conectar un regulador de voltaje en paralelo. El voltaje de carga de una sola celda no superará el valor de regulación de voltaje, mientras que las demás celdas siguen cargando a través del bus regulador de voltaje en modo bypass.
Una vez que que todas las celdas están casi llenas, se pasa a simplemente equilibrar estas entre si, por lo que la corriente de carga se hará más pequeña cada vez hasta que estén totalmente llenas. El cargador solo puede proteger el voltaje terminal de toda la batería. Es trabajo de la BMS y el balanceador (si lo hubiese) el asegurarse de que cada celda esté completamente cargada y no se detenga la carga de las demás celdas hasta que todas estén llenas.
Algoritmos de carga de baterías LiFePO4
1.- Carga a tensión constante
Durante el proceso de carga, la tensión de salida de la fuente de alimentación de carga se mantiene constante. Con el cambio del estado de carga de la batería LiFePO4, la corriente de carga se ajusta automáticamente. Este método de carga solo considera el cambio del estado individual del voltaje de la batería y no refleja eficazmente el estado general de carga de la batería. Su corriente inicial de carga es demasiado alta, lo que a menudo puede resultar en daños a la batería. Dada esta desventaja, la carga a tensión constante rara vez se utiliza.
2.- Carga a corriente constante
Durante todo el proceso de carga, la corriente de carga se mantiene constante ajustando la tensión de salida. Al mantener constante la corriente de carga, la velocidad de carga es relativamente baja. El método de control de carga a corriente constante es simple, pero debido a que la capacidad de corriente aceptable de la batería de litio disminuye gradualmente a medida que avanza el proceso de carga, en la etapa posterior de la carga, la capacidad de recepción de energía de la batería disminuye y la eficiencia de la corriente de carga se reduce significativamente. La ventaja de este método es que es fácil de operar, conveniente, fácil de implementar y sencillo de calcular la potencia de carga.
3.- Carga a corriente constante y tensión constante: método a dos etapas
Este método de carga es una combinación simple de los dos anteriores. En la primera etapa se utiliza un método de carga a corriente constante para evitar la corriente excesiva al inicio de la carga a tensión constante. En la segunda etapa, se utiliza el método de carga a tensión constante, lo que evita el problema de la sobre carga causado por la carga a corriente constante. Para una batería LiFePO4, al igual que cualquier otra batería recargable sellada, la carga debe ser controlada y la batería no debe ser sobrecargada, de lo contrario, podría dañarse fácilmente. Las baterías de fosfato de hierro y litio generalmente adoptan el método de carga de corriente constante seguido del método de limitación de tensión.
4.- Método de carga con chopper
Se utiliza el «método de corte» para cargar. En este método, la corriente de carga es siempre constante y un conmutador controla para que se encienda durante un período de tiempo y luego se apague durante otro período de tiempo, y el ciclo se repite. La ventaja de este método es que cuando la batería se carga a través de un circuito externo, la generación de cationes en el interior de la batería requiere un cierto tiempo de respuesta, y si se carga continuamente, puede reducir su capacidad potencial. Después de cargar durante un período de tiempo, agregar un tiempo de apagado permite que los cationes generados en los dos polos de la batería tengan un proceso de difusión, de modo que la batería tenga un tiempo de «digestión», lo que aumentará significativamente la eficiencia de utilización de la batería y mejorará el efecto de carga de la batería.
¿Cuántas formas de cargar baterías LiFePO4 existen?
Existen muchas formas de cargar tus baterías LiFePO4, y debes elegir cual es la que más se adapta a tus necesidades. Antes de proseguir, veamos cuales son los ajustes o parámetros de carga para baterías LifePO4.
Inversor/cargador
Puede que tengas un inversor híbrido o inversor cargador en casa, en ese caso, puedes generar electricidad que usas instantáneamente o viertes a la red si no aprovechas el momento, o puedes conectar una batería y que este excedente se almacene para luego convertirlo en energía eléctrica cuando lo necesites. Se usa principalmente en auto caravanas, instalaciones fotovoltáicas residenciales o en empresas.
Ajustes típicos para un inversor/cargador o un controlador de carga para baterías LiFePO4
Es importante destacar que muchos inversores/cargadores pueden requerir configuraciones adicionales; si necesitas ayuda, te recomendamos ponerte en contacto con el soporte técnico del fabricante del inversor/cargador. Las baterías LiFePO4 no necesitan un proceso de ecualización. Además, no se requiere ajuste de voltaje por temperatura cuando se cargan baterías LiFePO4 en condiciones de frío o calor.
| PARÁMETRO | SISTEMA DE 12V | SISTEMA DE 24V | SISTEMA DE 36V | SISTEMA DE 48V |
|---|---|---|---|---|
| Voltaje a granel | 14V – 14,6V | 28V – 29,2V | 42V – 43,8V | 56V – 58,4V |
| Voltaje de absorción | 14V – 14,6V | 28V – 29,2V | 42V – 43,8V | 56V – 58,4V |
| Tiempo de absorción | 0-6 minutos | 0-6 minutos | 0-6 minutos | 0-6 minutos |
| Voltaje de flotación | 13,8V ± 0,2V | 27,6V ± 0,2V | 41,4V ± 0,2V | 55,2V ± 0,2V |
| Corte de bajo voltaje | 11V | 22V | 33V | 44V |
| Corte de alto voltaje | 14,6V | 29,2V | 43,8V | 58,4V |
Alternador y cargadores CC a CC
Dependiendo de la calidad del alternador, es posible que no se requieran ajustes para cargar baterías LiFePO4. No obstante, es importante mencionar que los alternadores de baja calidad con una regulación de voltaje deficiente pueden ocasionar que el Sistema de Gestión de Batería (BMS) desconecte las baterías LiFePO4. Esta desconexión podría resultar en daños al alternador. Para garantizar la seguridad y el rendimiento de su batería LiFePO4, se recomienda utilizar un alternador de alta calidad compatible o la instalación de un regulador de voltaje específico. También es posible optar por un cargador de CC a CC (buster) para cargar sus baterías de manera segura y eficiente incluso en aplicaciones residenciales. La instalación de un cargador de CC a CC se considera la opción más recomendable cuando se trata de cargar baterías de litio utilizando un alternador.
Panel solar con MPPT y regulador de carga – Energía limpia y barata
Potencia recomendada para el panel solar: ≥300W
Para cargar una batería con paneles solares de 300W o más, la duración e intensidad de la luz solar directa son factores importantes en la eficiencia de carga y puede tomar más de un día para cargar completamente una batería LiFePO4.
Los sistemas de energía solar MPPT están diseñados para utilizarse con cargadores o reguladores de carga para baterías. El sistema optimiza la energía generada por los paneles solares en todo momento, buscando el punto de máxima potencia y cargando eficazmente tus baterías.
Es importante que consideres reguladores específicos para baterías LiFePO4 de forma que se respeten los voltajes y algoritmos de carga específicos para este tipo de química, cómo el de carga constante y tensión constante que vimos arriba.
Puedes generar electricidad con paneles solares almacenando energía solar en baterías y usar la energía almacenada por la noche sin desperdiciarla. Suponiendo que cuentas con más de 4.5 horas de luz solar al día y los paneles solares elegidos son de más de 300W, una batería LifePO4 de 100Ah puede cargarse completamente en un día en condiciones normales – y más en España donde tenemos el doble de sol de este estimado.
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Cargador LiFePO4 – ¡Una opción conveniente y rápida!
La respuesta corta es no, es decir, no hace falta un cargador especial para LiFePO4, pero si se recomienda. Para lograr una carga completa en una batería LiFePO4 de 12 V, es necesario emplear un cargador con un voltaje que oscile entre 14 V y 14,6 V. La mayoría de los cargadores diseñados para baterías AGM cumplen con este rango y resultarían adecuados para las baterías de litio. Si dispones de un cargador con un voltaje inferior, es probable que aún pueda cargar la batería, pero no alcanzará una carga completa al 100%. Por otro lado, un cargador con un voltaje más elevado no será capaz de cargar la batería, y el Sistema de Gestión de Batería (BMS) entrará en modo de protección, ya que su función es desconectar la batería en caso de exceso de voltaje.
Para una batería de 200Ah y 12.8V:
☆ Voltaje de carga recomendado: Entre 14.2V y 14.6V
☆ Corriente de carga recomendada: 40A (0.2C): La batería se cargará completamente en aproximadamente 5 horas al 100% de capacidad. 100A (0.5C): La batería se cargará completamente en aproximadamente 2 horas al 97% de capacidad.
Consejos al usar un cargador para LiFePO4:
- 1.- Conecta el cargador a la batería primero y luego a la red eléctrica.
- 2.- Se recomienda desconectar el cargador de la batería después de cargar completamente la misma.
- 3.- Siempre conecta primero el borne positivo y luego el negativo. Y al desconectarlo, siempre el positivo primero, luego el negativo.
¡Un cargador y una batería son una combinación perfecta! El cargador se refiere a un dispositivo que convierte la corriente alterna (AC) en corriente continua (DC). Es un convertidor de corriente que utiliza dispositivos semiconductores de electrónica de potencia para transformar la corriente alterna de voltaje y frecuencia fijos en corriente continua. El cargador tiene una amplia gama de aplicaciones en el uso de energía, donde la batería es la fuente de energía de trabajo o la fuente de energía de respaldo. Al cargar una batería con un cargador, asegúrate de elegir un cargador con las especificaciones correctas según las instrucciones de carga de la batería y conectarlo correctamente.
A diferencia de los paneles solares y los cargadores no requieren cableado complejo y se pueden usar para cargar baterías en cualquier momento siempre que haya suministro eléctrico en el hogar. Recomendamos elegir un cargador específicamente para baterías LiFePO4 acorde además con el voltaje de tu batería, que suele ser 12V o 24V.
Para baterías de 12V 100Ah, recomendamos el cargador de batería LiFePO4 de 14.6V y 20A, diseñado especialmente para baterías de fosfato de hierro y litio (LiFePO4). Ofrece una eficiencia de carga del 90% para la carga de baterías de fosfato de hierro y litio.
Generador – Cargar la batería sin red, sin sol
Las baterías LiFePO4 se pueden cargar mediante un generador de corriente alterna o un motor, y requieren un cargador de corriente continua a corriente continua conectado entre la batería y el generador de corriente alterna o el motor, cómo el cargador que vimos antes.
Para una batería de 200Ah y 12.8V:
☆ Voltaje de carga recomendado: Entre 14.2V y 14.6V
☆ Corriente de carga recomendada: 40A (0.2C): La batería se cargará completamente en aproximadamente 5 horas al 100% de capacidad (batería de 200Ah). 100A (0.5C): La batería se cargará completamente en aproximadamente 2 horas al 97% de capacidad.
Un generador es un dispositivo que convierte la energía cinética u otras formas de energía en energía eléctrica. El generador generalmente transforma primero la energía primaria contenida en el energético en energía mecánica a través del motor primario, y luego a través del generador, la convierte en energía eléctrica y finalmente se transmite a la batería para lograr el efecto de carga.
¿Puedo usar un cargador de plomo ácido para cargar una batería LifePO4?
La respuesta corta es si, puedes utilizar un cargador de baterías de plomo para cargar una batería LiFePO4, pero no es lo más recomendable, cómo descubriremos a continuación.
La mayoría de los cargadores diseñados para baterías de plomo-ácido pueden utilizarse con baterías LiFePO4 siempre y cuando se respeten los valores de voltaje adecuados. Los algoritmos de carga, como los utilizados en baterías AGM y Gel, generalmente cumplen con los requisitos de voltaje para LiFePO4. Sin embargo, los algoritmos de carga utilizados en baterías húmedas o inundadas suelen operar a un voltaje superior al necesario para LiFePO4. Esto puede llevar a que el Sistema de Gestión de Batería (BMS) desconecte la batería al final del ciclo de carga y que el cargador muestre un código de error. En tales casos, se recomienda considerar la sustitución del cargador.
Hay muchas similitudes en los perfiles de carga de las baterías SLA y de litio, sin embargo, se debe tener precaución adicional al utilizar cargadores de SLA para cargar baterías LiFePO4, ya que pueden dañar, cargar insuficientemente o reducir la capacidad de la batería litio con el tiempo. Hay muchas diferencias al comparar baterías LiFePO4 y SLA que debemos de considerar.
Perfil de carga de batería de plomo ácido sellada (SLA)
Volviendo a lo básico sobre cómo cargar una batería de plomo ácido sellada. El método de carga más común es un enfoque de tres etapas: la carga inicial (corriente constante), la carga de saturación (tensión constante) y la carga de flotación.
Etapa 1: Carga inicial
Como se muestra arriba, la corriente se limita para evitar dañar la batería. La tasa de cambio de voltaje cambia continuamente durante la etapa 1, eventualmente comenzando a estabilizarse cuando se acerca al límite de voltaje de carga completo. La porción de corriente constante/etapa 1 de la carga es crucial antes de pasar a la siguiente etapa. La carga de la etapa 1 generalmente se realiza al 10%-30% (0.1C a 0.3C) de la capacidad nominal de la batería o menos.
Etapa 2: Saturación
Esta etapa se caracteriza por una tensión constante, comienza cuando el voltaje alcanza el límite de voltaje (14.7V para baterías SLA de carga rápida, 14.4V para la mayoría de las demás). Durante esta etapa, la corriente disminuye gradualmente a medida que continúa la carga superior de la batería. Esta etapa termina cuando la corriente cae por debajo del 5% de la capacidad nominal de la batería. La última etapa, la carga de flotación, es necesaria para evitar que la batería se descargue por sí misma y pierda capacidad.
Etapa 3: Flotación
La etapa 3 se utiliza si la batería está conectada «en espera», por ejemplo, en una instalación fotovoltáica, donde usas energía solar sólo cuando no hay sol suficiente; la carga de flotación es necesaria para garantizar que la batería esté completamente cargada cuando se le pide que descargue. En una aplicación en la que la batería se encuentra en almacenamiento, la carga de flotación mantiene la batería SLA al 100% del estado de carga (SOC), lo cual es necesario para prevenir la sulfatación, lo que, a su vez, previene el daño a las placas internas de la batería.
Perfil de carga de la batería LiFePO4
Una batería de LiFePO4 utiliza las mismas etapas de corriente constante y tensión constante que una batería SLA. Aunque estas dos etapas son similares y desempeñan la misma función, la ventaja de la batería LiFePO4 es que la tasa de carga puede ser mucho más alta, lo que hace que el tiempo de carga sea mucho más rápido.
Etapa 1: Carga inicial
La carga de la batería en la etapa inicial generalmente se realiza al 30%-100% (0.3C a 1.0C) de la capacidad nominal de la batería. La etapa 1 del gráfico SLA anterior lleva cuatro horas en completarse. La etapa 1 de una batería LifePO4 puede tomar tan solo una hora en completarse, lo que hace que una batería de litio esté disponible para su uso cuatro veces más rápido que una SLA. Como se muestra en el gráfico anterior, la batería de litio se carga a solo 0.5C y aún se carga casi tres veces más rápido.
Etapa 2: Saturación
La etapa 2 o de saturación es necesaria en ambas químicas para llevar la batería al 100% de SOC. La batería SLA lleva 6 horas en completar la etapa 2, mientras que la batería de litio puede tomar tan solo 15 minutos. En general, la batería de litio se carga en cuatro horas, mientras que la batería SLA generalmente toma 10. En aplicaciones cíclicas, el tiempo de carga es muy crítico. Una batería de litio puede cargarse y descargarse varias veces al día, mientras que una batería de plomo ácido solo puede ser completamente cíclica una vez al día.
Etapa 3: Flotación (no hace falta)
Donde difieren en los perfiles de carga es en la etapa 3. Una batería de litio no necesita una carga de flotación como la de plomo ácido. En aplicaciones de almacenamiento a largo plazo, una batería de litio no debe almacenarse al 100% de SOC y, por lo tanto, puede mantenerse con un ciclo completo (cargado y descargado) una vez cada 6-12 meses y luego cargarse al 50% de SOC.
En aplicaciones de espera, dado que la tasa de autodescarga del litio es tan baja, la batería LifePO4 entregará casi toda su capacidad, incluso si no se ha cargado durante 6-12 meses. Para períodos más largos, se recomienda un sistema de carga que proporcione una carga superior basada en el voltaje. Esto es especialmente importante con nuestras baterías Bluetooth, donde el módulo Bluetooth consume muy poca corriente de la batería incluso cuando no se está utilizando.
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