Teoria sobre baterias 1

     Las baterías son el elemento más caro, pesado y voluminoso de una moto eléctrica y decidirán las prestaciones de nuestro vehículo por lo que es importante prestarles especial atención. Son bastantes los parámetros que las definen así que en esta entrada haré un repaso de algunos de ellos para aclarar conceptos o por lo menos intentarlo.

     Los cuatro parámetros más importantes de una batería (a parte del coste, tamaño y peso) son el voltaje expresado en Voltios (V), la capacidad de carga en Amperios-Hora (Ah), la energía almacenada expresada en Vatios-Hora (Wh) y la máxima corriente que es capaz de suministrar en Amperios (A).

     Para hacernos una idea rápida de cómo nos afectan estos parámetros se puede decir que Voltaje=Revoluciones, Corriente=Par y y que Energía almacenada=Autonomía.

     Bueno, ahora vamos a repasarlos un poco más en profundidad.

     -Capacidad de carga o de almacenamiento de una batería (en Ah): La unidad que la define es el Coulomb (la carga cuando un amperio fluye durante un segundo) pero como esta unidad es muy pequeña se suele usar el Amperio-hora.  La capacidad de carga se refiere al tiempo que una corriente de un determinado amperaje puede ser extraída de una batería antes de que ésta se agote. Por ejemplo si la capacidad de una batería es de C=40Ah ésta en teoría puede dar 4A durante 10 horas, 8 A durante 5 horas, 40 A durante una hora u 80A durante media hora. Esto no es del todo cierto ya que la capacidad variará en función de cómo extraigamos la carga. Cuanto más rápido lo hagamos menor será la capacidad final y al revés, cuanto más lento extraigamos la carga mayor será la capacidad final. Para entendernos, una batería de 40Ah capaz de dar 4A durante 10 horas, al suministrar 40 Amperios es probable que dure menos de una hora.

     Como en las motos eléctricas las corrientes suelen ser bastante elevadas éste fenómeno se vuelve particularmente importante y tenemos que prestarle atención ya que la capacidad real de la batería puede ser mucho menor que la esperada. La mejor manera de predecir el efecto de la corriente y el tiempo en la capacidad es usando la ecuación de Peukert Cp=IkT y aunque no voy a profundizar en ella, lo que esta ecuación nos dice es que cuando una corriente I fluye desde una batería, desde el punto de vista de la capacidad de la batería, la corriente que a efectos prácticos está fluyendo es Ik (que será mayor a I porque k>1).  K es el Coeficiente de Peukert y es una constante. Su valor suele estar en torno a 1.15 y 1.6 en las baterías de ácido-plomo mientras que en las LiFePO4 este valor suele estar cercano al 1.05.

     Así que nos interesa tener la máxima capacidad de carga posible (es decir los máximos Ah) y también es positivo no estrujar la moto al máximo a la salida de cada semáforo si lo que queremos es recorrer los máximos kilómetros posibles con una sola carga. También nos interesa elegir unas baterías con una  K lo más cercana a 1 posible.

     -Capacidad de descarga (en Amperios): La “C” no sólo se usa para definir la capacidad de carga (en Ah), también representa la corriente de descarga. Esto es un poco confuso hasta que uno se acostumbra. Por ejemplo si una batería tiene una capacidad de carga de C=20Ah y luego en una gráfica vemos que la corriente de descarga es 2C, esto quiere decir que la corriente de descarga es 2C=2*20=40A. Si la corriente de descarga es 6C tenemos una corriente de 120A.

     Por lo general el fabricante nos facilitará distintas capacidades de descarga. Nos dará por un lado la máxima capacidad de descarga en contínuo y por otro lado nos dará distintas corrientes de descarga máximas para un tiempo determinado.

     Por ejemplo, el fabricante nos puede decir:

     Prismatic cells: 3V/20Ah:

     Maximum Discharge Continuous: 5C o lo que es lo mismo 100A.

     Maximum Discharge Current (18s pulse) 12C o lo que es lo mismo 240 A durante periodos no superiores a 18 segundos.

     Por lo tanto la capacidad de descarga nos dirá cuanta corriente es capaz de dar la batería sin degradarse o quemarse. Así que cuanto mayor sea esta capacidad mejor ya que dispondremos de mas amperios y por lo tanto de más par y potencia.

     -El Voltaje, tensión o diferencia de potencial (en Voltios): es la magnitud física que impulsa a los electrones a través de un circuito eléctrico cerrado provocando el flujo de una corriente eléctrica.

     El voltaje en los terminales de la batería lo podemos expresar matemáticamente como V=E-I*R asumiendo que la corriente sale de la batería. Donde:

     V es el voltaje en los terminales o bornes.

     R es la resistencia interna de la batería.

     E es el voltaje fijo de la batería o tensión del circuito abierto.

     Esta ecuación nos dice que al aumentar la corriente que se suministra, la tensión V disminuirá I*R por lo tanto nos interesa que la resistencia interna de la batería sea lo más pequeña posible. Por el contrario, cuando cargamos la batería el voltaje V aumentará I*R.

     El valor de V que nos da el fabricante es un valor nominal. Cuando la batería está completamente cargada este valor estará por encima y a medida que se va descargando va disminuyendo hasta estar bastante por debajo del valor nominal.

     Por último destacar que cuanto mayor sea el voltaje, más eficiente será el vehículo y menor corriente necesitará el motor. También podremos comprar un controlador más barato y a parte, el diámetro de los cables podrá ser más pequeño con el consiguiente ahorro de peso.

     Podemos ver como interactúan realmente todos estos parámetros en la siguiente gráfica que corresponde a una batería de 3V/20Ah.

 

     En el siguiente post terminaré de comentar los conceptos más importantes relacionados con las baterías y alguna cosilla más.