Batería Li-Ion 18650 para Patinete Eléctrico

¿Es la batería Li-Ion 18650 la mejor para un Patinete Eléctrico?

La batería de un patinete eléctrico es sin duda el elemento de mayor importancia entre los principales componentes de este tipo de vehículo eléctrico. Es la encargada de almacenar toda la electricidad que va a necesitar el motor para entregar toda su potencia. Su mayor o menor capacidad determina las principales prestaciones que podremos extraer de él.

Básicamente el sistema eléctrico de un e-Patinete está compuesto por una batería, un motor o motores, y los circuitos electrónicos que se encargan del control y la gestión del conjunto. Todos tienen su importancia, como iremos viendo en este blog, pero es la batería la que manda sobre todos ellos.

De nada nos sirve tener un motor muy potente, si la batería no es capaz de abastecer suficiente electricidad. ✅ Las baterías de Ion-Li tienen un ratio elevado capacidad/peso por lo que son ideales para energizar los patinetes eléctricos.

Llegados a este punto debemos definir que es una batería y los conceptos de capacidad e intensidad de corriente de descarga máxima que son los parámetros principales utilizados para determinar sus características técnicas esenciales.

¿Qué es una batería o acumulador?

Antes de continuar debemos definir que se entiende por batería o acumulador eléctrico. Se trata de un dispositivo que está constituido por una o más celdas electroquímicas en las cuales se dispone de energía almacenada en compuestos químicos y sobre las cuales podremos realizar procesos de carga y descarga invirtiendo los flujos de corriente.

Ya sabemos que esta energía acumulada es susceptible de transformarse en un flujo de electricidad continuo hacia el exterior que durará un determinado periodo de tiempo hasta que se produzca su total agotamiento. En ese momento, nos habremos quedado sin la posibilidad de obtener más suministro hasta que realicemos una recarga parcial o completa de la batería.

Para terminar, se define como celda al elemento electroquímico más pequeño que forma una batería. Dependiendo de como sean el conexionado, se obtendrán los valores de corriente y de tensión necesarios para una determinada aplicación.

Así, las celdas se conectan en serie para obtener una agrupación con el nivel de tensión entre sus extremos adecuado y se colocan varias de estas agrupaciones conectadas en paralelo hasta alcanzar la intensidad necesaria para alimentar a una aplicación concreta.

¿Cómo funciona una batería?

Como hemos dicho anteriormente una batería no es más que un sistema capaz de acumular electricidad de forma química. En el caso de un acumulador recargable, el único que trataremos aquí, el funcionamiento consiste en un proceso químico reversible llamado reducción–oxidación (redox) de dos compuestos separados por un electrolito.

En dicho proceso uno de los componentes se oxida (por pérdida de electrones) quedando cargado positivamente y el otro componente se reduce (por ganancia de electrones) quedando cargado negativamente.

Esta acumulación de cargas positivas por un lado y negativas por el otro, genera una diferencia de potencial (medida en voltios) entre ambos componentes que permanecerá así mientras no hagamos nada.

Si conectamos, por separado, esta diferencia de potencial a dos bornes (puntos de conexión) y se acopla a ellos una determinada carga eléctrica (motor, circuito eléctrico o electrónico, etc.) se produce una circulación de electrones, que es lo que conocemos como corriente eléctrica (medida en amperios).

Esta corriente eléctrica se mantiene durante un determinado tiempo mientras la batería disponga de tensión y carga suficiente. El mayor o menor tiempo de descarga depende de la capacidad de la batería.

¿Qué se entiende por capacidad de una batería eléctrica?

La capacidad hace referencia a la cantidad de energía almacenada en la batería y se mide en amperios-hora (Ah) o vatios-hora (Wh), según sea el caso.

La relación entre estos parámetros se puede establecer fácilmente si se conoce, o se mide con un instrumento adecuado, la tensión que existe entre los dos terminales de conexión. Para ello, nos basta con aplicar la fórmula de energía (Wh) igual a tensión (V) por capacidad (Ah).

Es evidente que a mayor capacidad de batería más distancia podremos recorrer con nuestro patinete eléctrico, de ahí su importancia. Otra característica relacionada con la capacidad, es la densidad de energía que a su vez mantiene una relación directa con el peso de la batería y es crucial a la hora de fabricar un scooter lo más ligero posible.

Por seguir un cierto orden de exposición, que esperemos ayude a comprender mejor todo esto, volveremos con ello más adelante a lo largo de esta página.

A modo de ejemplo, por ir fijando algunas ideas, diremos que generalmente los patinetes de ciudad tienen una potencia comprendida entre 300 y 350 W, mínimo aconsejable para adultos de 75 kilogramos de peso o más, disponen de baterías de 8.000 a 12.000 mAh (8 a 12 Ah) con tensiones que van desde 36 a 42 voltios (V) que contienen entre 288 y 504 Wh de energía. Esto supone que a velocidad moderada 15-20 km/h, en calles con firme liso sin demasiada pendiente, podremos recorrer entre 25 y 40 kilómetros fácilmente.

¿Cuál es la intensidad de corriente máxima que puede suministrar una batería?

El valor de la cantidad de corriente de una batería depende del tipo de celdas que la constituyen y de la manera en que éstas han sido conectadas. Según sean los compuestos químicos utilizados en fabricación de las celdas, tendremos unos determinados valores de tensión y corriente unitaria diferentes de los cuales partimos.

Para alcanzar los valores nominales necesarios en la batería, debemos realizar grupos de celdas conectadas en serie para aumentar la tensión y asociar tantas series conectadas en paralelo para aumentar la corriente como corresponda.

Se ha hecho referencia a la cantidad de corriente, medida en amperios, que puede atravesar una batería durante un tiempo determinado sin causar daño. Si operamos este dato junto al de valor de la tensión, mediante la conocida fórmula de potencia (W) igual a voltaje (V) por intensidad (A), sabremos por ejemplo que motor podremos alimentar sin problema, entre otras cosas.

El tema es sencillo a la par que complejo y muestra la interrelación existente entre todos los parámetros que hemos estado definiendo. En este punto ya sabemos como determinar el motor que podemos conectar a nuestra batería pero no debemos olvidar que cuanto más potente sea éste, antes agotará la energía que tenemos acumulada. Además, también pesará más y eso tampoco es muy deseable.

Siguiendo el ejemplo anterior, recordando que P=V x I, para una batería de 36 V conectada a un motor de 350 W, necesitaremos una intensidad de 9,72 A, siendo este el caso con mayor intensidad necesaria por tratarte del motor más potente con la tensión de batería más baja.

Veremos más adelante que este valor, incluso tres veces mayor, es perfectamente asumible por una batería común de un patinete eléctrico siempre y cuando la electrónica asociada a la celda (BMS), en caso de existir, lo permita y la electrónica de control no lo impida.

También debes saber que no es conveniente realizar descargas con intensidad muy elevada, si queremos preservar la vida útil de las baterías. Todos estos condicionantes los iremos viendo…

Listado de los principales parámetros usados para definir una batería eléctrica.

Aunque aquí nos vamos a centrar en las baterías derivadas de compuestos de litio, ya sabrás que existen muchos tipos de baterías con características de funcionamiento diferentes según sea su composición química.

Conocer y saber diferenciar las baterías ayuda a determinar, para una aplicación concreta, cual usar por tratarse de la que mejor se adapta a ese caso concreto.

Dependiendo del uso previsto nos pueden interesar unas propiedades técnicas u otras y por ello antes de seguir tenemos que definir algunos parámetros esenciales que nos van a permitir conocer o medir sus características principales.

Pedimos disculpas por el rollo de las definiciones; en todo caso te lo puedes saltar y volver aquí si lo consideras necesario durante la lectura de esta página.

✅ Parámetros que determinan las características principales de las baterías eléctricas y algunas definiciones asociadas.

A continuación ofrecemos una recopilación de los principales parámetros que definen una batería. Existen algunos más y también métodos para la simulación del comportamiento de las baterías durante el proceso de carga y descarga, pero quedan fuera de los objetivos previstos para esta página.

• Estado de carga / State Of Charge (SOC) en %: indica el estado de carga de la batería en porcentaje siendo del 100% cuando la batería almacena la máxima energía posible.
• Profundidad de descarga / Depth Of Discharge (DOD) en %: es la relación existente entre la capacidad en amperios hora (Ah) que entrega una batería durante su descarga y su capacidad nominal. Es una alternativa al SOC para saber el estado de carga de una batería. Cuando el SOC disminuye, el DOD aumenta.
• Tensión de vacío (E₀) o nominal: valor de la tensión entre terminales (bornes) de la batería cuando no hay ninguna carga conectada a ellos. Su valor queda determinado por las características propias de la batería como son el tipo de celda utilizado (por sus elementos químicos concretos) y cuántas de éstas están conectadas en serie.
• Tensión de funcionamiento (E): es la tensión existente en los terminales de una batería que está conectada a una carga. Sabemos que la tensión de una batería disminuye a medida que aumenta la corriente que entrega debido a su resistencia interna (R_b).
• Corriente máxima nominal (I_máx.): límite de corriente máxima que la batería puede entregar de forma permanente sin sufrir daño o pérdida irreversible de capacidad de almacenamiento.
• Corriente máxima pico (I_p): corriente extrema de corta duración (menos de 10 ms) que puede soportar una batería, sin que se produzca daño o pérdida de prestaciones, y que es varias veces más alta que corriente máxima nominal.
• Resistencia interna (R_b): es debida a múltiples factores internos de la batería. Para los cálculos se considera como una resistencia global y su valor se obtiene aplicando una fórmula (R_b = E₀-E/I) con la batería conectada a una carga y midiendo la tensión y la intensidad de la corriente. El resultado es un valor pequeño, generalmente por debajo de un ohmio, y sufre variaciones a lo largo de la vida útil de la batería.
• Capacidad (C): es la cantidad de energía que puede almacenar una batería para ser utilizada posteriormente, se mide en amperios hora (Ah). Habrás visto en alguna ocasión la capacidad expresada en vatios hora (Wh), es otra manera de decir lo mismo (Wh = Ah · E₀) pero que tiene en cuenta la tensión nominal de la batería. Toda batería tiene una capacidad nominal, medida en condiciones estándar, una capacidad real que entrega en condiciones de uso generalmente diferentes a las normalizadas o estándar y una capacidad retenida o conservada que hace referencia a la carga remanente después de un determinado periodo sin uso desconectada de una carga, se mide en porcentaje de perdida con respecto a la capacidad nominal durante un mes (mal llamada ‘autodescarga’).
• Rendimiento (%): relación entre la energía eléctrica que devuelve una batería y la que ha sido necesaria para realizar su carga. Dicho de otro modo, es una medida de su eficiencia energética.
• Densidad de energía: relación entre la energía que almacena una batería y su volumen (Wh/l).
• Densidad de potencia: entrega de potencia de una batería en comparación con su volumen (W/l).
• Energía específica: cantidad de energía que almacenar una batería por kilogramo de peso (Wh/kg).
• Potencia específica: medida de la potencia disponible que entrega una batería considerando su peso (W/kg).
• Vida útil: entendida como el número de veces que una batería puede ser sometida a procesos de carga y descarga manteniendo sus características por encima de un límite mínimo prefijado.
• Tiempo de recarga normal (h): duración de una recarga completa de batería con una fracción de la intensidad nominal, lo adecuado suele ser un 10 % de dicha intensidad en el caso de baterías plomo-acido e ion-litio.
• Tiempo de recarga rápida (h): se establecen dos variantes estándar para recargar la batería al 50% y al 99% de su capacidad nominal. Es evidente que para reducir el tiempo de carga es necesario superar en mucho el 10% de la intensidad nominal lo que provoca una elevación de la temperatura de la batería, debido a la acción de la resistencia interna, y reduce la vida útil. Dicho de otro modo, no es conveniente abusar del modo de recarga rápida salvo en tipos concretos de baterías que no se ven afectadas por ello.
• Curvas de carga y descarga: gráficas utilizadas para definir las prestaciones de una batería.
• Sobrecarga: tiene lugar cuando se continúa cargando una batería más allá de sus límites electroquímicos sin que el cargador lo detecte y por ello no es suspendido el proceso de carga.

Hemos definido el mínimo número de conceptos sobre baterías que nos fue posible y solo aquellos estrictamente necesarios que nos permitiesen una correcta explicación y que a su vez pudiera entenderse fácilmente.

Baterías de ion-litio 18650: principales fabricantes, existen las falsificaciones, características técnicas principales.

Hemos definido la celda como el elemento básico unitario que asociado a otros en montajes del tipo serie y/o paralelo conforman toda batería existente. Dependiendo de cuales sean los elementos químicos que componen la celda, las características de tensión-corriente serán diferentes.

Ya se dijo que existen muchos tipos de celdas y que aquí solo trataremos la familia de las derivadas del litio, más en concreto los modelos con formato 18650 que son aquellos con dimensiones cercanas a los 18 milímetros de diámetro y 66 mm de altura.

No hay duda que a día de hoy, en 2021, la mayoría de aparatos de todo tipo y vehículos eléctricos: bicicletas, coches, drones, juguetes, linternas, patinetes, etcétera, utilizan baterías construidas con celdas 18650.

La razón para su proliferación no es otra que su alta capacidad en comparación con su peso y con su precio relativamente bajo y en continuo descenso por economía de escala.

Supongamos que vamos a acometer el diseño de un patinete eléctrico, para ello debemos establecer las características que esperamos obtener para unas determinadas condiciones de uso.

Solo comentaremos las cuestiones que afectan a la parte de electricidad y electrónica del patinete, pasando por alto cuestiones como la resistencia y rigidez estructural, sistemas de frenado mecánico y suspensión, tipos de neumáticos, tamaños de rueda, iluminación y señalización, ergonomía etcétera.

En lo que se refiere al apartado eléctrico y electrónico principalmente debemos fijarnos:

• Potencia nominal y máxima del motor, o motores, que permitan alcanzar las prestaciones deseadas en las diversas fases de conducción. Además deberemos realizar iteraciones con el peso resultante del conjunto hasta alcanzar un equilibrio adecuado.
• Capacidad de almacenamiento de energía en la batería suficiente para atender las necesidades de potencia y autonomía programada. La potencia la podemos aumentar subiendo la tensión, la intensidad o ambas a la vez. Es deseable elevar la tensión lo mas posible, esto hará que la intensidad sea más baja y con ello tendremos menores perdidas en calor, cableado de menor sección y elementos electrónicos más livianos.
• Intensidad máxima que puede entregar la batería en condiciones extremas de funcionamiento. Cuanto mayor sea la intensidad peor será el rendimiento global del sistema.
• Electrónica de regulación y control control fiable que mantenga niveles de tensión e intensidad dentro de los márgenes de diseño. Es decir, la electrónica debe regular la velocidad dentro de los límites legales y la aceleración máxima permitida debe ser segura para el usuario y terceros. Hay que tener en cuenta que un motor eléctrico tiene un par muy elevado y puede producir aceleraciones explosivas potencialmente peligrosas.

✅ Principales fabricantes mundiales de baterías Li-Ion 18650 y análisis del datasheet de Panasonic NCR 18650B(x)

Utilizaremos el datasheet de la celda Panasonic NCR 18650B(x) aunque es perfectamente comparable a cualquier otro fabricante de calidad.

Modelos Li-ion 18650 y fabricantes punteros:

• LG: modelo INR18650 MH1, 3.200 mAh
• PANASONIC: modelo NCR18650PF, 2.900 mAh
• SAMSUNG: modelo ICR 18650 22P, 2.150 mAh
• SANYO: modelo NCR18650GA, 3.450 mAh
• SONY: modelo US18650V3, 2.250 mAh

❌ Sobre falsificaciones y fraudes habituales en las celdas Li-Ion 18650…

En la lista anterior has visto que la intensidad máxima de este encapsulado 18650 es de 3.400 mAh, sin embargo si buscas baterías 18650 baratas en tiendas online (que no controlan a los vendedores para nada), verás que se anuncian capacidades de 4.000, 5.000 y hasta 9.600 mAh (no parece tener límite). ¡NO PIQUES, ESO ES IMPOSIBLE!

Este tipo de celdas tienen una capacidad máxima que se aproxima a los 3400 mAh en su límite superior (de ahí tira más bien hacia abajo), así que sospecha de las que ofrecen más capacidad de mAh (lo puedes comprobar tu mismo en eBay, Ali-Express, Amazon, etc.) que proliferan como setas en el bosque y son un fraude (incluso hemos visto valores de 18.000 mAh, la cosa no parece tener límite).

Lo primero el peso, si te fijas en los pesos de las celdas 18650 de los fabricantes reconocidos a nivel mundial verás que el peso es de unos 46,5 a 49,5 g (rondan los 50 g por celda). Si compras un pack 10S3P debería pesar alrededor de kilo y medio. Habitualmente las falsas pesarán menos, pero estos «fabricantes» no son tontos y pronto ajustaran el peso, si es que no lo están haciendo ya.

Las celdas falsas suelen venir rellenas de arena, cemento, harina o lo que tengan a mano en ese momento rodeando una celda Ion-Li de menor tamaño por ello dan la misma tensión, pero su capacidad es muy inferior.

Tampoco te fíes de las fundas serigrafiadas con marcas conocidas, se vende funda termo-retráctil falsa de cualquier marca y modelo.

Claro está que es posible fabricar uno mismo baterías partiendo de celdas compradas en China, pero creemos haber dejado claro que existen muchas falsificaciones y fraude en la fabricación de celdas y baterías. Lo mejor es ver los comentarios y opiniones de compradores sobre el vendedor para saber si te puedes fiar.

Teniendo en cuenta el tamaño estándar, ¿no crees, sin ser químico, que si fuera posible los fabricantes punteros lo ofrecerían? o eres de los que piensan que un chino en un garaje puede superar a Panasonic y otros fabricantes de calidad; que para vender más unidades limitan la capacidad de las suyas… ¡Todo está inventado!

Volviendo con las celdas de Panasonic diremos que se trata de unas de las de mayor calidad del mercado no en vano son las seleccionadas por Tesla para sus vehículos (aunque últimamente en los modelos de alta gama utilizan unas nuevas celdas Panasonic tipo 21700 de mayor diámetro y otro método de fabricación pero en el fondo es lo mismo, eso si con mayor capacidad).

Los patinetes que aquí recomendamos son de calidad y por tanto estaremos hablando de fabricantes que utilizan este tipo de celdas 18650 por su mayor capacidad, rendimiento y fiabilidad. Es evidentes que el resto de componentes eléctricos y electrónicos de estos fabricantes también están a la altura.

Con toda esta información estaremos en condiciones de analizar el comportamiento real esperado en nuestro patinete, aunque también daremos respuesta a quienes pretenden ir un paso más allá y quieren “potenciar” sus vehículos.

En este sentido debemos decir que no hay nada gratis bajo el sol. La energía y la potencia no salen de la nada y superar ciertos límites (más allá del margen de seguridad que se reservan los fabricantes) tiene un precio y lo has de pagar: menor duración de componentes, averías, etc.

Mucho daño ha hecho, y los físicos e ingenieros lo saben bien, el mito del movimiento perpetuo y a energía gratis e infinita que sale de la nada como si en ese preciso instante el universo dejara de cumplir sus propias leyes. Es absurdo y aún no siendo posible a muchos encandila y abre la puerta a todo tipo de visionarios y gurús.

Bastan unos mínimos conocimientos de física e ingeniería, y tan siquiera eso aplicar el sentido común, para desmontar estas “soluciones mágicas” en este y en otros muchos campos; “nadie da duros a cuatro pesetas”, que diría el abuelo.

Partiendo de la siguiente premisa, si un patinete de la marca X con una potencia Y tiene una autonomía de recorrido Z según el fabricante. ¿Creemos ser capaces de extraerle una potencia 2Y?, y también que somos más listos que el equipo de técnicos que lo ha diseñado con esas características.

El fabricante sabe mucho mejor que nadie lo que demandan los usuarios y si fuera posible darlo con su patinete marca X… ¿Por qué no lo hace arriesgándose ante una competencia que fuerza los límites?, acaso no será porque quiere ofrecer una durabilidad con ciertas garantías. Recuerda, nada es gratis…

✅ Características técnicas de las celdas 18650.

Al lío… datos sacados de https://www.batteryspace.com/prod-specs/NCR18650B.pdf

⚡ Especificaciones.

• Tensión de carga: 4,2 V (4,25 V)
• Tensión de corte: 3,0 V (2,8 V o 2,5 V)
• Tensión nominal: 3,6 V (*)

(*) media de la tensión de con carga máxima y la tensión con carga mínima o tensión con la máxima descarga permitida)

Las tensiones entre paréntesis son factibles en determinadas condiciones de temperatura y modos de funcionamiento y uso, pero estaríamos “rozando el larguero” peligrosamente. Esto significa que para operar con estos parámetros deberemos afinar mucho, tener muy claro lo que hacemos, disponer de una electrónica de control fiable y además estar muy atentos con asegurar una carga mínima de reserva.

Si la batería baja de un determinado voltaje muere sin remedio y será del todo imposible su recuperación. Lo que estamos diciendo es que se puede ir más allá de los límites estándar establecidos por el fabricante del patinete, pero por tu cuenta y riesgo.

⚡ Capacidad: 3.200 mAh (*).

(*) depende de la temperatura tanto en la carga como en la descarga, temperaturas entre 25 ºC y 60º C, aumentan la capacidad, pero por encima de 30 º C las baterías sufren mayor deterioro. Dicho de otra forma, lo que es bueno para una cosa, no lo es tanto para otra. Por tanto, cargar a una temperatura ambiente de 20-25 ºC es una buena práctica.

Puedes observar que la temperatura incide directamente sobre la capacidad de las baterías 25 ºC son muy adecuados.

⚡ Ratio de carga/descarga: 0,2C; 0,5C; 1C; 2C (*).

(*) En realidad estamos hablando de limitar la intensidad de carga. C hace referencia a la capacidad de la celda (o batería si es el caso), 0,2 C significa cargar a una quinta parte de la capacidad total, es decir 0,2 x 3.200 mAh = 640 mAh, tardará cinco horas, pero cargará más, obtendremos la máxima tensión posible y aumentará la vida de la batería.

Traducido en amperios… 0,64 A mantenidos -en ese valor- durante 5 horas alcanzarán la carga total de un grupo serie preservando la vida de la celda (o batería).

Si observas las características grabadas en la etiqueta del cargador de batería de tu patinete, verás que entrega alrededor de 2 A. Es decir 0,64 A x 3 grupos en paralelo implica 1,92 A. Fíjate también que su potencia rondará los 84 vatios. 

Todo esto es válido para la operación de descarga. En general a nada le gusta el estrés al que le someten llevado a sus límites, así que cuanto más lento mejor…

Si ahora descargas a 1C tendrás una potencia máxima disponible de 350 W, que podrás superar puntualmente alcanzando descarga 2C con un total de 700 W. Por eso el motor de tu patinete seguramente será de 300 o 350 W.

Observa que la capacidad cambia con el rátio de descarga. Mira la línea de 3 voltios y verás que a 0,5 C dispones de 3.150 mAh que se reducen a 2.300 mAh en el caso de 2C. Traducido significa que las cuestas exigen mucha potencia (2C, 700 W) al igual que las aceleraciones bruscas (las salidas que haces para impresionar o simplemente disfrutar). El plan “Paseando a Ms. Dassy” (0,5 C, 200 W, 15 km/h) es más aconsejable para preservar la autonomía y vida útil de batería.

⚡ Disposición de celdas para formar baterías: 10S3P (*).

(*) este es un ejemplo típico de colocación de las celdas para formar una batería de 36 voltios: diez celdas unidas en serie y tres grupos de estos en paralelo para dar un total de treinta celdas en la batería. En términos de energía acumulada:

– 3 grupos serie x 3.200 mAh = 9.600 mAh; 36 V x 9,6 Ah = 345,6 Wh 

Otra forma de calcular…

–  30 celdas x (3,6 V x 3,2 Ah) = 345,6 Wh

Ahora bien, las baterías se reservan capacidad que no se carga (máximo 90 %) y tampoco se descarga (reserva mínima 10 %) lo que deja una capacidad útil del 80 % es decir, 345,6 Wh x 0,80 = 276,5 WH, más o menos serán las características de tu patinete: batería de 36 V / 7.800 mAh.

Esto se hace para alcanzar los ciclos de vida nominales de la celda (o batería) y conservar la capacidad de carga. Es decir para no envejecer prematuramente la batería y que con unos pocos cientos de ciclos de carga/descarga se comporte como si tuviera muchos más.

Observa, además, que a medida que vas cumpliendo ciclos de carga/descarga la capacidad de la batería se ve reducida, lo cual obliga a su vez a realizar cargas más seguidas entrando en un círculo vicioso que cada vez empeora más las cosas.

 En su “juventud”, con 100 ciclos de vida consumidos, la celda carga 3.000 mAh, pero a “mediana edad” solo es capaz de cargar 2.600 mAh. Esto supone un 14 % menos de capacidad, autonomía de recorrido, potencia, etc. No podemos evitar que los ciclos pasen, pero sí que lo hagan preservando la batería. No le exijas demasiado, si puedes evitarlo.

⚡ Intensidad máxima que se puede extraer a una celda: xx A.

Una última cuestión es conocer cuál es la corriente máxima de descarga que puede suministrar cada celda 18650 de la batería. Este dato es muy importante y sirve para determinar la potencia máxima instantánea de la que podremos disponer en un momento dado. También debemos conocer por cuanto tiempo podemos demandar tanta intensidad sin deteriorar la batería.

Como verás un poco más adelante existen celdas capaces de suministrar 35 A en descarga, esto quiere decir que cada grupo serie suministra esa cantidad, ahora debemos multiplicar por el numero de grupos serie conectados en paralelo para conocer la intensidad de descarga total de la batería.

Por ejemplo una batería en configuración 12S4P realizada con celdas Samsung modelo INR18650-30Q 3000 mAh de 15 A, puede suministrar un total de 60 A. La potencia instantánea de esta batería puede alcanzar los 2.592 W (12 x 3,6 V x 60 A) , pero con una capacidad de 518 Wh (3.000 mAh x 3,6 V x 12 x 4) no dudaría mucho tiempo en funcionamiento.

En el caso anterior tenemos claro todos los datos pero… ¿Qué ocurre si el fabricante no indica con que celdas está fabricada la batería de tu patinete?. En ese supuesto, o desarmamos el patinete para ver que tipo de celdas tenemos o mal vamos.

En el caso de Panasonic, tenemos todos los datos y sabemos que podemos llegar a 2C que equivalen a 6,4 amperios por serie, dando un total de 19,2 A. Esto supone que la batería entrega 700 W pico. Es posible que la celda alcance los 8 A en descarga 2,5 C, pero se calentará algo más y ya sabemos las consecuencias para la durabilidad de la misma.

A título de ejemplo, en este enlace del distribuidor NKON (https://www.nkon.nl/rechargeable/li-ion/18650-size.html) puedes encontrar celdas recargables con elevadas intensidades de descarga. Te ponemos algunos ejemplos (datos de celdas pendientes de comprobación en datasheet de fabricantes, pero es de suponer que sean correctos):

• Sanyo modelo NCR18650GA 3350mAh – 10 A (sin protección)
• Samsung modelo INR18650-30Q 3000 mAh – 15 A
• LG ICR18650-HE4 2500mAh – 20A
• Sony / Murata modelo US18650VTC5A 2600mAh – 35A

Se observa que existen celdas con elevadas corriente de descarga, pero ignoramos por cuanto tiempo la pueden sostener sin destruirse. Es de suponer que mientras la tensión este por encima de 2,5 voltios las podremos descargar. Solo hay un problema y es que la tensión puede caer desde los 2,8 voltios a 2,5 voltios de manera casi instantánea y no podemos «pasar de frenada».

⚡ Sistema PCB/BMS de Regulación y Control Electrónico de las Celdas.

Si no disponemos de datos fiables sobre el comportamiento de los PCB/BMS de las celdas, no sabremos en que manera «entorpecen» una carga/descarga superior a la regulada.

Los fabricantes pueden instalar baterías protegidas con PCB o sin él. Esto es importante para el balanceado de las celdas, carga y descarga máximas, protección contra sobrecargas y cortocircuitos y su desconexión. El controlador lo utiliza para tener información sobre los niveles de descarga y corriente cedida para igualar las celdas con sus “hermanas” y que todas trabajen por igual.

De momento es todo un poco misterioso, por falta de información fiable, pero estamos en ello…

Se supone que puede superarse puntualmente la intensidad nominal de descarga pero hay que tener en cuenta que la resistencia interna de la celda se opone a ello con varias consecuencias:

• Primero ocasiona una pérdida de potencia de valor P= R_i x I² que se manifiesta en forma de calor y no resulta en potencia útil.
• Segundo provoca un aumento de la temperatura y ya sabemos que eso no es nada bueno. A su vez, el aumento de temperatura incrementa la resistencia interna estableciéndose así un círculo vicioso.

✅ El tema de estabilizar la temperatura es tan importante que Tesla le ha dedicado mucho esfuerzo en investigación y desarrollo para refrigerar correctamente sus celdas 18650 y 2170 (las nuevas 4680 han reducido su resistencia interna hasta el punto que se refrigeran ellas solas). Por esta razón Tesla ha superado (a competidores que utilizan celdas de tipo NCM 622 y 811 planas con sistemas de refrigeración pasiva) en autonomía de kilómetros recorridos, potencia instantánea y realización de cargas rápidas.

Por ejemplo, la regulación electrónica de tu patinete de 300-350 W para una batería 10S3P limita la intensidad a un máximo de entre 15 y 17 amperios. Es decir, que el Control Electrónico “corta” entre 1,5 C y 1,8 C antes de llegar a 2C.

La electrónica sufre bastante trabajando todo el tiempo con la máxima intensidad, puesto que no está pensada para eso, acabará averiándose (fundiendo los fusibles de SMD o las pistas de la placa PCB. Por otro lado, no olvidemos que el motor eléctrico brushless también tiene sus propios límites.

Aún sin saber cuándo se romperían cosas, ya hemos apuntado varias veces que no es muy aconsejable forzar los componentes.

⚡ Funciones del PCB/BMS integrado en la celda o no:

El control de la celda puede estar integrado en ella o depender del controlador principal.

Si no disponemos de los datos de diseño utilizados en la fabricación de las baterías y no sabemos cómo están siendo utilizadas las celdas ni que funciones concretas tienen implementadas los BMS poco podemos decir.

Genéricamente las celdas de una batería 10S3P forman una matriz. Las podemos colocar 1×30, 10×3, etc. lo cierto es que simplemente tenemos que dar una dirección concreta a cada celda y bien de manera simultánea tratar con todas o dirigir secuencialmente un puntero para leer los datos una a una.

G1C1..G1C10; G2C1…G2C10; G3C1…G3C10 o C1…C30 o como lo hayan pensado.

En el Blog dedicaremos una página a esta cuestión en concreto en la que iremos viendo como lo hacen los diferentes fabricantes de patinetes…

Esto es todo por el momento en lo referente a las celdas de tipología 18650. Si tienes alguna duda puedes preguntar o hacer los comentarios que estimes oportunos.