¿Cuántos vatios puede entregar una batería de iones de litio o LiFePO4?

Técnicamente, si buscas un consumo de energía relativamente bajo, toma su capacidad (ejemplo: 60 Ah) y multiplícala por 12 V para obtener: 12 x 60 = 720 Wh, es decir, 720 W durante una hora. Pero existe una gran diferencia entre la capacidad de entrega de una batería de iones de litio y la de una batería de litio-hierro-fosfato (LIFePO4), debido a la diferente tasa C que las caracteriza. Pero vayamos en orden y expliquemos los distintos conceptos necesarios para comprender cuántos Watts puede entregar realmente una batería fotovoltaica.

Cómo comparar la capacidad de la batería

Sólo cuando tienen los mismos voltajes se pueden equiparar dos capacidades de batería por amperio hora. Si dos baterías tienen voltajes diferentes, será más apropiado utilizar Watts-hora.

1. La batería de amperios-hora es capaz de proporcionar 1 amperio durante 1 hora. Un vatio hora = un amperio hora x un voltio.

Recomendamos comparar la capacidad de la batería en vatios-hora, no en amperios-hora. Al comparar baterías con diferentes voltajes de salida, los vatios-hora son una medida más confiable para mostrar la capacidad de energía que los amperios-hora.

2. Hay dos conceptos diferentes de capacidad de la batería y potencia máxima de salida. Una batería de 300 vatios-hora sólo puede producir una potencia máxima de 100 vatios.

Considere el tanque de combustible del vehículo. La capacidad es la cantidad de combustible que puede transportar el tanque. El ritmo que puede conducir el coche es la potencia de salida. Una batería grande de Wh (o mAh) es como el motor de un tanque enorme. Un automóvil con un tanque de combustible grande puede recorrer distancias muy largas, pero esto no significa que el automóvil pueda conducir muy rápido. Una batería con una gran capacidad de amperios-hora puede durar mucho tiempo, pero esto no significa que la batería sea capaz de entregar grandes amperios.

Cómo calcular la capacidad de vatios-hora de una batería

Normalmente los vatios hora de la batería se indican en la propia batería. Por lo general, la capacidad en vatios-hora de la batería se calcula en función de la capacidad nominal de las celdas de la batería.

De lo contrario, se puede medir como: Voltios x Amperios Hora (Ah) = Vatios Hora.

Ejemplo 1: una batería de 4.400 mAh y 11,1 voltios. Primero divida la clasificación de mAh por 1000 para obtener una clasificación de Ah de 4400/1000 – 4,4 ah. Calcule ahora: 4,4 Ah x 11,1 voltios = 48,8 Wh.

Ejemplo 2: una batería de 12 voltios y 50 Ah. 50 Ah x 12 Voltios = 600 Wh.

Una batería LiFePO4 de 12 voltios y 100 amperios-hora (13,2 voltios nominales) tiene un 10 por ciento más de vatios-hora disponibles que una batería de plomo-ácido de 12 voltios y 100 amperios-hora. Veamos las matemáticas detrás de esto. Para LiFePO4 tenemos una batería de 13,2 voltios con 100 amperios de capacidad. Esto produce: 13,2 vx 100 Ah = 1320 vatios hora. Para plomo ácido disponemos de una batería de 12 voltios con 100 amperios de capacidad. Esto da: 12 vx 100 Ah = 1200 vatios hora.

La capacidad nominal de una batería generalmente se obtiene asumiendo un ciclo de descarga de 20 horas; lo que significa que una batería de 100 amperios se descargará a 5 amperios por hora durante 20 horas. Pero, en el caso de las baterías de plomo-ácido, cuanto más rápido se descarga la batería, menos capacidad hay disponible. Una batería de 100 vatios hora es capaz de proporcionar 100 vatios durante 1 hora o 20 vatios durante 5 horas.

¿Cuál es la tasa "C" de una batería?

Las tasas de carga y descarga de una batería se rigen por las tasas C. La capacidad de una batería suele ser de 1 C, lo que significa que una batería completamente cargada de 1 Ah debería proporcionar 1 A durante una hora.

La misma batería que se descarga a 0,5 C debería proporcionar 500 mA durante dos horas y a 2 C proporciona 2 A durante 30 minutos. Las pérdidas por descarga rápida reducen el tiempo de descarga y estas pérdidas también afectan los tiempos de carga.

Una tasa de C de 1C también se conoce como descarga de una hora; 0,5 C o C/2 es una descarga de dos horas y 0,2 C o C/5 es una descarga de 5 horas. Algunas baterías de alto rendimiento se pueden cargar y descargar a velocidades superiores a 1 C con un esfuerzo moderado.

Si bien las baterías a base de plomo y níquel se pueden descargar a un ritmo elevado, el circuito de protección evita que la celda de energía de iones de litio se descargue por encima de 1 C. Una batería con níquel, manganeso y/o fosfato activo puede tolerar índices de descarga de hasta 10 C y el umbral actual se establece en consecuencia más alto.

iones de litio

Los iones de litio pueden estar formados por dos productos químicos catódicos diferentes: óxido de litio y manganeso o dióxido de litio y cobalto, ya que ambos tienen un ánodo de grafito. Tiene una energía específica de 150/200 vatios hora por kilogramo y una tensión nominal de 3,6V. Su velocidad de carga oscila entre 0,7 °C y 1,0 °C, ya que cargas más altas pueden dañar significativamente la batería. Los iones de litio tienen una tasa de descarga de 1C.

Fosfato de hierro y litio (LiFePO4)

El fosfato de hierro y litio tiene un cátodo de fosfato de hierro y un ánodo de grafito. Tiene una energía específica de 90/120 vatios hora por kilogramo y una tensión nominal de 3,20V o 3,30V. La tasa de carga del fosfato de hierro y litio es de 1C y la tasa de descarga es de 1-25C.

Ejemplo de dimensionamiento del inversor

Los inversores de 12 voltios requieren aproximadamente una entrada de CC de 10 amperios por cada 100 vatios de potencia de salida utilizada para impulsar una carga de corriente alterna (CA). Ejemplo: ¿Cuántos amperios de CC requiere un inversor de 12 voltios para hacer funcionar tres luces de cuarzo de 500 vatios o un calentador eléctrico de 1500 vatios?

Respuesta:

1) Vatios totales = 1500

2) 1500 vatios/100 (de la fórmula) = 15

3) 15 X 10 amperios (de la fórmula) = 150 amperios.

Esta es la corriente CC que utilizará el inversor para impulsar la carga de 1500 vatios. Nota: Si estos 150 amperios se consumen de la batería durante una hora, se utilizarán 150 amperios de carga de la batería.

Para admitir una carga de batería de 150 amperios, debe utilizar 300 amperios de capacidad de batería para obtener la máxima duración y rendimiento de la batería de iones de litio. Pero si usamos una batería de litio-hierro-fosfato, por el contrario, dado que su tasa de C es mucho mayor, podemos usar una batería más pequeña si solo necesitamos consumir una energía muy alta durante un corto período de tiempo.