Elegir la batería adecuada para la construcción de su vehículo eléctrico

Muchos piratas informáticos han mirado su scooter, bicicleta o patineta y han decidido que sería aún mejor si solo tuviera un motor. Comenzar a electrificar el transporte personal de uno puede ser un viaje emocionante y productivo, y promete enseñar muchas lecciones sobre ingeniería mecánica y electrónica. Fundamentalmente, la clave de cualquier construcción es la batería, que tiene la máxima influencia en términos del rendimiento y la autonomía de su vehículo. Para ayudarlo, hemos preparado una guía útil sobre cómo seleccionar la batería adecuada para sus necesidades.

Las baterías vienen en todas las formas y tamaños, y en una variedad de diferentes compuestos químicos que tienen sus propias propiedades y aplicaciones únicas. Cuando se trata de vehículos eléctricos pequeños, es deseable tener una batería de bajo peso, tamaño compacto, mucha entrega de corriente para una aceleración rápida y alta capacidad para un largo alcance.

Hace 30 años, las opciones estaban limitadas a baterías de plomo-ácido, níquel-cadmio e hidruro metálico de níquel. Estos eran pesados, con baja salida de corriente, poca capacidad y tiempos de carga increíblemente lentos. Afortunadamente, las baterías de polímero de litio han aparecido mientras tanto y son más capaces en todos los ámbitos. Ofreciendo enormes tasas de descarga, carga rápida, peso ligero y alta capacidad, son sin duda la mejor opción para un vehículo eléctrico de alto rendimiento. ¡También son muy populares y, por lo tanto, también baratos!

Sin embargo, hay algunos complejos. Es importante mantener todas las celdas en un paquete con el mismo voltaje para evitar que las celdas se retrocarguen entre sí. Esto puede causar daños al paquete, o incluso explosiones o incendios. Mantener los voltajes de la batería para evitar esto se denomina "equilibrio". Se puede manejar de varias maneras, según el estilo exacto de batería que esté usando, como veremos más adelante.

Además, a las baterías de litio no les gusta que se descarguen en exceso. Como regla general, es una buena idea no dejar que las baterías caigan por debajo de 3,0 V por celda. Si no se mantiene esto bajo control, se puede arruinar un paquete, perjudicando su capacidad máxima y su capacidad para entregar corriente.

Afortunadamente, existen formas de solucionar estos problemas, y las que use dependerán de la batería que elija para su aplicación.

Una cosa es decir que debe usar una batería de polímero de litio, pero vienen en una amplia variedad de sabores para diferentes aplicaciones. El tipo que use dependerá del vehículo que esté tratando de construir, sus objetivos de rendimiento y alcance, y sus propias habilidades y deseo de construir o comprar.

Las celdas de polímero de litio tienen una clasificación nominal de 3,6 V y su capacidad se mide en amperios-hora o miliamperios-hora. Cuando busque un paquete para su vehículo eléctrico, querrá tener en cuenta el voltaje total del paquete y la capacidad. Los voltajes más altos son buenos para vehículos de mayor rendimiento y eficiencia mejorada, ya que se puede entregar más potencia a corrientes más bajas con menos pérdidas. Sin embargo, esto requiere apilar más celdas en serie, lo que puede agregar costos, y también requiere controladores y soluciones de carga más costosos. Las capacidades más altas son buenas para un rango más largo y, a menudo, se logran apilando más celdas en paralelo.

Debido a la capacidad limitada de las celdas individuales, muchos paquetes para bicicletas eléctricas y vehículos eléctricos apilan varias celdas en paralelo. Los paquetes basados ​​en 18650 a menudo se denominan con designaciones como 10S4P, lo que indica que hay 4 conjuntos paralelos de 10 celdas cada uno en la batería. Tal batería tendría un voltaje nominal de 36 V, con una capacidad de entre 10 y 14 Ah dependiendo de las 18650 celdas particulares utilizadas.

Para ensamblar un paquete, la soldadura es una mala opción debido al peligro de calentar las celdas, y los resultados suelen ser débiles desde el punto de vista mecánico. La forma más confiable es mediante el uso de un soldador por puntos para conectar las celdas con tiras de metal de terminal a terminal. Algunos optan por construir sus propios soldadores por puntos, pero si solo está tratando de poner en marcha su vehículo, esto se consideraría como un afeitado de yak innecesario. Se pueden comprar en su lugar. De cualquier manera, una vez que las celdas están conectadas, se pueden agregar cables individuales a las distintas celdas para conectarlos a un sistema de administración de baterías o BMS, una placa que monitorea los voltajes individuales de las celdas en el paquete. Esta placa acepta una conexión de un cargador de pared que se encuentra en el voltaje máximo de la batería y maneja la carga y el equilibrio para mantener la batería en buen estado, y también protege contra eventos de sobredescarga y sobrecorriente. Todo esto se puede envolver en el recinto de su elección. Gracias a la carcasa de metal de las celdas individuales, a menudo basta con una simple envoltura de plástico.

Los paquetes 18650 construidos en casa son útiles si desea personalizar un paquete según sus propias especificaciones exactas, o si desea construir a bajo costo con piezas recicladas. Sin embargo, hay mucho trabajo involucrado, y es posible que descubra que el dinero que gasta en herramientas para hacer el trabajo supera los ahorros en el camino.

Pros: puede ser barato, voltaje, capacidad y empaque personalizables Contras: requiere mucho trabajo, puede ser más pesado que otras opciones

Para aquellos que no estén interesados ​​en construir sus propios paquetes, hay otra opción. Con la proliferación de bicicletas eléctricas en todo el mundo, las piezas ahora están disponibles para aquellos que deseen emprender su propio camino. Ahora hay disponible una amplia variedad de paquetes de baterías para bicicletas eléctricas, la mayoría de los cuales están construidos exactamente con las mismas herramientas y técnicas que los paquetes caseros mencionados anteriormente. El principal beneficio de estos, sin embargo, es que alguien más ha hecho todo el trabajo duro.

Constan de 18650 celdas unidas en varias configuraciones para adaptarse a diferentes aplicaciones, están disponibles en un rango de voltajes de 36 V-60 V y ocasionalmente más, con grandes capacidades para largo alcance. La gran mayoría viene con un sistema de administración de batería integrado y un conector de carga ya conectado, y muchos vendedores también incluirán un cargador de pared adecuado.

Son una excelente opción si desea un paquete de alta capacidad que esté listo para usar, listo para usar, sin mucho alboroto. Un inconveniente, sin embargo, es que muchos de estos paquetes están un poco limitados de fábrica en términos de producción actual. Si bien el 18650 promedio es capaz de entregar una corriente significativa sin sudar, no es raro encontrar una batería de 36 V limitada a una salida relativamente baja de 15 A por el BMS integrado. Esto está bien si está construyendo una bicicleta eléctrica de 200 vatios para navegar por la playa, pero si está tratando de construir un scooter rápido para recorrer caminos de grava con un motor de 500 vatios, tendrá problemas. con el BMS cortando la energía. Esto a menudo se puede manipular, pero le quita brillo a la conveniencia de estos paquetes listos para usar.

Pros: Listo para usar, solución completa, bastante robustaDesventajas: Puede tener problemas con los límites actuales, opciones de empaque limitadas

Las baterías de polímero de litio han sido una gran ayuda para el hobby de los modelos de vuelo, con su alta densidad de potencia y su capacidad para entregar grandes cantidades de corriente en cualquier momento. Por lo general, utilizan celdas de bolsa, en las que el electrolito está contenido en una bolsa de plástico sin una cubierta exterior dura. Estos tienen una gran eficiencia de empaquetamiento y son mucho más livianos que las celdas con carcasa metálica, pero también son mucho más delicados. Las células tienden a hincharse un poco con el tiempo y son fáciles de dañar si se aprietan o perforan. Esto puede provocar incendios o explosiones y, por lo tanto, dichas celdas deben instalarse de tal manera que estén protegidas contra daños accidentales.

Diseñadas para las demandas de los aviones RC de alta potencia, estas celdas son capaces de entregar corriente a una velocidad inmensa, siendo común 20 veces la capacidad total de la batería, o 20C. Los paquetes de gama alta están fácilmente disponibles y pueden superar los 75 C, que para un paquete de 2 Ah son 150 A. Esto hace que estos paquetes RC sean útiles para aplicaciones de alto rendimiento, donde los motores grandes consumen varios kilovatios de potencia bajo carga. La compensación está en el almacenamiento, ya que los paquetes RC generalmente son bastante grandes para una capacidad determinada, debido al tamaño de los electrodos necesarios para soportar consumos de corriente tan altos. Estos paquetes generalmente solo vienen en paquetes de hasta 6 celdas en serie; a menudo necesitará dos o más agrupados para alcanzar un voltaje más adecuado para su vehículo eléctrico, donde 10 S a 12 S suele ser más deseable.

Los paquetes de alto rendimiento también tienen un alto costo, particularmente en comparación con las celdas 18650 que tienen los beneficios de las economías de escala detrás de ellas. También vienen sin ningún sistema de protección o gestión de batería. Cuando se usan en un vehículo eléctrico, pueden retirarse después de su uso y conectarse a un cargador RC estándar, o conectarse a un BMS para una solución de carga más contenida. De cualquier manera, es importante prestar atención al equilibrio y el mantenimiento, ya que estos paquetes de alta corriente son más propensos a incendios y explosiones que otros.

Pros: gran entrega actual, peso ligeroContras: precio, debe manejarse con delicadeza, necesita una solución de carga instalada

Las celdas de polímero de litio también han revolucionado la industria de las herramientas eléctricas y han hecho que las herramientas inalámbricas sean mucho más prácticas que nunca. La mayoría de las herramientas en el mercado usan 18 V, o paquetes de cinco celdas, y diferentes fabricantes usan celdas 18650 o celdas de bolsa según sus gustos. Por lo general, vienen en una caja de plástico duro con un conector patentado para conectarse a una determinada marca de herramientas. En el interior, por lo general hay un BMS básico para manejar el equilibrio de la celda y apagar todo si algo sale mal.

Los paquetes de herramientas eléctricas tienen la ventaja de ser muy resistentes, ya que están diseñados para resistir el entorno de la construcción. Las herramientas pueden consumir bastante energía, por lo que la entrega actual también suele ser bastante sólida. Un inconveniente es que estos paquetes pueden ser bastante caros, porque los fabricantes quieren encerrar a los consumidores en su propio ecosistema de herramientas. La interfaz con ellos también puede ser una molestia, debido a los conectores patentados. Las soluciones comunes incluyen clavos y cinta adhesiva, impresión 3D o simplemente destripar herramientas viejas. La carga se maneja simplemente conectándola al cargador estándar, y las baterías tienen la ventaja de ser fácilmente intercambiables en caliente por diseño. Como a menudo ya están tirados, pueden ser una excelente manera de probar la construcción de un vehículo eléctrico antes de invertir en una solución de batería permanente más adecuada.

Pros: Fácilmente intercambiable en caliente, ya tiene algunos, resistentesContras: Conectores patentados caros, no particularmente eficientes en el espacio

Tenemos la suerte de tener más opciones de batería ahora que nunca y, a medida que las capacidades y la potencia continúan aumentando, seguimos viendo vehículos eléctricos nuevos y más innovadores que nunca. Al sopesar los factores relevantes y elegir cuidadosamente, puede elegir la solución óptima para el vehículo especial en su vida. Con suerte, esta guía le resultará útil para orientarlo en la dirección correcta con sus propias compilaciones, y cuando haya terminado, ¡asegúrese de escribirnos!