Cómo elegir una celda de ion-litio para un pack

La selección de celdas falla en un orden predecible. Primero alguien elige una referencia que ya usó antes. Después el pack se diseña alrededor de las dimensiones de esa celda. Y al final alguien comprueba si la celda puede entregar la corriente que pide la carga, y descubre que no puede — o que sí, pero solo mientras la celda se mantiene por debajo de una temperatura que la carcasa nunca alcanza. La secuencia siguiente hace esas mismas comprobaciones en orden inverso, que es el orden que sobrevive al contacto con un prototipo.

Paso 1 — Anote la carga, no la celda

Cuatro números deciden casi todo lo que viene después, y ninguno aparece en el listado de un distribuidor:

• Corriente de pico y cuánto dura (un pico de 60 A durante dos segundos es un requisito distinto de 60 A durante dos minutos).
• Corriente continua: la cifra a la que el pack trabajará la mayor parte de su vida, no la de la página comercial.
• Ciclo de trabajo: con qué frecuencia vuelve la carga y qué parte de ese tiempo trabaja realmente el pack.
• Autonomía o energía requerida al final de la vida útil, no al principio.

Si los cuatro números no están escritos antes de la preselección, la preselección es una conjetura. En la práctica, la cifra de corriente continua y la de autonomía tiran en direcciones opuestas, y todo el trabajo de selección consiste en decidir cuánto de una se cambia por la otra.

Paso 2 — Convierta el ciclo de trabajo en corriente por celda

A una celda solo se le pide su parte de la corriente del pack. Esa parte la fija el número de paralelos, así que la aritmética tiene que ocurrir antes de comparar celdas:

El número de series fija la tensión; el de paralelos, la corriente que ve cada celda. Ambos los decide tanto la envolvente mecánica como el requisito eléctrico.

La primera fila merece una segunda lectura. Un pack que parece de 30 A es un diseño de 7.5 A por celda, y una 21700 de gama media con 9.8 A continuos lo cubre con margen. Elegir una celda de 60 A para ese pack no aporta nada salvo coste y menos capacidad en la misma lata.

Paso 3 — Aplique el corte por temperatura antes de fiarse de la cifra

Una cifra de descarga continua solo es válida mientras la celda se mantiene dentro de la temperatura que el fabricante fijó al medirla: habitualmente 80 °C u 83 °C de temperatura superficial en celdas cilíndricas de alta potencia. El número no es una propiedad de la celda sola; es una propiedad de la celda más un camino térmico.

Aquí fallan la mayoría de los primeros prototipos. Una celda especificada a 35 A en aire libre a 25 °C de ambiente no entregará 35 A dentro de un recinto sellado sin ventilación, porque alcanza su corte antes y el pack o se autorregula a la baja o trabaja más caliente de lo que suponía el diseño. Si la carcasa no puede garantizar la condición, reduzca la cifra hasta que pueda y escriba esa reducción en la especificación en lugar de dejarla como supuesto.

Paso 4 — Compruebe la impedancia, y vuelva a comprobarla al final de la vida útil

La impedancia decide cuánta tensión pierde el pack bajo carga, y sube con la edad. Dos celdas con la misma capacidad pueden diferir en un factor de dos en DCIR, y la de mayor impedancia llegará antes al corte por baja tensión con la misma corriente, lo que el usuario interpreta como un problema de capacidad.

Merece la pena hacer la aritmética a mano una vez. Una celda con 25 mΩ de DCIR que lleva 7.5 A cae 188 mV. Trece en serie caen 2.4 V en el pack. Si el pack corta a 3.0 V por celda, esa caída consume una porción significativa de la ventana útil antes de que las celdas estén cerca de vaciarse. A media vida, con la impedancia un 50% más alta, la misma corriente consume otro tanto.

La impedancia en alterna a 1 kHz (ACIR) es la cifra que publican la mayoría de las fichas técnicas, porque se mide rápido. El DCIR bajo un pulso de corriente se acerca más a lo que el pack experimenta. Donde existan ambos, diseñe contra el DCIR; donde solo haya ACIR, trátelo como cota inferior y no como valor de diseño.

Paso 5 — Ajuste la aceptación de carga al ciclo de trabajo

La corriente de carga es la restricción que se olvida hasta la primera queja en campo. Un pack que debe estar listo en una hora necesita una celda cuya tasa máxima de carga lo permita: a 5,000 mAh, una carga de 1 C son 5 A y una de 5 C son 25 A, y esa diferencia decide si el producto sirve en una operación por turnos.

Carga estándar y carga máxima son columnas separadas por una razón. La cifra estándar es aquella a la que se midió la vida útil en ciclos; trabajar de forma continua en la máxima acorta la vida, y la ficha técnica suele decirlo en una nota al pie y no en un titular. Cargar por debajo de 0 °C es una prohibición aparte: la mayoría de las celdas exigen una tasa reducida o ninguna carga, y un pack sin cargador sensible a la temperatura la incumplirá sin avisar.

Paso 6 — Confirme la envolvente, el terminal y el método de soldadura

Las restricciones mecánicas eliminan más candidatos que las eléctricas. Los máximos de diámetro y altura, el tipo de terminal (plano, resaltado, con lengüeta) y el método de interconexión deben quedar resueltos antes de cerrar la preselección:

• Las celdas cilíndricas necesitan soldadura por resistencia o soldadura láser para la interconexión. Soldar directamente sobre la lata de la celda no es un método de producción aceptable: el calor daña el cierre y las conexiones internas.
• La geometría del portaceldas varía entre formatos nominalmente idénticos; un portaceldas diseñado para una celda de 65.0 mm puede no admitir una de 65.2 mm.
• Si el pack usa un portaceldas de plástico, compruebe el diámetro máximo de la celda con la funda incluida, no el de la lata desnuda.

Paso 7 — Pida la documentación antes de la cotización

La pregunta por la documentación es un criterio de selección, no papeleo. Pida el resumen de ensayos UN38.3, la ficha de datos de seguridad correspondiente a la configuración de envío y los números de certificado con la lista de modelos que cubren. Un proveedor que no puede presentarlos está diciendo algo también sobre el resto de su respuesta.

En este sitio cada especificación lleva su procedencia: los valores leídos de una ficha técnica del fabricante se marcan como verificados y el PDF va enlazado; los modelos sin ficha archivada se marcan como pendientes. Esa distinción importa en este paso: un modelo pendiente puede seguir siendo la celda correcta, pero está diseñando contra una cifra no verificada, y conviene saberlo antes del primer prototipo y no después.

Dónde deja de funcionar esta secuencia

El orden anterior supone un servicio más o menos continuo y un entorno térmico que usted controla. Tres casos rompen el supuesto, y cada uno exige un enfoque distinto:

• Pulsos muy cortos y muy altos (cientos de amperios durante milisegundos): la cifra relevante es la capacidad de pulso y la impedancia, no la corriente continua, y la masa térmica de la interconexión importa tanto como la celda.
• Frío extremo: la aceptación de carga se hunde por debajo de 0 °C y la capacidad utilizable baja bastante antes. La selección debe partir del requisito en frío, no de la ficha a temperatura ambiente.
• Productos críticos para la seguridad o regulados: la norma que el producto debe cumplir (IEC 62133-2 para portátiles, IEC 62619 para industrial) condiciona la elección de celda antes de que importe toda la aritmética anterior.

Si la aplicación es una de esas tres, recorra la secuencia pero empiece por la condición límite en lugar del perfil de carga; el resto del método no cambia.

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