Temperatura y derating: por qué la cifra lleva una condición
Toda cifra de descarga continua en una celda de litio es condicional. Entender la condición es lo que separa un número con el que se puede diseñar de uno que solo se puede citar.
Una celda nominal de 35 A continuos lo es mientras su temperatura superficial se mantiene en el corte usado por el fabricante al medir o por debajo de él —habitualmente 80 °C u 83 °C en celdas cilíndricas de alta potencia. La corriente y la temperatura son un solo enunciado, no dos. Quite la temperatura y le queda una cifra que se puede imprimir en letra grande y aplicar a cualquier carcasa.
Qué es el corte y qué no es
La temperatura de corte es una condición de ensayo, no un límite de seguridad ni un objetivo. Define el punto en que se detuvo la medición. Operar en el corte durante mucho tiempo no es «estar dentro de especificación» en ningún sentido útil: es operar en el borde del supuesto con el que se midió la cifra, sin margen para un día caluroso o una rejilla obstruida.
Por qué la condición es la mitad útil
Una cifra con su condición le dice qué diseño térmico necesita la celda. Una cifra sin condición no le dice nada que pueda comprobar. Cuando un proveedor cita una corriente y no puede nombrar el corte, la cifra es de marketing.
Derating cuando la carcasa no puede mantener la condición
Si la carcasa no puede mantener la celda a la temperatura especificada con la corriente nominal, la corriente utilizable es menor. No hay fórmula universal —la respuesta correcta sale de una medición térmica en su propia carcasa—, pero la forma de la corrección es predecible:
| Situación | Qué pasa con la corriente utilizable | Qué hacer |
|---|---|---|
| Carcasa sellada, sin flujo de aire | Cae con fuerza; el calor no tiene otra salida que la pared de la carcasa | Aplique derating, añada un camino de conducción o pase a un grado de menor corriente |
| Celdas en contacto entre sí | Las celdas centrales van más calientes que las de borde; la cadena queda limitada por la más caliente | Añada separación o un separador térmicamente conductor |
| Aire forzado disponible | Más cerca de la cifra de la ficha técnica, aún dependiente de la temperatura de entrada | Mida la superficie de la celda, no el aire de entrada |
| Ambiente alto (por encima de 40 °C) | El margen desaparece incluso a corriente moderada | Aplique derating por ambiente primero y luego por carcasa |
| Ambiente frío (por debajo de 0 °C) | Cae la capacidad de descarga; la carga puede estar prohibida | Preacondicione antes de cargar; no dé por buena la cifra en caliente |
Solo la dirección cualitativa: las cifras salen de su medición térmica, no de una tabla.
El error más común es medir la temperatura del aire en lugar de la de la celda. Un pack con aire a 35 °C puede tener celdas a 70 °C, porque el camino térmico de la celda al aire es el cuello de botella. Coloque el termopar en la lata de la celda, en la cara que mira a la parte más caliente del arreglo.
El calor no se reparte por igual
En cualquier arreglo, las celdas centrales tienen menos superficie expuesta al exterior y reciben calor de sus vecinas por más lados. Van más calientes, envejecen antes y su impedancia sube antes, lo que las calienta todavía más. A lo largo de unos cientos de ciclos, el centro del pack se convierte en el elemento limitante aunque todas las celdas fueran idénticas en el montaje.
Es un problema de diseño con respuestas mecánicas: separación, encapsulado o separadores térmicamente conductores, una placa fría metálica o, simplemente, menos celdas trabajando menos cada una. No se resuelve eligiendo una celda de mayor corriente nominal, porque esa cifra se midió bajo el mismo supuesto térmico.
Baja temperatura: otro modo de fallo
El frío no daña la celda como el calor, pero cambia lo que el pack puede hacer. La conductividad del electrolito cae, así que la resistencia sube y la caída de tensión aumenta; la capacidad utilizable baja mucho antes de 0 °C, y a −20 °C puede ser una fracción de la cifra a temperatura ambiente.
Cargar por debajo de 0 °C es un asunto aparte y más serio: el plateado de litio sobre el ánodo durante la carga en frío puede ser irreversible y es un riesgo de seguridad, y por eso la mayoría de las celdas especifican no cargar por debajo de 0 °C salvo que el pack implemente una estrategia específica para baja temperatura. Un cargador que no conoce la temperatura del pack incumplirá esto en silencio, cada mañana fría.
Un ejemplo resuelto de la decisión
Un pack de herramienta necesita 40 A continuos en una disposición 5S2P, así que cada celda lleva 20 A. La celda preseleccionada está nominala a 25 A continuos con corte a 80 °C. Sobre el papel hay un 25 % de margen.
La carcasa está sellada, las celdas van en un portaceldas impreso con huecos de 1 mm, y la temperatura superficial medida a 20 A con ambiente de 35 °C es 74 °C. Está dentro del corte, pero el margen ha pasado del 25 % a casi nada, y la condición de 80 °C suponía un camino térmico que el portaceldas no ofrece.
Tres respuestas legítimas, por orden de coste: añadir separación o un separador conductor para mejorar el camino y volver a medir; aceptar en la especificación una corriente continua menor y declararla; pasar a una celda de mayor corriente para que los mismos 20 A queden más lejos de su corte. Lo que no es legítimo es citar 25 A porque la ficha técnica lo hacía, porque la cifra se midió en una condición que el producto no reproduce.
Qué escribir en la especificación
- El rango de ambiente en el que el producto debe trabajar, expresado como rango y no como valor típico.
- La temperatura superficial de la celda que el diseño debe alcanzar a máxima corriente continua, con el punto de medición nombrado.
- La corriente con derating en el extremo superior de ese rango de ambiente, no solo la cifra a temperatura ambiente.
- La ventana de temperatura de carga y lo que hace el producto fuera de ella (bloquear la carga, reducir la tasa o precalentar).
- El ensayo que demuestra todo lo anterior, para poder reverificar la afirmación tras un cambio de diseño.
Una especificación escrita así sobrevive a una revisión de diseño. Una que cita la corriente de la ficha técnica sin condición no lo hace, porque el primer revisor que pregunte «¿a qué temperatura?» no tendrá respuesta que comprobar.
Questions this guide does not answer in passing
¿Es seguro operar una celda en su temperatura de corte?
El corte es una condición de medición, no un límite de seguridad, y no deja margen. Operar de forma continua en el corte significa que cualquier aporte extra de calor —un día caluroso, una rejilla obstruida, un ventilador desgastado— rebasa el supuesto en que se basó la cifra.
¿Una mayor corriente nominal significa que la celda va más fría?
No. Significa que la celda se nominalizó bajo una condición térmica especificada a esa corriente. Dentro de un diseño térmico pobre puede ir más caliente que una celda de menor cifra, porque se le pide más corriente en el mismo envase.
¿Por qué mi pack corta antes en invierno?
El electrolito frío eleva la resistencia interna, así que la caída de tensión aumenta y el corte por baja tensión llega antes. El pack no está vacío; ha bajado la tensión bajo carga. Calentar el pack antes de usarlo recupera buena parte del comportamiento.
¿Puedo cargar a −10 °C si cargo despacio?
Suponga que no, salvo que la documentación de la celda lo permita explícitamente con condiciones. La carga a baja temperatura arriesga plateado de litio, que es irreversible y no se ve desde fuera.
¿Cómo sé la temperatura real de la celda?
Mídala. Termopar en la superficie de la lata orientado a la parte más caliente del arreglo, registrado a máxima corriente continua en el peor ambiente que espere. La temperatura del aire dentro de la carcasa no es un sustituto.
Más guías
Seguir leyendo
¿Quiere una segunda opinión sobre su preselección?
Envíe los candidatos que está evaluando. Le diremos cuáles podemos suministrar con documentación y cuáles no.