Las baterías de fosfato de hierro y litio frente a las de ion de litio para sistemas integrados

¿Has oído hablar de la (relativamente) nueva aplicación de citas Tinder? Como todavía estoy soltero y me gusta conocer a gente nueva, he decidido probarla. La idea es que aparecen al azar fotos de personas con un pequeño texto de presentación. Si estas personas te gustan, deslizas su foto hacia la derecha, y si no, hacia la izquierda. Si deslizas la foto de una persona hacia la derecha y ella también lo hace con tu foto, tenéis la posibilidad de chatear. Pues bien, me da la impresión de que debería haber dedicado un poco más de tiempo a leer las presentaciones en lugar de a mirar solo las fotos. Y es que charlar con mis candidatas apagaba la chispa que las imágenes habían encendido. Los sistemas integrados pueden dejarte a veces con la misma sensación, especialmente cuando tienen problemas de batería. Te pasas un montón de tiempo diseñando un PCB fantástico, para que luego la batería se gaste demasiado rápido o falle por problemas de temperatura. Si realmente tienes mala suerte, tu batería puede incluso encender una chispa en tu [missing word in the original text] En fin, puede que no sea capaz de emparejarte con la persona ideal, pero sí que puedo ayudarte a elegir la batería adecuada para tu placa. Dos de las opciones más populares para los sistemas integrados son, por una parte, las baterías de iones de litio (Li-Ion) y, por otra, las de fosfato de hierro y litio (Li-Fosfato o LiFePO4). Estos dos tipos tienen características de carga y descarga muy diferentes. A veces puedes usar cualquiera de los dos, pero, por lo general, una es mejor que la otra, según nuestras necesidades. Sigue leyendo para ver cuál es la más beneficiosa para ti.

Li-Ion

El amor tiene una variedad de significados diferentes en español. Yo digo que amo mi iPhone, pero también digo que amo a mi pareja. Con suerte, estos amores difieren en algunos aspectos importantes. En la misma línea, cuando la gente dice "Li-Ion" podrían estar hablando de variedades diferentes de baterías de Li-Ion. Los que tratamos aquí son la mayoría, el óxido de litio cobalto (LiCoO2). Estas baterías de iones de litio utilizan grafito para su ánodo. Leamos la presentación del Li-Ion.

  • Voltaje: 3,6 V nominal, rango de 3,0 V a 4,2 V.

  • Energía específica: 150-200 Wh/kg

  • Tasa de carga: 0,7 C - 1 C, la carga por encima de 1 C dañará la batería

  • Tasa de descarga: 1 C. Puede que no estés familiarizado con la tasa "C". Esto significa que si una batería tiene una capacidad nominal de 2400 mAh puede descargarse con una corriente máxima de 2,4 A sin dañarse.

  • Ciclo de vida: 500-1.000 ciclos. El ciclo de vida depende en gran medida de la temperatura de funcionamiento y de la intensidad de la descarga (DoD).

  • Runaway Térmico: 150°C, esto es lo que hace que las baterías de iones de litio exploten.

  • Rango de temperatura de carga: 0-40°C

  • Rango de temperatura de descarga: -25-60°C

Tinder on phone

Veamos si te emparejamos con el Li-Ion o con el Li-Fosfato. Crédito editorial: Happy Zoe / Shutterstock.com

Li-Fosfato

Tal vez ya te has decidido por el Li-Ion y lo has deslizado a la derecha, pero démosle también una oportunidad a Li-Fosfato. Su ánodo también está hecho de carbono, pero esa es una de las pocas características que comparte con el Li-Ion.

  • Voltaje: 3,2 o 3,3 V nominal, rango de 2,5 V a 3,65 V.

  • Energía específica: 90-120 Wh/kg

  • Tasa de carga: 1 C

  • Tasa de descarga: 1-25 C, con posibles impulsos de 40 A.

  • Ciclo de vida: 1.000-10.000 ciclos, con alta dependencia a la temperatura.

  • Runaway térmico: 270ºC

  • Rango de temperatura de carga: 0-45°C

  • Rango de temperatura de descarga: -20-60°C

Comparación

Cuando ya has terminado de seleccionar a las personas en Tinder, tienes la oportunidad de enviarles un mensaje. Entonces es cuando puedes averiguar un poco más sobre ellos, y posiblemente incluso compararlos. Aunque no recomiendo la comparación objetiva para las citas, creo que es una buena idea en el caso de las celdas de batería. Veamos cómo se comparan el Li-Ion y el Li-Fosfato en cuanto a seguridad, descarga y capacidad de carga.

Como ya se hemos visto, las baterías de iones de litio tienen una densidad de energía muy alta. Esto las hace atractivas para los dispositivos portátiles que consumen mucha energía, como los teléfonos móviles y los ordenadores. Pero a veces las personas extremadamente atractivas pueden ser un poco inestables, y aparentemente eso también se aplica a las baterías. El alto contenido de energía de Li-Ion hace vulnerable a la batería a posibles explosiones. Una gran cantidad de modos de fallo dificultan la cobertura de todas las bases de las baterías de iones de litio. Uno de los modos de fallo es la rápida descarga y recarga, lo que conduce a una fuga térmica. En cosas como la electrónica de mano, el ciclismo depende de la frecuencia con la que el usuario drena y recarga su dispositivo. Esto deja el destino de la batería en manos de un usuario final que no tiene conocimiento de los modos de fallo de la batería. Es cierto que ese tipo de fallo no es probable, pero es mejor estar seguro que lamentarlo después. El Li-Fosfato es un poco más sosegado que el Li-Ion. Tiene una densidad de energía más baja y una química más estable. Estas características significan que no se quemará, incluso si falla. En general, las baterías de Li-Fosfato son mucho más seguras que las de Li-Ion.

También es importante tener en cuenta las características de descarga de estas baterías. La descarga de voltaje del Li-Ion es buena, aunque no excelente. Una buena curva de descarga de voltaje es plana, lo que significa que el voltaje no se degrada a medida que se reduce la capacidad de carga de la batería. El Li-Fosfato, por otro lado, tiene una curva de descarga de voltaje excelente a las temperaturas adecuadas. La corriente de descarga entra en juego también para aplicaciones de motores eléctricos. La baja tasa de descarga de Li-Ion de 1 C palidece en comparación con los Li-Fosfatos, que pueden llegar a ser de hasta 25 C. Otra victoria para el Li-Fosfato.

A algunas personas les gusta chatear con varios candidatos al mismo tiempo. Yo no tengo la capacidad mental o emocional para esto. Siempre es importante considerar la capacidad, tanto en el amor como en las baterías. A pesar de las victorias del Li-Fosfato en cuanto a seguridad y descarga, el Li-Ion puede almacenar más energía. En el diseño de electrónica portátil, el tamaño a menudo importa. Las baterías de iones de litio pueden almacenar hasta el doble de energía por kilogramo que las de Li-Fosfato. Eso marca una gran diferencia cuando se trata de alcanzar objetivos de espacio estrictos. Así que puede que finalmente el Li-Ion tenga una cita.

phone that’s been badly burned

Fallo catastrófico de una batería de iones de litio.

Aplicaciones

Hay un montón de información que procesar en Tinder. Por eso, a menudo les pido a mis amigos que me ayuden a deslizar fotos. Tengo un pequeño consejo para ayudarte a elegir la mejor batería para tu aplicación.

Si eres una persona más estable que busca seguridad y confiabilidad, yo elegiría el Li-Fosfato. Es mejor para aplicaciones en vehículos eléctricos (EV) o instrumentos médicos, donde no te puedes permitir un fallo catastrófico. Los motores EV también se beneficiarán de la alta tasa de descarga de las baterías de Li-Fosfato.

Quizás estés un poco más al límite y quieras divertirte lo más posible en la vida. Si tus dispositivos te imitan, necesitarán una batería de iones de litio. Objetos como teléfonos móviles, ordenadores y cámaras fotográficas necesitan toda la energía que puedan obtener. También suelen tener una vida útil de unos 2 años, que las de Li-Ion pueden igualar o incluso superar.

Ahora que sabes más de lo que nunca habías querido sobre las baterías, es hora de diseñar. Puedo darte consejos de diseño en blogs, pero no puedo estar ahí cuando estás trabajando. Afortunadamente, programas como Altium Designer® sí que pueden y además tiene una gran variedad de herramientas avanzadas que pueden ayudarle a diseñar el PCB perfecto.

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