Batería de litio de bricolaje: 2 años después, mi configuración casera sigue siendo fuerte

Dos años después de construirlo, el ingeniero Andy Pag comparte algunas lecciones sorprendentes sobre el rendimiento de su configuración de batería doméstica de litio...

Laguna de Andy Pag 410 Cushla

Todas nuestras necesidades de energía, para dos de nosotros, viviendo a tiempo completo a bordo de Cushla durante los últimos dos años, han sido satisfechas por el banco de baterías de litio que ensamblé a partir de celdas de litio individuales.

Usé 16 celdas LiFePo4, cada una de 3,2 V y 120 Ah. Conectando cuatro celdas en paralelo creé lo que llamo una 'supercelda' de 3.2V 480Ah, y puse cuatro superceldas en serie para crear la batería de 480Ah 12V. Tengo un sistema de monitoreo de batería Daly (BMS) clasificado para 250A. Esto protege la batería de litio de varias maneras.

En primer lugar, actúa como un disparo de 250A. Técnicamente, las baterías de litio se agotarán y cargarán a una corriente equivalente a 1C, su clasificación de amperios por hora, por lo que en mi caso 480A, pero no hay nada en el barco que consuma tanto, por lo que 250A es un buen margen de seguridad. En segundo lugar, protege las células individuales manteniéndolas equilibradas.

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La clave para que una batería de litio tenga una buena capacidad es que todas las celdas estén en equilibrio. Al construir la batería, el primer paso es "equilibrar al máximo" las celdas; poner todas las celdas en paralelo y cargarlas hasta 3.65V.

Este es el voltaje en el que están casi todos cargados al 100%. Luego, a medida que la corriente entra y sale de la batería, todas las celdas subirán y bajarán juntas. Con el tiempo, una o dos celdas pueden desviarse y eso significa que cuando coloque su carga de 14,6 V, algunas celdas serán más bajas, pero otras superarán los 3,65 V.

La sobrecarga puede dañarlos o, peor aún, hacer que se sobrecalienten. Descubrí que la función de equilibrio en el BMS realmente no tiene el poder para mantenerse al tanto de las supercélulas de gran capacidad de 480 Ah y cada 12 meses he tenido que desarmar la batería y equilibrarla nuevamente. Toda la operación toma alrededor de un día si la planeas bien.

El banco de baterías de litio doméstico de 480 Ah de Andy Pag utiliza celdas de litio individuales conectadas en serie y en paralelo. Puede alimentar todo, desde su tetera, tostadora y lavadora con su batería de litio, pero no todo al mismo tiempo. El factor limitante es el inversor del barco, no las celdas de litio.

A LiFePo4 tampoco le gusta que lo carguen a temperaturas bajo cero. El sistema de gestión de la batería protege contra esto cortando la batería. Si su embarcación se encuentra en un clima frío, piense en cómo crear un espacio calentado alrededor de la batería para que no se corte justo cuando las condiciones se congelan.

Elegí las celdas de mayor capacidad disponibles en ese momento. Al usar celdas, calculé, si alguna fallaba, podría cambiarla sin tener que comprar una batería completamente nueva. Pero solo un año después, las celdas de 120 Ah estaban bastante obsoletas y ciertamente difíciles de encontrar.

Lo más cercano que pude encontrar fue 240Ah. El ritmo de desarrollo y de caída de precios ha sido asombroso. Ahora, si una de mis células muere, tendré que actualizar todo el sistema.

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A las celdas LiFePo4 les gusta que se carguen a no más de 3,65 V cada una o 14,6 V. Configuré mis cargadores a 14.4V ligeramente más bajos. Supuestamente pone menos estrés en la química y las células durarán más. También da algo de margen: si una de las celdas está desequilibrada, no se sobrecargará.

El monitor de batería se conecta al teléfono y la tableta a través de bluetooth. El software es torpe y defectuoso, pero hace lo que tiene que hacer. La comprobación de 'Diff Volt' es una tarea de mantenimiento semanal. Si las celdas están desequilibradas en más de 100 mV, es hora de sacar las celdas y equilibrarlas.

Asegúrese de que todas las fuentes de carga de la batería estén sintonizadas para mantenerse por debajo de 14,6 V; controlador de carga solar, toma de puerto, generador y alternadores de motor.

Mucho se habla de que los alternadores se sobrecalientan si se les pide que carguen baterías de litio. El tropo es que los alternadores no están diseñados para generar su corriente máxima durante mucho tiempo sin calentarse.

No he probado esto extensamente ya que mi conjunto de paneles solares me da mucho jugo, pero cuando lo probé, descubrí que mantener altas las revoluciones del motor significa que el ventilador del alternador es más que un rival para el calor generado, así que pruebe su sistema antes de derrochar en un limitador de corriente o un alternador mejorado.

De acuerdo con mi lectura de mi póliza, siempre que todos los sistemas estén instalados según el código, no hay margen de maniobra para que las aseguradoras de embarcaciones dejen de cubrir una embarcación con baterías de litio.

Como ingeniero calificado, estoy feliz de aprobar el sistema. Pero vale la pena y es un ejercicio aleccionador pensar en las consecuencias de la falla de la batería.

Cuando hiervo el hervidor (2kW), extrae casi 150 A de la batería. Eso es suficiente para soldar metal, por lo que es más que suficiente para que la resistencia de una conexión corroída brille al rojo vivo.

Tenía esto en el interruptor de corte del inversor que, afortunadamente, noté debido a la caída de voltaje entre la lectura del inversor y la lectura del BMS.

Fig. 1: Curva de carga para LiFePo4. El voltaje de una celda de litio muestra si está llena o vacía. Acercándose a la carga completa, salta a 3,65 V. El BMS usa esta característica para desconectar la batería, evitando la sobrecarga. El rango por celda es de 3 V a 3,65 V o de 12 V a 14,6 V para el banco de baterías.

Constantemente comparo las lecturas de voltaje y controlo las temperaturas de conexión con un termómetro láser. Esta es la mejor manera de encontrar conexiones corroídas y es un trabajo de mantenimiento que debe realizarse con regularidad. Ahora pulo todos los conectores de anillo con grano 400 en un bloque plano y unto todo con grasa dieléctrica.

He invertido en buenas herramientas de crimpado para cables de calibre pequeño y grande. Después de años de engarzar mal los conectores con pinzas, es un placer usar estas cosas.

Si comenzara hoy, podría buscar baterías de litio estándar, que son más baratas que las celdas de bricolaje en estos días y se equilibran mejor, pero definitivamente me desharía del ácido de plomo.

Fig. 2: Curva de descarga para LiFePo4. Las baterías de litio tienen una resistencia interna más baja que las de plomo ácido, por lo que las corrientes altas pueden fluir durante más tiempo y se cargan más rápido. No sufren caídas de voltaje cuando se descargan, incluso si entregan altas corrientes.

Hay una diferencia entre las baterías de iones de litio y las de hierro y litio (también conocidas como fosfato de hierro y litio o LiFePo4). Los teléfonos y dispositivos electrónicos utilizan iones de litio.

Si no se construyen correctamente, los cristales pueden crecer dentro de la batería y, finalmente, estirarse entre los terminales positivo y negativo, provocando un cortocircuito y generando suficiente calor para iniciar un incendio.

Las aplicaciones de mayor capacidad, como las baterías domésticas, se adaptan mejor a la química del litio y el hierro, y aunque no son inmunes a incendiarse, la química interna significa que el crecimiento de cristales no es un problema tan grande.

Ponerles demasiados voltios puede hacer que se calienten y se deformen, creando un riesgo. Perforar una celda también podría causar un cortocircuito interno y un incendio, así que proteja las celdas de las partes móviles del motor o la caja de cambios que podrían salir volando.

Esta función apareció en la edición de noviembre de 2022 de Practical Boat Owner. Para obtener más artículos como este, incluidos bricolaje, consejos para ahorrar dinero, excelentes proyectos de embarcaciones, consejos de expertos y formas de mejorar el rendimiento de su embarcación, suscríbase a la revista de navegación más vendida de Gran Bretaña.

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