Las baterías de iones de litio son tus amigas

¿Necesitas algún tipo de batería para un proyecto? ¡Siempre puedes encontrar algunas baterías de iones de litio (LiIon)! Están en nuestros teléfonos, computadoras portátiles y una gran cantidad de otros artículos que funcionan con baterías de todas las formas y tamaños; como piratas informáticos, nos encontraremos trabajando con ellos cada vez más. Las baterías de iones de litio son inigualables en lo que respecta a la capacidad de energía, la facilidad de carga y todas las formas y tamaños en los que puede obtener una.

También hay conceptos erróneos sobre estas baterías: malos consejos dando vueltas, videos aterradores de dispositivos que se incendian y también una falta de comprensión mundana. Hoy, me gustaría brindar una descripción general de cómo tratar sus baterías LiIon correctamente, asegurándome de que le sirvan bien a largo plazo.

¿Qué es una batería? Pila flexible de células

Las baterías de iones de litio son nuestras amigas. Ahora, no puede haber una amistad adecuada si ambos no se entienden. Las baterías de iones de litio son adaptadas a las necesidades humanas por la fábrica que las produce. En cuanto a nosotros, los piratas informáticos, querremos aprender algunas cosas.

Lo primero que debe aprender: una sola "unidad" de LiIon se llama celda. Una computadora portátil promedio contiene tres o seis celdas de iones de litio, un teléfono tendrá una, una tableta tendrá de una a tres. Lo que llamamos una "batería" es típicamente una o más celdas, junto con un circuito de protección, una carcasa y un conector separado, generalmente los tres, pero no siempre. El voltaje típico es de 3,6 V o 3,7 V, donde el voltaje máximo es de 4,2 V; estos están definidos químicamente, son los mismos para la mayoría de los tipos de celdas y casi siempre están escritos en la celda.

En las baterías de celdas múltiples, las celdas están dispuestas en una combinación de disposiciones en serie y en paralelo, lo que se denomina "configuración". Por ejemplo, una batería típica de computadora portátil de 6 celdas podría describirse como una configuración "3s2p", lo que significa "tres secciones en serie, en las que cada sección consta de dos celdas en paralelo". El voltaje de dicha batería se describe típicamente como uno de los voltajes de la batería multiplicado por el número de etapas en serie; El voltaje de la batería 3sXp se puede etiquetar como 10,8 V, 11,1 V o 12,6 V.

Las celdas paralelas se pueden tratar funcionalmente como una celda de mayor capacidad; por ejemplo, si tiene dos celdas de 1000 mAh y necesita una capacidad de 2000 mAh, puede conectar las dos celdas en paralelo y obtener exactamente lo que necesita. Asegúrese de no poner en paralelo celdas de capacidad significativamente diferente; entonces, una de ellas tomará más corriente de carga de la que posiblemente debería. Esta disposición tiene un problema: si una de las células falla internamente y comienza a autodescargarse, también hace caer a todas las demás células sanas conectadas en paralelo. Es posible que haya encontrado este modo de falla si alguna vez desarmó la batería de una computadora portátil descargada.

Formas y tamaños, exactamente iguales

Existen diferentes factores de forma física para las células: cilíndricas, de saco y prismáticas. 18650 es el formato de celda cilíndrica más popular, donde 18 significa diámetro y 65 significa longitud (en milímetros). Este tipo de celdas, por lo general, las verá en computadoras portátiles y baterías de herramientas eléctricas, dispositivos de transporte eléctrico de todo tipo.

Las celdas de bolsita y prismáticas suelen ser rectangulares, con excepciones como las celdas cilíndricas en los vaporizadores desechables. Los verá en teléfonos, computadoras portátiles más delgadas, tabletas y, en general, en todo tipo de dispositivos móviles. Me referiré a las celdas de factor de forma rectangular como "celdas de bolsillo" indistintamente.

A menudo verá el término "LiPo" usado en línea cuando se habla de baterías de helicópteros, o simplemente unas pocas bolsas de celdas. La tecnología LiPo es un subconjunto de la tecnología LiIon, generalmente empaquetada en celdas de bolsa, y es lo mismo que LiIon para los fines de este artículo. LiFePO4 también es un subtipo de LiIon, difiere en algunos aspectos importantes, como los voltajes, pero la mayor parte de este artículo aún se aplicará.

No importa qué celdas LiIon use, ya sea un 18650, un paquete de celdas individuales "LiPo" o una celda de bolsa que sacó de un teléfono inteligente muerto, los componentes electrónicos necesarios generalmente siguen siendo los mismos, principalmente gracias a los voltajes. involucrados para ser el mismo. Por ejemplo, si tiene una placa ESP32 con una entrada JST-PH de 2 pines para una batería, funcionará si tiene un 18650 en un soporte con cables soldados o una celda de bolsa que obtuvo de Adafruit. No es magia arcana, solo tienes que seguir algunas reglas. Esto es todo lo que podrías querer saber.

Saca tu multímetro

A las baterías de iones de litio no les gusta que se descarguen en exceso; como regla general, no desea obtener una batería de iones de litio por debajo de 2,5 V a 3,0 V, dependiendo de la cantidad de corriente que intente extraer a ese voltaje. Por debajo de un cierto voltaje, las baterías LiIon sufren cambios irreversibles y pierden su capacidad. 3,0 V es mi umbral personal, asegurándome de que mis baterías duren aún más. No, no es necesario que agregue un ADC a su carga útil; solo asegúrese de que su batería tenga un circuito de protección; generalmente están configurados para proteger contra sobrecargas de 2.5 V, y también puede obtener 3.0 V si lo desea.

Si descarga suavemente, su batería durará más. Esta es la razón por la que el "0% de batería" de su teléfono no es el 0% real de la capacidad de la batería; por lo general, queda algo de jugo, pero al usarlo, la capacidad de la batería se vería afectada a largo plazo. Esta es también la razón por la que algunas computadoras portátiles tienen una limitación del nivel de carga de la batería del 80% accesible por BIOS para extender la vida útil del paquete: cambia algo de capacidad operativa por esto, pero es una compensación que vale la pena considerar.

TP4056 es el mejor amigo de un hacker cuando se trata de baterías LiIon, ¡y ahora viene en un sabor "USB-C no compatible"!

Las baterías de iones de litio quieren cargarse correctamente. Verá que se menciona CC/CV: esto se refiere a "corriente constante/voltaje constante", donde primero se alimenta la batería con corriente constante y la celda aumenta su voltaje a medida que se carga, y una vez que su voltaje alcanza cierto umbral, el modo de carga. se cambia para mantener el voltaje de carga algo constante y disminuir la corriente con el tiempo. Este proceso de carga de dos etapas requiere un IC de carga; afortunadamente, esos son omnipresentes. Si tiene un dispositivo que acepta una batería LiIon, probablemente tenga un cargador incorporado; para sus propios dispositivos, los cargadores son fáciles de encontrar como módulos.

Cuando trabaje con celdas pequeñas de menos de 1000 mAh, querrá asegurarse de que la corriente de carga sea la mitad de la capacidad de la batería, o incluso menos; por lo tanto, para una celda de 1000 mAh, sería de 0,5 A o menos. Por ejemplo, los siempre presentes módulos TP4056 están configurados para una corriente de 1 A. Digamos que trató de cargar una batería de 100 mAh con eso; este es uno de los casos raros en los que la celda podría estar muy descontenta con su tratamiento. Afortunadamente, para los módulos azules "TP4056", todo lo que se necesita es cambiar una resistencia, ¡y las placas TP4056 a menudo también incluyen un circuito de protección!

Protección y Monitoreo

Recuerde: las celdas LiIon pueden poner mucha corriente en cualquier cosa que conecte a sus terminales. Cuando trabaje con celdas desprotegidas, es importante que no las cortocircuite accidentalmente. Por ejemplo, si desea reparar un banco de energía, primero desuelde el terminal negativo, al igual que con las baterías de automóviles. Esto reducirá las posibilidades de que cortocircuite el pin positivo a tierra con su soldador; esto activará el circuito de protección, provocará una pequeña chispa y posiblemente hará que la batería pierda parte de su capacidad. Esta es otra razón por la que tiene un circuito de protección: estos disparos se deben a eventos de sobrecorriente.

El tipo de error que aprendes a evitar rápidamente

Recapitulemos: con una batería de una sola celda (o de una sola etapa), querrá un circuito de protección y habrá un cargador en algún lugar de la imagen. Para los paquetes de LiIon donde varias celdas están conectadas en serie, querrá un circuito de protección que esté conectado a las conexiones entre celdas, para un control de sobredescarga adecuado, y también querrá algún tipo de equilibrio conectado a estos, asegurando que las secciones individuales. de la batería no se sobrecargue. Esta combinación de balanceo de circuitos y protección a menudo se denomina "BMS" (sistema de administración de baterías).

Si termina teniendo suficientes baterías o celdas sin usar, hay algo que podría mejorar. Se ha observado que no debe almacenar sus baterías durante períodos prolongados con una carga del 100 %, ya que esto podría provocar una pérdida de capacidad; una carga del 50 % al 60 % es un mejor nivel de almacenamiento. Por lo tanto, si desea colocar sus celdas en un estante durante unos meses o más, es mejor si primero las lleva a 3,8 V-3,6 V. No es que el almacenamiento de carga completa acabe con la batería, no puedo negarlo. He almacenado la mayoría de las celdas mías completamente cargadas y hasta ahora no ha sido un placer. Esto es mucho más preocupante con las baterías de bolsa LiPo que con las celdas LiIon.

Manipulaciones mecánicas

No es que doblar una batería de iones de litio sea catastrófico; sin embargo, no le hagas eso a las celdas que te interesan.

Si alguna vez necesita usar fuerza contundente para quitar una celda pegada, use herramientas de plástico no afiladas en lugar de las de metal, e intente encontrar otra forma primero. Supongamos que desea liberar una celda de bolsa de una tableta vieja. Primero, intente rociar cantidades generosas de isopropilo debajo de la batería y deje que se ablande, y gire la celda en lugar de doblarla; es posible que no necesite ninguna herramienta. Si necesita sacar la celda con algo, use una tarjeta de crédito vieja cortada. Por lo general, no se recomienda el uso de calefacción (es decir, secador de pelo).

Una cosa que le recomiendo enfáticamente que evite es perforar una célula del saco inflamado. Por supuesto, a veces se produce un golpe accidentalmente al restaurar las cosas, y estarás bien si te alejas un poco más de la celda, pero no vayas a hacer agujeros en las almohadas de especias para divertirte.

Para las celdas 18650 (cilíndricas), es más difícil perforarlas, pero aún es posible. Uno de estos estuches desarma la batería de una computadora portátil, cortando el plástico de la batería con herramientas de metal afiladas. ¡Tenga cuidado! El caso es el terminal negativo, por lo que si corta la envoltura retráctil, no haga contacto con la punta positiva. Sin embargo, si la cubierta de plástico 18650 falta o está rota, está bien; es solo un tipo especial de termorretráctil, puede comprarlo barato y colocarlo en la celda con aire caliente.

Dichos soportes son indispensables si desea utilizar celdas 18650

Si desea utilizar 18650 en sus propias creaciones, lo mejor que puede hacer es proporcionar soportes o imprimir algunos. Lo segundo mejor es soldar tiras de metal por puntos (algunos talleres lo harán por usted) y soldar cables a estos. Soldar directamente a 18650 celdas es un tema complicado. El consenso es que se puede hacer, pero es mejor si no lo haces.

Es mejor aplicar calor a una carcasa de celda 18650 en pequeñas cantidades; por lo tanto, usar un soldador de mayor potencia durante períodos cortos de tiempo es probablemente la forma más segura de hacerlo. Tal vez uno de tus amigos o un hackerspace cercano tenga un soldador por puntos que puedas usar en su lugar, ¿o puedes construir el tuyo propio?

El almacenamiento de celdas y baterías a largo plazo no es ciencia espacial: un estante libre servirá. Asegúrese de que no estén mecánicamente en riesgo, es decir, no se caerán, no hay nada pesado/afilado sobre ellos, yadda yadda. Para celdas de bolsa sin circuitos de protección, querrá envolver los terminales expuestos en algo así como cinta kapton mientras están almacenados, y colocarlos de alguna manera segura contra incendios por si acaso. Para los 18650, hay cajas de plástico baratas en las que puedes guardarlos. Las cajas de munición pueden ser tentadoras, pero asegúrate de que el metal no cortocircuite las celdas mientras retumban en el interior.

Sea selectivo al hacer amigos

Como piratas informáticos, podemos obtener células LiIon de una gran variedad de fuentes diferentes. Esto es increíble porque nuestros proyectos vienen en todas las formas y tamaños: algunos estarán bien con un 18650, otros pueden funcionar con una batería de teléfono inteligente o una celda plana rasgada de ultrabook, algunos son lo suficientemente pequeños como para que tal vez una batería de vapor sea mejor. apuesta

¿Corrosión en el circuito de protección o en sus terminales? Basura que.

Sin embargo, no todas estas células serán buenas para usted: hay algunos indicadores fáciles de que la célula no está sana y posiblemente está dañada internamente, y estas son las señales que debe tener en cuenta. Te daré un acrónimo: LUSH, que significa "Lacelerado, tunervioso, Sdesagradable, Hcomió".

¿Está cortado el revestimiento plateado de la celda de la bolsa? ¿Su 18650 está dañado de lado? ¿Has manipulado un paquete LiPo de coche RC y ahora está comprimido como no lo estaba antes? Si es así, recíclelo en lugar de reutilizarlo. Es bueno tener un pequeño hoyuelo en su terminal negativo 18650 mientras usa tijeras de hojalatero para eliminar residuos de tiras soldadas por puntos. Además, por lo general no hay mucho espacio libre mecánico entre la pared lateral de la celda y sus capas internas de electrodos, y la compresión de estas capas es un punto potencial de falla.

Si la celda es inferior a 2,5 V, utilícela. Si su celda tiene un circuito de protección y la salida de ese circuito es de 0 V, es posible que desee medir frente al circuito de protección, directamente en los contactos de la celda, por lo general, cortando suavemente una cinta adhesiva o de plástico donde sea necesario, tal vez usando agujas de coser sostenidas contra las sondas de su multímetro. Una vez más, si está por debajo de 2,5 V, pruébelo y considere mantener el circuito de protección, ¡podría ser útil más adelante! También sea razonable: si desmontó la batería de una computadora portátil donde dos secciones están a 3.5V y una a 3V, es mejor que use la última.

Bin este también.

La pérdida de capacidad significa que la celda está dañada y no desea utilizar una celda LiIon dañada. Por ejemplo, los fabricantes de computadoras portátiles usan indicadores de daños en las celdas (sobrecarga, sobrecarga y sobrecalentamiento) como desencadenante para apagar el controlador de la batería y bloquear toda la batería, y tiene sentido, porque no quieren tener la responsabilidad. Incluso entonces, la pérdida de capacidad severa general no suele considerarse un desencadenante de dicha protección. Dicho esto, si una batería tiene una capacidad inferior para su tamaño o clasificación, tírela a la basura.

Cuando cargue la batería por primera vez después de que se haya liberado de su host anterior, asegúrese de que no se caliente notablemente; si lo hace, tírela a la basura. Después de cargar, mida el voltaje y anótelo. Disminuirá gradualmente después de que deje de cargar, pero no debería caer demasiado. Si cae más de 0,3 V desde donde estaba después de que dejó de cargar, o simplemente sigue cayendo y cayendo durante la semana, deséchelo: los altos niveles de autodescarga generalmente van de la mano con la pérdida de capacidad.

Espera, ¿qué pasa con esos incendios?

Los riesgos de incendio con baterías de celdas de iones de litio en casos típicos de uso de piratas informáticos son insignificantes. Después de todo, generalmente tenemos miles de celdas LiIon en nuestra vecindad general: considere todos los teléfonos, computadoras portátiles, automóviles eléctricos y similares, y hacen maravillas a largo plazo a través de miles de ciclos. Los incendios típicos de LiIon ocurren debido a daños mecánicos en la celda, negligencia severa de sus requisitos eléctricos y, en raras ocasiones, mala producción. Habiendo aprendido a tratar bien sus celdas y desecharlas cuando se le solicite, está bien equipado para evitar que ocurran incendios en las baterías. ¿Desea obtener más información sobre la seguridad contra incendios de las baterías de iones de litio específicamente? Nuestro colega habló en profundidad sobre esto.

Cuando necesita deshacerse de una batería de iones de litio descargada o con poca carga, ¿naturalmente se preocupa por los terminales en cortocircuito o por la perforación de la celda después de tirarla? Buenas noticias: una batería completamente descargada está completamente a salvo de cualquier accidente, ya que ya no tiene energía interna para la combustión.

¿Cómo descargar completamente una celda? Primero, puede cortocircuitar los terminales de la celda con algo así como una resistencia de orificio pasante de 10 K y dejar que se descargue por completo. ¡Asegúrese de conectar a la celda y no a la salida del circuito de protección! Otra forma que he visto hacer a la gente es poner la celda (o el paquete completo) en agua salada y mantenerla allí por un tiempo; es mejor hacerlo afuera en un recipiente abierto. Esto puede sonar un poco loco, ¡pero hay mucha investigación científica! [Ed note: sounds wack! I just use a resistor.]

¡Sigue adelante, Lion!

No siempre hemos estado bien equipados para manejar baterías de LiIon. Solía ​​ser que los dispositivos de consumo usaban dos diodos de entrada de 5 V para "cargar" la batería, lo que resultaba en celdas de bolsa infladas e insatisfechas. En estos días, verá piratas informáticos y fabricantes que equipan sus dispositivos con baterías LiIon de izquierda a derecha, las placas de protección y los cargadores están siempre presentes, y las capacidades también deberían ser omnipresentes. Nunca deje de aprender y siempre estará equipado para hacer que sus proyectos sean más portátiles, a prueba de fallas y confiables.

La próxima vez, me gustaría hablar sobre detalles: quiero brindarle un libro de cocina apto para piratas informáticos con ejemplos de electrónica de baterías de iones de litio que son fáciles de replicar en casa. Hasta entonces, suelde un cable JST-PH a una celda de teléfono inteligente y conéctelo a la placa ESP32 que compró, ¡vea lo que le permite lograr!

  • Daño severo a los neumáticos dice:

    Buen articulo. Tengo un montón de 18650 celdas extraídas de computadoras portátiles viejas. Un consejo: a veces pago para mantener los pares juntos y algunas de las tiras de metal y los cables que formaban parte del circuito de la batería de la computadora portátil. Soldaré los cables y las cintas de metal, pero personalmente evito soldar directamente a las baterías. Y sí, me gusta usar conectores JST para agregarlos a mis proyectos.

    Sin embargo, la mayoría de las veces elimino todas las cosas soldadas por puntos y las uso como celdas 18650 en linternas y demás. Constantemente me sorprende la cantidad de celdas perfectamente utilizables que van al vertedero. Acabo de ejecutar un montón a través de un ciclo de calibración en mi cargador anoche y todos dan 2000 maH, ciertamente bastante útiles para mí.

Nora Prieto
Nora Prieto

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