Presentación Baterías Li-ion y Li-Polímerolaboratorios.fi.uba.ar/lse/sase/2010/slides/SASE-2010_-Baterias... · • Utiliza iones de Litio que se intercalan en los electrodos.

Baterías Recargablesde

Li-ionLi-Polímero

Ing. Ricardo Teijeiro

Comparación SLA / Ni-Cd / Ni-MH / Li-ion Li-Po• + Alta densidad de Energía

Ventajas

• Baja autodescarga (~5% / mes)

• Mayor tensión (3.6V nominal)

• Vida útil prolongada (>300 ciclos)

• No contiene metales contaminantes (Pb,Hg,Cd)

• No poseen efecto memoria

• Bajo tiempo de recarga (1.5 a 2Hs)

• Ofrece la posibilidad de geometrías ultra-delgadas (<1mm)

Tensión = 3.6V

Equivalente a 3 celdas de Ni-Cd ó Ni-MH

Vida útil

• >300 Ciclos completos de carga y descarga hasta un rendimiento del 80%

Aplicaciones

• ComercialesTelefonía móvil – Handies – Reproductores MP3 – MP4 – Cámaras digitales – PDA – GPS – Bicicletas eléctricas – etc.

• IndustrialesRastreo Satelital – RFID – Equipos de medición portátiles – Impresoras térmicas portátiles – Electromedicina – Herramientas portátiles –

Equipos de comunicación satelital – etc.

• MilitaresEquipos de comunicación – Radares portátiles – Modems satelitales – Sistemas electrónicos asociados a armamentos – etc.

Funcionamiento de la PilaSistema “electroquímico”

Componentes de la Pila

• 2 Electrodos ( + / - )

• 1 Separador poroso (aislante eléctrico)

• 1 Electrolito (movilidad iones)

Tensión = Volts

Según sustancia de los electrodosy la concentración del electrolito

Pilas = Residuos peligrosos• En vigencia la Resolución 262 APRA/08

• Las pilas recargables NO deben arrojarse junto con los residuos domiciliarios

• PROBATTERY está comprometida con el cuidado del medio ambiente desde sus comienzos.

Nomenclatura

C = Capacidad Nominal.

Generalmente la corriente de carga o de descarga seexpresa en múltiplos de esta unidad.

P.ej: Batería C=1200mAh.se descarga a 0.1C, esto quiere decir que se descarga a unacorriente de 120mA.

Historia

• Año 1800 Volta crea la primera pila (Zn – Cu).• Año 1868 Leclanché da origen a la pila seca.• Año 1980 se descubre la propiedad de intercalación

reversible de iones de Litio en el grafito.• Año 1991 Sony comercializa la 1era celda de Li-ion.• Año 1996 aparece en el mercado el Li-Polímero.

Celdas de Li-ion

• No contienen Litio metálico.• Utiliza iones de Litio que se intercalan en los

electrodos.

Construcción celda Li-ion• Ánodo : Grafito• Cátodo : Óxidos metálicos• Separador : Film de PE ó PP• Electrolito : Sal de Litio en solvente orgánico.

Celda Modelo 18650

Celdas de Li-Polímero

• El electrolito está contenido en un polímero (+ seguro).• Fácil de fabricar (+ económico). • Múltiples geometrías (ultra-delgadas).

• Muy livianas (no tienen carcasa metálica).• Pueden suministrar altas corrientes (+ superficie electrodos).

Fabricación Li-Polímero

Test de sobrecarga 10Volts

Protecciones internas Li-ion

• Válvula de seguridad (libera la presión interna).• PTC• Separador de bloqueo• Aditivos

Protecciones electrónicas externasLi-ion y Li-Polímero

Condición Acción

Sobrecarga Bloqueo de carga

Sobredescarga Bloqueo de descarga

Sobrecorriente Bloqueo de descarga

Cortocircuito Bloqueo de descarga

Sin protección electrónica !

Condiciones de uso

• Voltaje : 3.0V .. 4.2V

• Corriente : 2C max.

• Temperatura : 0ºC .. 45ºC (carga)

-20ºC .. 60ºC (descarga)

Condiciones de usoCeldas estándar Li-ion Li-Polímero

Capacidad vs. Corriente de Descarga

Capacidad vs. Temperatura de uso

Método de Carga

• CC-CV: Constant Current – Constant Voltage (P.ej: CC=1C ; CV=4.2V)

Cargador con NTC / TIMER

Cargador Li-ion + DC/DC

Sistemas de medición (gas-gauge) • Indica el estado de carga.• Contador Coulomb ó Impedance Tracking (NO sirve medir tensión).• Interfase de datos 1-Wire (HDQ) ó también I2C (SMBus).

Parámetros “gas-gauge”

• Tensión• Corriente• Temperatura • Capacidad remanente• Capacidad máxima• Fecha de fabricación• Cantidad de ciclos• Identificación , etc…

• Posibilidad de indicador luminoso en baterías externas ( 25% - 50% - 75% - 100%)

Ej: Parámetros reportados x I2C

Integración de Baterías Li-ion

• Ciclo de vida del producto: Tiempo de recambio de batería

• Autonomía: Reducir consumos: usar los modos sleep/stop en µC y µP, utilizar LEDs con dimming para iluminar, reguladores de tensión tipo switching, etc.

• Electrónica: Integración del cargador en el equipo.

• Mecánica: Preveer buena ubicación de la batería : Temperatura baja – Dimensiones estándar – Envolvente simple, etc.

Aspectos que ayudan a bajar costos si son previstos:

Packs industriales fabricados con celdas 18650

1 celda [3.6V] 2 celdas [7.2V] 3 celdas [10.8V]

4 celdas [14.4V]

Capacidades disponibles

(celdas cilíndricas):

2200mAh / 2400mAh y múltiplos

Packs Terminados

· Carcasa Nylon · Conector especial

· Termocontraíble PVC · Conector estándar

Mantenimiento Li-ion

Almacenamiento recomendado:

· Cargadas al 30 - 50%

· Ciclar cada 4 – 6 meses

· Temperatura < 25ºC

Capacidad recuperable vs. Nivel de carga en almacenamiento

ATENCIÓN: Medición realizada en Celdas sin protección electrónica

GRACIAS !