Las baterías pueden provocar problemas, pero utilizar la química correcta es la solución
Dar prioridad a la seguridad tanto como el rendimiento y la integración de ambos en todos los aspectos del diseño de sistemas ayuda a mitigar fallos como estos, que pueden costar dinero e incluso vidas. Las baterías Xcelion de Saft, que utilizan una química de superfosfato patentada, incluyen mecanismos de seguridad inherentes que las hacen perfectas para aplicaciones de alto rendimiento que requieren niveles más altos de seguridad.
La línea de productos Xcelion incluye el producto básico, el X6T-E (alta energía), Xcelion 56V (alta tensión), Xcelion 56V-LEV (bajo variante de energía), y próximamente, Xcelion Cube.
Factor químico
Las industrias marítima, espacial y militar utilizan cada vez más la tecnología de Li-ion para satisfacer las demandas de alto rendimiento. El Li-ion es recargable y proporciona más energía por volumen que muchas otras electroquímicas y funciona a tensión más alta para maximizar la relación potencia-peso y el rendimiento.
Sin embargo, el Li-ion también puede ser menos tolerante a temperaturas extremas, sobrecarga, golpes mecánicos y vibraciones, y daños físicos como modos de penetración y fallo. La industria está presionando hacia densidades de energía más altas y las baterías se vuelven más reactivas con un defecto o cuando se someten a condiciones abusivas.
El uso de materiales de cátodo de óxido en capas ayuda a aumentar el almacenamiento de energía, pero hace que la celda sea menos estable en el estado de carga. Además, a medida que se descomponen, estos materiales liberan oxígeno que puede alimentar incendios adicionales por una fuga térmica total.
Tal fuga también resulta en la liberación de grandes volúmenes de gas tóxico que pueden llenar rápidamente un espacio confinado.
Por otro lado, las celdas de iones de litio basadas en fosfato de hierro incluyen materiales activos positivos no reactivos; sin liberación de O2 y sin exceso de litio. Durante un evento de abuso, la temperatura de celda más baja y los gases de escape mitigan la propagación de celda a celda, y el volumen más bajo de gas liberado a una velocidad más lenta significa mucho menos peligro potencial. Un sistema de batería Li-ion diseñado con material de cátodo a base de fosfato de hierro es mucho menos probable que se propague, incluso en una situación de abuso extremo.
La electroquímica precisa es fundamental para el alto nivel de seguridad en la línea de productos Xcelion de Saft. Los diseñadores han considerado cómo mitigar el riesgo para el usuario y la plataforma, teniendo en cuenta el peor fallo posible independientemente de su probabilidad.
La diferencia de superfosfato de Saft
La química basada en fosfato de hierro y superfosfato patentada de Saft, incluidas las celdas diseñadas y fabricadas por Saft, con el control total de la configuración: ofrece una mayor versatilidad de diseño.
Saft desarrolló el superfosfato para ofrecer una tecnología más potente que conserva muchos de los beneficios de otras tecnologías de Li-ion. Las baterías recargables utilizan fosfato de litio-hierro como material del cátodo. Este mineral de bajo costo y de origen natural ofrece una excelente estabilidad térmica, tiempos de carga muy rápidos y un ciclo de vida más prolongado que las baterías tradicionales de iones de litio.
La química de iones de litio superfosfato proporciona una potencia y una energía excepcional que reduce la capacidad necesaria de batería para absorber abusos en campo como sobrecarga, golpes mecánicos y vibraciones, así como cortocircuitos externos, aplastamiento, penetración y más. En comparación con las celdas estándar de fosfato de hierro y litio, la tecnología de superfosfato presenta seguridad comprobada, mayor vida útil del ciclo, mejor vida útil y un amplio rango de temperatura de funcionamiento, incluido un rendimiento superior a temperaturas más bajas. La compañía también trabaja para cumplir con los máximos estándares de seguridad para garantizar el cumplimiento con las expectativas del cliente y los requisitos reglamentarios.
Selección de celda y seguridad
Al elegir la arquitectura del sistema para una gran batería de Li-ion, la seguridad del sistema, la fiabilidad y la disponibilidad son consideraciones primordiales. Para cualquier requerimiento de energía dado, la capacidad de la celda que se utilizará determina la cantidad de celdas, mientras que la tensión del sistema deseado determina el número de celdas que se colocarán en serie. El diseñador del sistema todavía tiene muchas opciones para organizar las celdas, monitorizar la electrónica y los controles.
La arquitectura del sistema debe proteger contra el fallo de cada celda; el diseño debe permitir el control de las corrientes de retrocarga o circulantes. Por ejemplo, si dos conjuntos de celdas se colocan en serie y las tiras se conectan en paralelo sin controles, se producirá la descarga de algunas celdas en una hebra debido a la autodescarga, fallo de la electrónica, un objeto extraño o humedad en la sobrecarga de las células restantes en esa cadena. El diseño debe controlar la corriente de carga a través de cada tira de celdas para evitar la sobrecarga.
La arquitectura del sistema de Saft monitoriza la sobrecarga utilizando un método de detección redundante para cada celda, comunicado a través de un enlace de comunicaciones físico. Cada dispositivo utiliza una tecnología diferente para la detección y la comunicación, lo que reduce aún más la probabilidad de que un modo de fallo común afecte a ambas celdas. Si cualquiera de los circuitos de monitorización detecta una tensión de celda peligrosamente alto, bloquea la carga de esa celda.
Los diseñadores pueden empeorar los efectos del fallo de las celdas conectando las celdas en paralelo antes de colocarlas en una serie o utilizando una matriz de serie paralela con conexiones en ambos sentidos. En ambos casos, un cortocircuito en una celda, causado por un cortocircuito interno, calentamiento local, aplastamiento o penetración, da como resultado que las celdas conectadas en paralelo entreguen energía al cortocircuito. Esto puede aumentar la energía liberada en el fallo, aumentando la reacción.
La arquitectura de Saft evita este problema colocando celdas individuales en serie, gestionando las corrientes de cada cadena de la serie para evitar que contribuyan a fallos de celdas o a aumentar los efectos de fallos. El enfoque de Saft ha demostrado la prevención de la propagación en numerosas baterías con éxito, mediante el diseño para gestionar los gases de ventilación y las características térmicas de los gases de ventilación.
Baterías inteligentes
El sistema integral de gestión de baterías (BMS) de Xcelion supervisa y garantiza el rendimiento y la seguridad de la batería. El BMS permite al usuario realizar diagnósticos para evitar un evento potencialmente catastrófico. Aunque los términos “sistema de almacenamiento de energía” y “batería” se utilizan a menudo indistintamente, no siempre son iguales.
La mejor manera de definir un sistema de almacenamiento de energía es observar las consideraciones de diseño típicas. Saft desarrolla sistemas de almacenamiento de energía con sofisticados software y electrónica que comunican factores como el estado de carga, el estado de salud y otras condiciones a la plataforma, además de realizar una gestión térmica para regular el sistema y asegurar su correcto funcionamiento.
La tecnología Xcelion de Saft incluye un conector de comunicación que revoluciona la experiencia del usuario, permitiendo a los usuarios monitorizar de forma remota información crítica de la batería como el estado de carga, estado de salud, temperatura, corrientes de carga y descarga y códigos de diagnóstico de problemas.
El Xcelion 6T utiliza una interfaz CAN (Controller Area Network) para comunicarse entre el usuario y la batería. El usuario puede evitar eventos catastróficos colocando la batería en modo de almacenamiento o desactivado para garantizar que la batería esté segura en cualquier condición. En el modo de almacenamiento, el Xcelion 6T usa la potencia electrónica más baja, no puede descargarse ni cargarse, sus comunicaciones CAN están apagadas y el usuario puede eliminar ciertos fallos de la batería. En modo deshabilitado (disabled), la batería puede comunicarse, pero la descarga / carga de la batería no están disponibles. Después de una hora, la batería vuelve al modo de almacenamiento. Si la condición de fallo desaparece, la batería volverá al modo habilitado (enabled) automáticamente.
El Xcelion 6T tiene características inteligentes más exclusivas, ideales para usos militares. Una configuración de “battle override” permite que la batería se descargue incluso cuando las condiciones normales lo impiden. Si el usuario está conduciendo un vehículo militar y surge una amenaza, la batería seguirá funcionando. El modo de calor ártico (arctic heat) de la batería le permite autoalimentar los calentadores y calentar sus celdas para permitir la carga completa de la batería a temperaturas extremadamente bajas.
El comando de protección de reserva de Xcelion puede limitar su descarga, asegurando que siempre habrá suficiente capacidad para arrancar el motor de un vehículo. Y una función de control del generador, parte de un sistema de regulador de tensión inteligente, puede comunicarse con un generador conectado para enviar comandos de punto de ajuste de tensión basados en el estado de carga, la temperatura y la tasa de carga en tiempo real. Este circuito de control de batería a generador carga la batería de manera más eficiente para preservar la vida y el rendimiento.
Rendimiento superior
Todas estas características vienen con un rendimiento mejorado en el Xcelion 6T. Ofrece una capacidad y un rendimiento superiores a los de dos baterías de plomo-ácido con una cuarta parte del peso. La batería ofrece ganancias en energía y eficiencia de costes, rendimiento, seguridad y responsabilidad ambiental. De hecho, cuando se requieren dos baterías de plomo-ácido, una batería Xcelion 6T puede colocarse sin problemas en su lugar.
La batería está diseñada para resistir condiciones extremas que incluyen golpes y vibraciones, arena, polvo, altitud e interferencia electromagnética, todo mientras mantiene un rendimiento superior. Ofrece 14 veces el ciclo de vida de las baterías de plomo-ácido tradicionales, lo que significa que es capaz de realizar muchos más ciclos de carga y descarga. Se carga más rápido que las baterías de plomo-ácido e incluso se puede conectar en paralelo a otras baterías Xcelion 6T (se pueden conectar hasta seis) si se necesita más energía. Está diseñado para carga de tensión o corriente constantes, y la función de control del generador significa que puede cargar a la velocidad óptima.
Gama de baterías Xcelion
El diseño único del sistema de Xcelion permite un rendimiento superior, la capacidad de soportar condiciones extremas y la tecnología de batería inteligente ideal para muchas aplicaciones industriales militares y no militares. Los fabricantes deben considerar la seguridad del sistema de baterías en cada paso de la fabricación, pero comenzar con la química correcta es fundamental.
Saft fabrica varias químicas de Li-ion, pero el superfosfato de iones de litio ha mostrado ventajas óptimas para aplicaciones críticas.
