Cómo calcular el voltaje del paquete de baterías: Una guía sencilla para baterías de litio LiFePO4 y Ternary

El voltaje de la batería es uno de los parámetros más importantes al diseñar o seleccionar un paquete de baterías recargables. Ya sea que la batería se utilice en un terminal de punto de venta (POS), dispositivo médico, equipo portátil, sistema de iluminación inteligente, dispositivo de almacenamiento de energía o aplicación industrial, el voltaje debe coincidir con los requisitos eléctricos del producto.

Para ingenieros, desarrolladores de productos y equipos de compras, entender cómo se calcula el voltaje de la batería puede ayudar a evitar problemas comunes de diseño, como potencia de salida insuficiente, funcionamiento inestable, menor tiempo de funcionamiento o problemas de compatibilidad con cargadores y sistemas de control.

Este artículo explica cómo se calcula el voltaje del paquete de baterías, utilizando dos químicas comunes de baterías de litio: las baterías LiFePO4 y las baterías de litio ternarias.

1. Voltaje básico de las pilas comunes de baterías de litio

Un paquete de baterías suele construirse conectando varias celdas en serie y en paralelo. Antes de calcular el voltaje total del paquete de baterías, es importante entender el voltaje de una sola celda.

Voltaje de la celda de batería LiFePO4

LiFePO4, también conocido como fosfato de hierro litio, se utiliza ampliamente en aplicaciones que requieren alta seguridad, larga vida útil y un rendimiento estable en la descarga.

Los valores típicos de voltaje de una sola celda LiFePO4 son:

• Voltaje completamente cargado: 3,65V
• Voltaje nominal: 3,20V
• Voltaje descargado: 2,50V

Las baterías LiFePO4 suelen seleccionarse para sistemas de almacenamiento de energía, equipos industriales, energía de respaldo, movilidad eléctrica y aplicaciones donde la seguridad y la vida útil del ciclo son prioritarias.

Voltaje de la celda de la batería de litio ternaria

Las baterías de litio ternarias suelen referirse a baterías de iones de litio que utilizan la química NCM o NCA. Se utilizan comúnmente cuando se requiere mayor densidad energética y tamaño compacto.

Los valores típicos de voltaje de una sola celda ternaria de litio son:

• Voltaje completamente cargado: 4,20V
• Voltaje nominal: 3,70V
• Voltaje descargado: 3,00V

Las baterías de litio ternario se utilizan ampliamente en electrónica de consumo, dispositivos médicos, terminales POS, dispositivos portátiles inteligentes, productos de audio Bluetooth, iluminación móvil, dispositivos de belleza y muchos productos electrónicos portátiles.

2. ¿Qué significa "paquete de baterías en serie"?

Cuando las pilas de la batería están conectadas en serie, el voltaje aumenta mientras la capacidad permanece igual.

Por ejemplo, si una celda LiFePO4 tiene un voltaje nominal de 3,2V, entonces un paquete de baterías de la serie 20 tendrá:

3,2V × 20 = 64V de tensión nominal

Por eso los paquetes de baterías suelen describirse como 13S, 16S, 17S, 20S o 24S. La letra "S" significa el número de celdas conectadas en serie.

Un mayor número de series significa un voltaje más alto en el paquete de baterías.

3. Cómo calcular el voltaje del paquete de baterías

La fórmula es sencilla:

Voltaje del paquete de baterías = voltaje de una sola celda × número de celdas en serie

Esta fórmula puede utilizarse para calcular el voltaje completamente cargado, el voltaje nominal y el voltaje descargado.

Por ejemplo, si diseñamos un paquete de baterías LiFePO4 con 20 celdas en serie:

• Voltaje completamente cargado: 3,65V × 20 = 73,0V
• Voltaje nominal: 3,20V × 20 = 64,0V
• Voltaje descargado: 2,50V × 20 = 50,0V

Aunque la batería pueda llamarse "paquete de 60V", su voltaje real cambia durante la carga y la descarga. Esto es normal en baterías de litio.

4. Voltajes comunes de paquetes de baterías LiFePO4

Los paquetes de baterías LiFePO4 suelen configurarse según los requisitos de la aplicación. A continuación se muestran varias configuraciones comunes de voltaje.

Estas configuraciones se utilizan comúnmente en aplicaciones que requieren una química más segura, larga vida útil y un rendimiento estable en la salida.

5. Voltaje común de baterías de litio ternarias

Los paquetes de baterías de litio ternarias usan un voltaje de celda única más alto, por lo que el número de series requerido es diferente al de LiFePO4.

Debido a que las baterías de litio ternarias tienen mayor densidad energética, a menudo se utilizan en diseños compactos donde el tamaño y el peso son importantes.

6. Por qué el voltaje nominal no es lo mismo que el voltaje real

Muchos clientes preguntan por qué una batería etiquetada como 48V, 60V o 72V no siempre muestra exactamente ese voltaje al medirla.

La razón es sencilla: el voltaje de la batería de litio cambia según el estado de carga.

Cuando la batería está completamente cargada, el voltaje es mayor. Durante el uso, el voltaje baja gradualmente. Cuando la batería alcanza su límite inferior de voltaje, el BMS suele cortar la descarga para proteger las celdas de una sobredescarga.

Por ejemplo, un paquete de baterías LiFePO4 de 48V puede alcanzar los 58,4V cuando está completamente cargado y bajar a unos 40,0V cuando está descargado. Esto no significa que la batería esté defectuosa. Forma parte del rango normal de voltaje de funcionamiento.

7. Por qué importa el cálculo de voltaje en el diseño de paquetes de baterías

Un diseño correcto de voltaje es esencial para productos alimentados por batería. Si el voltaje es demasiado bajo, el dispositivo puede no arrancar correctamente o no suministrar suficiente potencia. Si el voltaje es demasiado alto, puede dañar el dispositivo, el cargador, el controlador o los componentes electrónicos.

El diseño de voltaje afecta:

• Compatibilidad de dispositivos
• Selección de cargadores
• Configuración BMS
• Rendimiento del motor o del controlador
• Tiempo de funcionamiento y potencia de salida
• Ajustes de protección de seguridad
• Requisitos de certificación y pruebas
• Fiabilidad del producto a largo plazo

Por eso el diseño del paquete de baterías no debería centrarse solo en la capacidad. En conjunto, se deben considerar voltajes, corriente, química de celdas, diseño de protección, rango de temperatura y entorno de aplicación.

8. LiFePO4 vs litio ternario: ¿cuál deberías elegir?

Tanto las baterías LiFePO4 como las ternarias de litio se utilizan ampliamente, pero son adecuadas para diferentes aplicaciones.

Ventajas de la batería LiFePO4

Las baterías LiFePO4 son conocidas por su seguridad, estabilidad térmica, larga vida útil y gran durabilidad. Son adecuados para productos donde la larga vida útil y la seguridad son más importantes que el tamaño compacto.

Las aplicaciones comunes incluyen:

• Sistemas de almacenamiento de energía
• Equipos de energía industrial
• Sistemas de alimentación de respaldo
• Aplicaciones de la movilidad eléctrica
• Dispositivos eléctricos exteriores
• Sistemas de baterías de alta seguridad

Ventajas de la batería de litio Ternary

Las baterías de litio ternarias proporcionan mayor densidad energética, menor peso y una estructura más compacta. Son adecuados para dispositivos portátiles que necesitan mayor autonomía en espacio limitado.

Las aplicaciones comunes incluyen:

• Terminales POS
• Dispositivos médicos
• Dispositivos portátiles inteligentes
• Productos de audio Bluetooth
• Dispositivos de belleza
• Dispositivos inteligentes para el hogar
• Productos de iluminación portátil
• Electrónica de consumo

La mejor química de la batería depende del voltaje, capacidad, tamaño, peso, velocidad de descarga, requisitos de carga y estándares de seguridad del producto.

9. Soporte para paquetes de baterías personalizados Gloflux

En Gloflux, ayudamos a los clientes a diseñar y fabricar soluciones de baterías de litio basadas en los requisitos reales de la aplicación. En lugar de simplemente proporcionar baterías estándar, nuestro equipo de ingeniería evalúa todas las necesidades eléctricas y mecánicas de cada proyecto.

Soportes Gloflux:

• Paquetes de baterías de iones de litio personalizados
• Soluciones de baterías de polímero de litio
• Desarrollo del paquete de baterías LiFePO4
• Paquetes de baterías de celda cilíndrica
• Soluciones de baterías recargables AA y AAA
• Diseño de paquete de baterías reemplazables
• BMS e integración de circuitos de protección
• Diseño personalizado de voltaje y capacidad
• Personalización de conectores, cables, etiquetas, carcasas y embalaje
• Soporte de certificación para mercados globales

Ya sea que tu producto requiera una batería compacta de 3,7V, un paquete de baterías multicelda, una solución recargable de alta capacidad o un sistema de baterías personalizado con requisitos específicos de voltaje, Gloflux puede ofrecer soporte técnico desde el desarrollo de la muestra hasta la producción en masa.

10. Reflexiones finales

El voltaje del paquete de baterías se calcula multiplicando el voltaje de una sola celda por el número de celdas conectadas en serie. Sin embargo, el diseño de baterías no se limita solo al cálculo simple de voltaje. Un paquete de baterías fiable también debe tener en cuenta la química, la protección contra el BMS, el método de carga, la corriente de descarga, la temperatura de funcionamiento, la vida útil, la estructura del producto y la certificación de seguridad.

Comprender la diferencia entre el voltaje de LiFePO4 y el voltaje ternario de baterías de litio ayuda a los desarrolladores de productos a tomar mejores decisiones de diseño en las primeras etapas.

Si estás desarrollando un producto alimentado por baterías y necesitas ayuda con la selección de voltaje, el diseño del pack de baterías o la fabricación personalizada de baterías de litio, Gloflux puede ayudarte a crear una solución de baterías más segura, fiable y lista para producción.