VE. Baterias conectadas en serie o en paralelo. Ventajas e inconvenientes

[malonso]

Lo ingenieros tienen la palabra (Lauren te toca). Yo no soy experto. ¿Qué es mejor la conexión en serie o en paralelo?

El Leaf parece ser que utiliza las dos conexiones. Leo en internet:

El Nissan Leaf, por poner un ejemplo muy conocido. Lleva 48 módulos conectados en serie, y cada uno de esos módulos lleva cuatro celdas y es de 7,6 V (2 celdas en serie de 3,8V) y 66,2 Ah (dos grupos en paralelo de 33,1 Ah). Su nomenclatura es 48S 2P 2S. En resumen, obviando los módulos el Leaf lleva dos grupos paralelos de 33,1 Ah y cada uno de esos grupos lleva 96 celdas de 3,8 V en serie. En total 3,8 V x 96 celdas son los 364,8 V del pack y 364,8 V x 33,1 Ah x 2 son los 24 kWh de capacidad del pack (24.150 Wh). Sólo 192 celdas en total.

Hay otra aproximación al problema es precisamente la opuesta, utilizando muchos elementos pequeños y de poca capacidad, por ejemplo de unos 3 Ah cada uno. Continuando con el ejemplo anterior de nuestro pack de 24 kWh y celdas de 3,6 V, para llegar a 66,66 Ah necesitaremos grupos de 23 unidades de 3 Ah (66,66 Ah / 3 Ah = 22,22, redondeando 23) conectadas en paralelo y después montaremos 100 de estos grupos en serie para tener el pack completo, tipo 100S 23P, 2300 celdas contra las 192 que monta el Leaf para la misma capacidad.

Mis conocimientos llegan sólo a:

Si conectamos baterías en serie se suman las tensiones o V y se mantienen los Ah; por lo que si tenemos 2 baterias de 12V y de 100Ah y las conectamos en serie obtendríamos 24 V que por 100 Ah serían 2400 Wh

Si esas mismas baterías las conectamos en paralelo lo que se suman son los Ah por lo que obtendríamos 200 Ah por 12 V que nos darían los mismos 2400 Wh.

Si he metido la pata pido disculpas y lo corrijo rápidamente. Ingenieros, es vuestro turno.

[Fernando M]

Más que mejor o peor sería... ¿que es necesario?

No es lo mismo la tensión del motor de un coche que el de una bici.

[Leafyou]

Hasta donde yo sé la avería de una celda en serie inhabilita la batería entera.

[Greybeard]

Todos llevan un montón de celdas en serie, pues se trabaja con tensiones de varios cientos de voltios.

Hay dos aproximaciones al asunto: trabajar con pocas celdas "gordas" o muchas "pequeñas".

Los dos extremos son mi pelotillo, que lleva 88s1p (88 celdas de 50Ah en serie). Es más simple, pero si se va una celda se va la batería entera.

Y el Model S, en el cual la batería "gorda" lleva 96s74p. Es más complicado, pues tratamos con 7104 celdas, pero si se va una pierdes 1/74 de la batería (pasaría de 85 kWh a 84, por así decirlo). Y si se va otra, salvo que fuera del mismo grupo (la posibilidad es menor de 1/96), la batería no estaría peor. Y a la siguiente, y a la siguiente...

A mí me gusta más el enfoque de Tesla, aunque sea más complicado de diseñar y montar.

[Pedrola]

Hasta donde yo llego:
Sobre esto hay multitud de líneas de trabajo e investigación actualmente, incluso dentro de las mismas compañías de fabricación de vehículos y dentro del mismo departamento de ingeniería.

Los hay que dicen es mejor ponerlas en serie-paralelo 3S3P (u otras combinaciones) dentro del mismo pack, con voltajes altos y amperajes altos con menos celdas, pero en el momento de carga a alta potencia las P  en el interior de los packs no se cargan todo lo bien que debieran, otros en serie-paralelo, es decir un pack todos en serie, con otro pack todos en serie y entre ellos conectados en paralelo con voltajes bajos  (en cada celda) y amperajes bajos, tipo Tesla pero con muchas celdas, lo que nos da mayor aceleración y capacidad de carga, con el inconveniente del costo, BMS  mas caros, sistemas mas caros y cableados mas caros, pero mas fáciles de reparar, ya que el BMS lo conectamos a una unidad de control externa e identifica las celdas defectuosas y no son caras de sustituir por la cantidad de unidades que hay.
Otro problema es el precio de cada una de las celdas y que es lo que queremos hacer con ellas, es decir, aceleraciones de infarto y capacidades de carga alta o durabilidad con menos celdas, el equilibrio es difícil, además intervienen las químicas, las temperaturas exteriores, la humedad ambiente, etc....

Los sistemas de control BMS son caros, de programación delicada y además actualmente si una celda se desequilibra mucho por corrosión, cortocircuito, defecto en origen, etc....es complicado cambiarla, ya que no están formados los técnicos en los talleres para hacer los cambios y mandar las baterías a fábrica es muy caro.

Hay quien dice que la durabilidad de las baterías de Tesla son 5-6 años,puff.....no se sabe, la verdad.

[DGM73]

Hay quien dice que la durabilidad de las baterías de Tesla son 5-6 años,puff.....no se sabe, la verdad.

Tesla da una garantía de 8 años...

[Pedrola]

Hay quien dice que la durabilidad de las baterías de Tesla son 5-6 años,puff.....no se sabe, la verdad.

Tesla da una garantía de 8 años...

Las malas lenguas....

[malonso]

Más que mejor o peor sería... ¿que es necesario?

No es lo mismo la tensión del motor de un coche que el de una bici.

Totalmente de acuerdo Fernando.

[Pedrola]

Hay muchos tipos de motores eléctricos, potencias y construcciones, páginas y páginas sobre todo americanas, donde hay un mundo en esto de los coches eléctricos, desde los que han modificado un coche pequeño y le han metido un motor de carrito de golf (de 48 v)con baterías en serie para llegar a los 48 voltios/paralelo para aumentar la autonomía, a los que han modificado una T2, o incluso una pick-up enorme, un Defender, de todo

Hay motores poco potentes, como los de las carretillas eléctricas elevadoras (el otro día probando una carretilla elevadora, hicieron 87 km con una batería 80v 700 Ah) de 4kw, hasta lo que queramos, tipo Tesla.

Yo no conozco (para baterías de de ión-litio) si es mejor una construcción u otra serie/paralelo, es decir si es mejor una 96S/2P mejor que la equivalente combinando serie/paralelo dentro del mismo pack, con el tiempo sabremos qué es mejor, o quizás cada uno tenga sus combinaciones "mágicas" que le van bien.
Los que llevan años, mas de 15-20 años, tienen verdaderas discusiones y hay reuniones anuales (este año se ha anulado la que había en Inglaterra en el último momento) en las que se debaten estos temas y hay verdaderos partidarios de unas o de otras. tened en cuenta que hasta no hace mucho utilizaban baterías de semi-tracción plomo abierto, gel o AGM, tipo Trojan, US Battery, Crown, etc....por precio y disponibilidad

Os recuerdo que Nissan está pensando en cambiar las celdas a mas voltaje y menor número de las mismas, mientras que Tesla sigue apostando por mayor número.........un mundo

[Pedrola]

Un video en el que desmontan una batería de Tesla para rehacerla con sus necesidades:

https://www.youtube.com/watch?v=lZzoxRCxZ_8

Cada uno tiene sus propias combinaciones

Video muy explicativo del serie-paralelo con celdas sacadas de una batería Tesla

https://www.youtube.com/watch?v=Hq-ZnOUKBLk

[Fernando M]

El mercado ha decidido la arquitectura de los packs:

http://www.youtube.com/watch?v=Q2Lczd7MjGc

[Ritxi]

Todos llevan un montón de celdas en serie, pues se trabaja con tensiones de varios cientos de voltios.

Hay dos aproximaciones al asunto: trabajar con pocas celdas "gordas" o muchas "pequeñas".

Los dos extremos son mi pelotillo, que lleva 88s1p (88 celdas de 50Ah en serie). Es más simple, pero si se va una celda se va la batería entera.

Y el Model S, en el cual la batería "gorda" lleva 96s74p. Es más complicado, pues tratamos con 7104 celdas, pero si se va una pierdes 1/74 de la batería (pasaría de 85 kWh a 84, por así decirlo). Y si se va otra, salvo que fuera del mismo grupo (la posibilidad es menor de 1/96), la batería no estaría peor. Y a la siguiente, y a la siguiente...

Totalmente de acuerdo con lo que comentas Greybear.

Configuración S/P de los principales EV:

* Mitsu I-MiEV . . . . . . . . . . .   88S1P

* BMW i3. . . . . . . . . . . . . . .   96S1P

* Leaf-Fluence. . . . . . . . . . .   96S2P

* Zoe . . . . . . . . . . . . . . . . .   96S2P

* Model S . . . . . . . . . . . . . .   96S74P

En realidad no hay mucha diferencia entre los EV en cuanto a la disposición serie-paralelo. Todos manejan un voltaje medio muy similar, unos 360 V, lo que obliga a tener una configuración 96S o muy similar. Luego, según el tamaño de las células y de la batería, tendrá más o menos células en paralelo. En cuanto al nº de módulos, no tiene mucho que ver con las configuraciones serie-paralelo, cada fabricante elige poner más o menos módulos (encapsulado de células) según sus necesidades, pero dentro de los módulos las células pueden ir en serie, en paralelo o en combinaciones de ambas.

El porqué de estas configuraciones tan similares es muy sencillo, por las economías de escala. Es el standar dominante en los EV con baterías de lítio (los antiguos de plomo utilizaban voltajes mucho más reducidos), si alguien quiere manejar voltajes más altos o más bajos tendrá que utilizar BMS, electrónica de potencia, motores etc... especiales, no estandar y por tanto más caros. Y eso que para las grandes y potentes baterías interesará voltajes de salida más elevados. En caso contrario tendrán que manejar amperajes enormes que provocarán mayores pérdidas de eficiencia, exigirán secciones de cableado mucho más elevadas y electrónica de potencia más sofisticada y cara.

Hay quien dice que la durabilidad de las baterías de Tesla son 5-6 años,puff.....no se sabe, la verdad.

Las malas lenguas....

Pues  en los foros de Tesla se comenta lo contrario, de sus propias experiencias calculan una pérdida media de un 1% cada 10.000 km, por lo que para llegar a una pérdida del 25% nos iremos a los 250.000 km en promedio. Una estimación que hace de estas baterías como las mejores de cara a la degradación. Lo comprobaremos en unos pocos años, pero de momento van por muy buen camino.

Os recuerdo que Nissan está pensando en cambiar las celdas a mas voltaje y menor número de las mismas, mientras que Tesla sigue apostando por mayor número.........un mundo

No sé si te refieras a que el voltaje de las células va a ser mayor o a que va a poner más células en serie y alcanzarán mayores voltajes finales. Pero no es así en ninguno de los dos casos. El voltaje medio de las celdas típicas de ión de lítio es de 3,6/3,7V, no las hay con voltaje medio superior. Sólo algunos tipos tienen un voltaje medio diferente, las LiFe 3,2V y las Li-Ti 2,3 V. Y tampoco va a aumentar los voltajes al poner más baterías en serie ni reducir el número de celdas. La nueva de 30 kWh tiene las mismas 192 celdas 96S2P y la siguiente prevista, la LG de 60 kWh tendrá 288 celdas 96S3P. En cuanto a Tesla, va a pasar de las 18650 a las 20700 que cubican un 33% más.

[cubitonet]

Bueno, en lo que yo sé, en las baterías de las instalaciones solares (que no son de litio) siempre han recomendado las series si pero los paralelos regular por eso como los vasos son de 2 voltios, pues van poniendo 6 en serie para 12 voltios, 12 en serie para 24 y 24 para 48, pero en los coches con litio, hay que sacrificar con series/paralelos por el tema de los altos voltajes y la distribución para que ocupen el menos espacio posible y esto se considera como un mal necesario, pero no es lo ideal.

[mmezo]

No sé si me estoy enterando de la discusión o no, pero por lo que yo sé, una celda de iones de litio sólo puede dar un voltaje en el entorno de 3,7V nominales (a plena carga ~4,2 y descarga profunda ~2,8). Valores aproximados y dependientes de la química concreta, pero de ese orden. El BMS además se encarga de que no opere a los voltajes extermos, para proteger la batería y alargar el número de ciclos. El voltaje depende de la química, por lo que no se pueden hacer celdas de más voltaje.

Por lo tanto la única manera de llegar a los voltajes de los motores es meter muchas celdas en serie, que es de la única forma que los voltajes se suman. Al ponerlas en paralelo el voltaje se queda igual y se suma la intensidad que pueden dar. Si el motor es de 400V, al final vas a tener que tener ~108 celdas en serie sí o sí (400 / 3,7 = 108,11). Da igual si son prismáticas o 18650 como las de Tesla/Panasonic o...

Luego las celdas podrán ser más grandes o más pequeñas, y por tanto los Ah de la celda podrán variar, y tendrás que meter más o menos en paralelo para alimentar el motor. Ahí es donde tienes el margen, dependiendo de cuanto quieras hacer trabajar a la batería. Puedes hacer una batería con menos Ah (y como el voltaje está fijado eso se traduce en menos kWh), pero entonces trabajarán a más "C"s y durarán menos, o puede poner más Ah (y por tanto más kWh) y te durarán menos. Ahí, y también dependiendo de la química, puedes tener mucho margen, ya que por arriba te puedes pasar todo lo que quieras, mientras que por abajo, aunque sufren más, hay celdas diseñadas para trabajar a 3C en contínuo o más incluso.

Otra cosa es que puedas agrupar celdas en packs, bien en serie o bien en paralelo y a su vez esos packs ponerlos en serie o en paralelo. Pero al final los packs que lleves en serie multiplicados por las celdas en serie que lleve cada pack, te tiene que dar esos 108 (suponiendo el motor de 400V).

[Pedrola]

Os dejo un esquema de una adaptación de un ICE a VE, en el que se utilizan series y paralelos.

En mi anterior post me refería a mayor amperaje, no voltage, aprovechando nuevas construcciones y mayor densidad energética,

[archivo adjunto borrado por el administrador]