Mark Patrick, de Mouser Electronics, nos explica las diferentes formas de implementar la protección de circuitos en sistemas alimentados por baterías.
Las baterías permiten que la tecnología se vuelva móvil y el ion de litio (Li-ion) es la química elegida en muchas aplicaciones, como tabletas y teléfonos móviles, herramientas eléctricas inalámbricas, bicicletas y motos eléctricas.
Sus propiedades permiten a los usuarios finales disfrutar del rendimiento que esperan de su tecnología.
Sin embargo, se sabe que existe el riesgo de que la batería se incendie si se sobrecalienta o si se producen daños que provoquen un cortocircuito entre los electrodos del interior del dispositivo. Si bien un diseño adecuado de la batería y su carcasa puede mitigar el riesgo de incendio, la protección del circuito eléctrico puede prevenir eficazmente las causas del calentamiento excesivo, como las subidas repentinas de tensión y corriente, y los eventos de ESD. Entender los riesgos de seguridad primarios y secundarios, así como los componentes de protección disponibles puede ayudar a los diseñadores a garantizar la seguridad y la fiabilidad de sus aplicaciones.
Fortalezas y peligros de las baterías de iones de litio
Las extraordinarias características de las baterías de iones de litio son la alta densidad de energía, el diseño ligero, la carga rápida, la emisión de alta potencia, el ciclo de vida largo y la baja autodescarga. Con ello aseguran un gran rendimiento, un tiempo de funcionamiento largo entre cargas, un tiempo de respuesta rápido, un peso reducido, una elevada maniobrabilidad y un mantenimiento reducido en aplicaciones como herramientas eléctricas y electrodomésticos inalámbricos, motos y bicicletas eléctricas.
Por otro lado, las baterías de iones de litio pueden sobrecalentarse y liberar gases inflamables que pueden prender o incluso explotar en determinadas circunstancias. La causa principal del sobrecalentamiento es la fuga térmica, que generalmente se origina en un cortocircuito cuando la fina capa separadora dieléctrica entre los electrodos positivo y negativo se daña o se pone en peligro. Esto puede ocurrir debido a defectos de fabricación, daños físicos como pinchazos o golpes, sobrecarga eléctrica o sobretensión al cargar la batería. Además, el sobrecalentamiento debido a la exposición a altas temperaturas puede causar daños internos y provocar una fuga térmica. Para mantener la seguridad de la batería, es fundamental evitar que estas condiciones provoquen una fuga térmica.
Causas del sobrecalentamiento
Si el separador se vuelve ineficaz, el cortocircuito hace que fluya una gran corriente a través del área dañada y se produce un «punto caliente» dentro de la batería. Si la temperatura alcanza un umbral crítico, normalmente entre 150 y 200 °C, la batería entra en un estado de fuga térmica. En este punto, el calor generado supera la capacidad de disipación de la batería, lo que provoca un rápido aumento de la temperatura.
Esto puede hacer que el electrolito de la batería se descomponga y libere gases inflamables. Además del riesgo de incendio, la liberación de gas puede provocar un aumento de la presión interna, que puede causar más daños internos y aumentar el riesgo de rotura o explosión. Las baterías de iones de litio generalmente cuentan con ventilación de seguridad, que permite que los gases salgan y evitan una presión excesiva. Sin embargo, si hay una fuente de ignición, como una llama o chispa cercana, los gases inflamables pueden prender.
Otros factores que pueden causar un sobrecalentamiento potencialmente peligroso son la exposición a altas temperaturas al dejar la batería expuesta a la radiación solar directa o exponerla a fuentes de calor, así como el uso de baterías de baja calidad o falsificadas con características de seguridad inadecuadas o un diseño inferior, que puede ser más propenso a fallar.
