Construcción de baterías de iones de litio personalizadas: Guía de ingeniería de 2026

Durante más de una década, la celda 18650 fue el estándar. Sin embargo, a medida que nos acercamos a 2026, el factor de forma 21700 se ha consolidado como la mejor opción para la construcción de baterías de iones de litio personalizadas en el sector de los vehículos eléctricos. La verdad es innegable: una celda 21700 ofrece una densidad de energía y una capacidad de gestión de corriente significativamente mayores en relación con su volumen, en comparación con su predecesora.

El reinado de las celdas de alta capacidad y alta descarga

Al diseñar configuraciones de baterías de alto rendimiento, ya no estamos obligados a elegir estrictamente entre capacidad (autonomía) y descarga (potencia). La última generación de celdas, como la evolucionada serie P de Molicel y las últimas iteraciones de la serie S de Samsung, disponibles en 2026, ofrecen capacidades de descarga continua de más de 45 A, manteniendo capacidades superiores a los 4500 mAh.

La Química Importa: NMC vs. LiFePO4

• NMC (Níquel Manganeso Cobalto): Sigue siendo el rey de la densidad energética. Si intentas colocar una batería en un cuadro en espacios reducidos, esta es tu química. Ofrece el mayor voltaje y capacidad por kilogramo.

• LiFePO4 (Litio Hierro Fosfato): Aunque son más pesadas y voluminosas, están ganando terreno en las bicicletas eléctricas de carga, donde el peso es menos crítico que la vida útil. Son inherentemente más seguras y pueden soportar más de 2000 ciclos, pero para una bicicleta urbana discreta, suelen ser demasiado grandes.

Nota de Ingeniería de Evelyn: Compra siempre celdas de proveedores de confianza que vendan por lotes. En 2026, el mercado estará inundado de celdas de grado B reenvasadas. Comprueba la resistencia interna (IR) inmediatamente después de recibirla; una desviación de más de 2-3 miliohmios entre celdas en un nuevo lote es una señal de alerta.

Antes de tocar una tira de níquel, necesitas un plano. Una batería se define por su configuración en Serie (S) y Paralelo (P).

Entendiendo S y P

• Serie (S): Aumenta el Voltaje (Velocidad). Una batería nominal de 72 V suele ser 20S (20 celdas x 3,6 V = 72 V).

• Paralelo (P): Aumenta la Capacidad (Autonomía) y la Capacidad de Corriente (Par). Un grupo 4P significa que la carga se reparte entre cuatro celdas.

El Desafío de la "Batería en el Cuadro"

Una de las principales razones para construir baterías es maximizar el espacio de la batería en el cuadro. Los bloques rectangulares estándar a menudo desperdician el valioso espacio triangular en los cuadros de las bicicletas eléctricas.

1. Maquetas de Cartón: En 2026, aunque el CAD es una gran opción, sigo recomendando simular físicamente la disposición de las celdas usando celdas ficticias de 21700 o tubos de cartón dentro de la bolsa o carcasa del cuadro.

2. Nido de Abeja vs. Rectangular: El empaquetado en forma de nido de abeja (escalonado) permite colocar aproximadamente un 15 % más de celdas en un volumen determinado que una cuadrícula cuadrada. Esto es crucial para configuraciones de alto voltaje en tubos diagonales estrechos.

Cálculo de Requisitos de Carga

No diseñe una batería que funcione al límite. Si el controlador de su motor consume 50 A continuos, su batería de iones de litio debe tener una capacidad nominal de al menos 70 A. El funcionamiento de las celdas a su capacidad de descarga máxima genera calor, provoca caídas de tensión y acorta drásticamente la vida útil.

Una unidad de iones de litio sin un Sistema de Gestión de Baterías (BMS) es una bomba de relojería. En 2026, las unidades "Smart BMS" se convertirán en el estándar para los entusiastas, reemplazando por completo las PCB "tontas" del pasado.

Características de Smart BMS a tener en cuenta

• Conectividad Bluetooth 5.3: Permite la monitorización en tiempo real de los voltajes de los grupos de celdas a través de su smartphone. Esto es fundamental para el diagnóstico de la batería.

• Parámetros programables: Debe poder configurar su propia protección contra sobrecorriente, corte por bajo voltaje y activadores de equilibrado.

• Equilibrado activo: A diferencia del equilibrado pasivo (que absorbe energía de las celdas de alta capacidad en forma de calor), los equilibradores activos redistribuyen la energía de las celdas de alta capacidad a las de baja capacidad. Para unidades de gran capacidad (20 Ah o más), se recomienda encarecidamente el equilibrado activo para mantener el buen estado de la unidad.

Cableado del BMS: Aquí es donde se producen la mayoría de los errores. Conecte siempre primero el negativo principal (B-) y luego los cables de detección (cables de balance), desde el voltaje más bajo (celda 1) hasta el más alto. Nunca conecte el conector de balance mientras suelda los cables a la batería; un pequeño desliz del soldador puede cortocircuitar dos pines y dañar instantáneamente el procesador BMS.

Soldar directamente a los terminales de las celdas es un pecado capital en ingeniería: el calor daña la química interna y los sellos. Debe usar una soldadora por puntos de descarga capacitiva.

Selección de la tira de níquel

En 2026, el níquel puro es caro, pero el acero niquelado es insuficiente para configuraciones de baterías de alto rendimiento.

• Níquel puro: Use tiras de níquel puro de 0,15 mm o 0,20 mm. Pruebe las tiras con la prueba del agua salada (ráyelas y déjelas en agua salada; si se oxidan rápidamente, es acero).

• El sándwich de cobre: Para construcciones que consumen más de 80 A, la técnica del "sándwich de cobre" es la mejor opción. Esto implica colocar una lámina de cobre (para conductividad) debajo de una tira de níquel (para soldabilidad) y soldar por puntos a través de ambas. Esto reduce drásticamente la resistencia y la generación de calor.

El aislamiento es clave

Use anillos de papel de pescado (papel de cebada) en el terminal positivo de cada celda. Toda la carcasa de una celda es negativa; la tapa positiva es el único punto positivo. Si la tira de níquel se funde a través de la fina envoltura de PVC en el borde de la tapa positiva, se produce un cortocircuito. Por seguridad, es necesario colocar capas adicionales de papel de pescado entre los grupos paralelos.

La ruta desde la batería hasta el controlador es tan importante como las propias celdas. Los cuellos de botella en esta zona provocan calor y caídas de tensión.

Cableado y conectores de alta corriente

Para reparaciones de cableado o nuevas construcciones, el cable con aislamiento de silicona es la única opción debido a su flexibilidad y resistencia al calor.

• 12 AWG: Válido para hasta 40-50 A.

• 10 AWG u 8 AWG: Necesario para sistemas de alta potencia de más de 72 V.

• Conectores: Olvídese de los conectores XT60 para los cables de la batería principal. En 2026, los conectores antichispa QS8-S o AS150 serán el estándar para sistemas de alta tensión. Evitan el terrible "pop" y la chispa que se produce al conectar una batería de alta tensión a un controlador con los condensadores vacíos.

Diagnóstico de Batería y Voltímetros

Conocer el voltaje es conocer el nivel de combustible, pero las barras de porcentaje suelen ser imprecisas.

1. Voltímetros Digitales: Instale un voltímetro digital específico en el manillar o intégrelo en la pantalla. Debe conocer la curva de voltaje de su batería (por ejemplo, una batería de 52 V está llena a 58,8 V y vacía a 42 V).

2. Conteo de Coulomb: Para una precisión real, utilice un monitor de batería con derivación (como Cycle Analyst V3 o pantallas integradas modernas) que cuente los amperios-hora (Ah) consumidos. Esta es la única manera de predecir con precisión la autonomía de una batería de iones de litio personalizada, ya que la curva de voltaje no es lineal.

3. Monitoreo de Resistencia Interna: Utilice la aplicación Smart BMS para comprobar periódicamente la resistencia interna de los grupos de celdas. Si el Grupo 3 muestra repentinamente el doble de resistencia que el Grupo 4, es probable que tenga una soldadura por puntos defectuosa o una celda que esté muriendo. Detectar esto a tiempo previene el fracaso del paquete.

Una vez que la batería está construida, soldada y cableada, debe protegerse. Una batería sin montar es extremadamente vulnerable a las vibraciones y los impactos.

Amortiguación de Vibraciones

Envuelva toda la batería con cinta de filamento para mayor rigidez estructural, seguida de una capa de espuma amortiguadora o neopreno. La vibración es el enemigo de las soldaduras por puntos; con el tiempo, las microvibraciones pueden fatigar las tiras de níquel y provocar grietas.

Estuche Rígido vs. Estuche Blando

• Estuches de Policarbonato: Los estuches rígidos ofrecen la mejor protección contra impactos, pero son más difíciles de ajustar a medida.

• Envoltura Retráctil + Bolsa: Común para formas personalizadas. Si usa envoltura retráctil de PVC resistente, asegúrese de que las esquinas de la batería estén reforzadas con cinta de fibra de vidrio o protectores de esquinas de plástico para evitar que se rompa.

Prueba de Carga

Antes del primer uso, realice una carga completa. Supervise la aplicación BMS durante todo el proceso. Asegúrese de que todos los grupos de celdas alcancen 4,20 V (o el límite establecido) simultáneamente. Si el BMS tiene dificultades para equilibrar el paquete, no lo utilice. Diagnostique el grupo débil inmediatamente.