Explicación de la tecnología de batería RedLithium de Milwaukee
Cuando Milwaukee anunció originalmente las baterías RedLithium en 2010, reemplazaron la línea original de paquetes de iones de litio M12 y M18. No contentos con simplemente aceptar un nombre elegante sin comprender la tecnología detrás de él, comenzamos nuestra investigación. En pocas palabras, la tecnología de batería Milwaukee RedLithium combina electrónica avanzada y resistencia y control de temperatura para generar energía confiable y constante.
Para obtener la mejor información posible, hablamos con Paul Fry. Se desempeña como vicepresidente senior de gestión de productos en la empresa Milwaukee Electric Tool. Paul ha estado trabajando con la tecnología Milwaukee RedLithium desde el principio. Si realmente quisiéramos entender qué hace que las baterías RedLithium sean especiales, Paul podría ayudar.
Tecnología de batería RedLithium de Milwaukee en el comienzo…
Entonces, de vuelta al amanecer de tiempo iones de litio, Milwaukee Tool en realidad trajo a algunas personas del MIT. Querían entrar en el negocio de construir celdas de batería reales. En serio, estaban trabajando con celdas de batería reales para adaptarlas para su uso con herramientas eléctricas inalámbricas. En realidad, esto es bastante loco porque significaba que Milwaukee poseía equipos de producción de baterías en un momento dado. También tienen más de unas pocas patentes de baterías de iones de litio.
Esto es muy inusual, por decir lo menos. Antes de que los iones de litio aparecieran en escena, toda la industria compraba sus celdas de Ni-Cd en uno de dos lugares. En su mayor parte, permiten que los fabricantes también construyan los paquetes de baterías. Esto condujo a soluciones menos que estelares que no podían soportar mucho abuso.
Aún así… para NiCad, funcionó… la mayor parte del tiempo.
Cronología de la batería de iones de litio de Milwaukee
La gente a menudo nos pregunta cuándo lanzó o lanzó al mercado Milwaukee las baterías M18 y M12. A continuación se muestra una línea de tiempo de la batería de iones de litio de Milwaukee de cuándo salió al mercado cada producto clave. No tenemos una lista exhaustiva, pero cubrimos los hitos clave para que pueda ver cómo progresaron las cosas a lo largo de los años.
- 2005: lanzamiento de la batería de iones de litio Milwaukee Tool V28
- 2008 – Llegan al mercado las baterías de iones de litio Milwaukee M18
- 2009 – Lanzamiento de las herramientas y baterías compactas Milwaukee M12 (12V)
- 2010: Milwaukee cambia la línea V28 a baterías M28 (con más inteligencia de batería)
- 2010: lanzamiento de la tecnología de batería RedLithium de Milwaukee
- 2012 – Herramientas M18 FUEL sin escobillas de 18 V anunciadas por Milwaukee Tool
- 2012/13: Milwaukee Tool anuncia y lanza herramientas de 12 V sin escobillas M12 FUEL y baterías avanzadas
- 2018: se anuncian las baterías Milwaukee M18 High Output con 21700 (2170) celdas
- 2019: se anuncian las herramientas y baterías Milwaukee MX FUEL
- 2022: lanzamiento de la primera herramienta Milwaukee de 36 V (con dos baterías M18 simultáneamente): la cortadora de césped Milwaukee M18 FUEL
En qué se diferencian las baterías de iones de litio de las de NiCd y NiMH
Los paquetes de baterías NiCd y NiMH no requieren mucho tiempo para fabricarse. No tienes electronica. Los paquetes no requieren un control significativo de la temperatura. Recargar tampoco requiere mucha inteligencia.
La tecnología de las baterías de iones de litio cambió todo eso de la noche a la mañana. Las baterías de repente se volvieron «inteligentes».
Cuando Milwaukee pasó al ion de litio como plataforma, tuvieron que cambiar la forma en que se fabricaban tradicionalmente las baterías. En ese entonces, solo existían un par de fabricantes de baterías en el mercado para resolver estos desafíos. Ahora hay alrededor de 7 empresas principales:
- Tesla: si bien trabajan en estrecha colaboración con Panasonic, la Gigafactory es la planta de fabricación de iones de litio más grande del mundo. También tiene su sede en los Estados Unidos.
- Panasonic: ubicada en Japón, Estados Unidos y China
- LG: tiene instalaciones de fabricación de iones de litio en Polonia, EE. UU., Corea del Sur y China
- Samsung SDI: fabrica paquetes y celdas de iones de litio en Corea del Sur, China y Hungría
- CATL – fabricante chino de baterías de iones de litio
- BYD: una marca y un fabricante de baterías con plantas en China y Brasil
- Grepow: Grepow tiene su sede en China y fabrica principalmente baterías de productos electrónicos de consumo para dispositivos R/C, drones y otros artículos.
Mayor complejidad del paquete
Además del creciente número de fabricantes, también aumentó la complejidad de los paquetes de baterías. Debido a que el Li-ion requería que los fabricantes cambiaran su enfoque para construir mejores paquetes, se eliminó la presión de tener que desarrollar células. Ahora, la fabricación de células está a cargo de unos pocos fabricantes clave que hacen un trabajo bastante bueno.
Al igual que muchos de los principales fabricantes de herramientas, Milwaukee diseña sus propios paquetes de baterías. Habiendo comenzado temprano, simplemente tienen más experiencia con iones de litio que la mayoría. Milwaukee Tool teoriza que puede tomar la mejor celda de batería del mundo, pero sin una excelente electrónica y protección, el paquete resultante funciona mal.
Consulte nuestro artículo sobre todas las baterías Milwaukee M18 comparadas
Aprovechamiento de la tecnología y el talento
Milwaukee Tool pasó rápidamente de intentar construir celdas de batería a darse cuenta de que podían retener a estos genios de las baterías en el personal. Rápidamente reorientaron sus esfuerzos para impulsar a los fabricantes asociados a mantener la mejor construcción de celdas. Al mismo tiempo, adaptaron la tecnología y las características de los paquetes de baterías para cumplir con las expectativas de los usuarios.
Estos equipos continuaron controlando la producción del propio paquete de baterías y también se centraron específicamente en el desarrollo de la herramienta, el paquete y la electrónica del cargador. Los paquetes de baterías de iones de litio originales tenían algunos componentes electrónicos. Eventualmente, Milwaukee implementó electrónica adicional para monitorear e implementar nuevos circuitos. Estos analizaron las señales entre las baterías y las herramientas y de las baterías a los cargadores.
La tecnología RedLithium comenzaba a tomar forma.
Según Milwaukee Tool, termina habiendo tres puntos principales en los que centrarse al considerar la tecnología de baterías:
- Construcción del paquete de baterías
- Las celdas de iones de litio reales dentro del paquete
- Los componentes electrónicos dentro del paquete de baterías (y, en consecuencia, los componentes electrónicos dentro de la herramienta y el cargador)
Baterías Smart Milwaukee RedLithium
La transición de baterías «tontas» a baterías «inteligentes» coincidió con la llegada de las celdas de iones de litio. Las baterías pasaron de ser prácticamente sin componentes electrónicos a sistemas que monitoreaban todos los aspectos de las funciones de carga y descarga de un paquete de baterías. Por ejemplo, durante la carga, el paquete de baterías debe comunicarse con el cargador, o puede ocurrir una sobrecarga.
¿Qué es un sobrecargo? Si la batería se carga más allá de su capacidad, la celda se descompondrá y dejará de funcionar (o algo peor). Por el contrario, también podría llevar un paquete de baterías por encima de sus límites de temperatura durante el uso de la herramienta. Eso puede suceder cuando el consumo actual excede las limitaciones. Eso puede derretir su motor y dejar salir el «humo mágico». También puede dañar la batería al mismo tiempo.
Para evitar esto, se produce una comunicación casi constante durante la carga y la descarga. El sistema monitorea y ajusta las celdas así como el motor para un uso óptimo y seguro.
Nota del editor: Sobrecargando es cuando el paquete de batería está sobrecargado del cargador (energía EN la batería). Sobrecarga es cuando se está utilizando la herramienta (DESCONECTADA de la batería) y el consumo de corriente aumenta demasiado (por ejemplo, cuando la broca es demasiado grande o el par es demasiado alto). En estos casos, una herramienta bien diseñada se apaga para proteger tanto la herramienta como la batería. Un buen sistema de batería-herramienta monitorea ambos aspectos de este uso de energía.
Cómo la tecnología Milwaukee RedLithium aumentó el tiempo de ejecución
El otro lado de la ecuación se ocupa del tiempo de ejecución. Con la llegada de las baterías de iones de litio, Milwaukee comenzó a brindar protección contra descargas en el propio paquete de baterías. Esto eliminó la necesidad de descargar la batería por completo manteniendo presionado el gatillo, etc.
Cualquiera que haya usado NiCd o incluso NiMH, está familiarizado con el efecto memoria y la tendencia de la batería a perder su potencial para mantener la carga con el tiempo. Agotarlo era un método frecuente y popular para recuperar el máximo potencial de la batería (o al menos tanto como fuera posible). Lo que los usuarios realmente estaban haciendo era “bajar el voltaje” del paquete. Eventualmente, esto dañó la batería.
La electrónica evita que la herramienta descargue la batería al máximo. Esto lo protege de perder la capacidad de cargarse total y completamente. Cuando una herramienta de Milwaukee se detiene, en realidad le queda un poco de carga en la batería. La electrónica interviene para decir: «Es hora de cargar la herramienta, deja de trabajar, ya terminaste».
Protección térmica en la tecnología de batería Milwaukee RedLithium
La protección térmica proporciona una característica igualmente importante para los componentes electrónicos que se encuentran en los paquetes de baterías de iones de litio. Esto juega un papel importante al cortar un montón de madera o cualquier aplicación que utilice grandes cantidades de torsión o «tiempo de activación». En casos de uso como este, podría llevar fácilmente el paquete por encima de su umbral de temperatura.
La electrónica Milwaukee RedLithium corta el paquete cuando se alcanza un umbral demasiado alto. Lo que encontramos interesante es la observación de que las baterías de iones de litio originales de Milwaukee también contenían protección electrónica contra sobrecarga y térmica. Esas primeras baterías simplemente se cortaron mucho antes que los modelos RedLithium más nuevos. Las capacidades de tiempo de ejecución y torque dieron otro salto con la llegada de las baterías RedLithium High-Output.
Según Paul, la electrónica no cambió tanto.
Los avances en la tecnología celular, sin embargo, pasaron por la techo.
La construcción celular y la química trabajan juntas
Los paquetes de baterías Milwaukee RedLithium más nuevos simplemente mantienen la batería en general más fría gracias a un cambio en la construcción y la química de las celdas. El nuevo potencial y la capacidad de aumentar la carga de las celdas permitieron que la electrónica se ajustara, reconociera esto y respondiera en consecuencia.
¿Recuerdas los números de arriba? De ahí vino todo este aumento. Es real, no solo marketing o una forma diferente de medir el desempeño. Las nuevas baterías RedLithium literalmente acumulan calor más lentamente y, por lo tanto, duran más tiempo antes de que la protección se active.
Así es como RedLithium difiere en términos de rendimiento de sus predecesores (estos son números «actualizados»):
- 40 % más de tiempo de ejecución
- 20% más de velocidad
- 20 % más de par
- Poder sin decoloración
Y así es como ha cambiado la durabilidad real de los paquetes RedLithium:
- Funciona hasta 0 °F/-18 °C
- Funciona un 20 % más frío
- Hasta un 50% más de recargas
- Sin efecto de memoria
Ahora mire los valores dados a los nuevos paquetes RedLithium High Output:
- 50% más de potencia
- Funciona un 50 % más frío
La inteligencia detrás de poner el cerebro en la batería
Entonces, el paquete de baterías le habla a la herramienta. La herramienta habla con el paquete de baterías. Ciertamente, en términos de descarga o uso de la herramienta eléctrica, la protección y el control en la herramienta vuelven a ser clave. Pero cada herramienta tiene que saber qué está pasando con su batería: cuál es su temperatura, nivel de carga, etc. De esa manera, cada una de las herramientas de Milwaukee reaccionará y responderá adecuadamente y no obtendrá un enfoque de «talla única» para la gestión de la batería. y rendimiento Básicamente, eso significa que ahora también son posibles diferentes umbrales para diferentes paquetes.
Realmente es una calle de doble sentido. Si Milwaukee simplemente hubiera colocado umbrales de sobrecarga solo en el paquete, entonces el paquete funcionaría igual ya sea que se usara con una linterna o una sierra circular. Este no es el caso con RedLithium (o sus baterías de iones de litio originales).
Slim Packs vs XC Fat Packs
Originalmente, la tecnología de baterías Milwaukee RedLithium establecía límites en los paquetes de baterías. Hicieron esto para que los usuarios no pudieran usar un paquete delgado con una sierra circular inalámbrica, por ejemplo. Estas limitaciones eran necesarias en ese momento. Milwaukee quería la capacidad de proporcionar a los usuarios una experiencia satisfactoria. La combinación de los primeros paquetes delgados con herramientas de torsión más alta habría producido sierras con tiempos de corte más lentos, paradas más frecuentes y un tiempo de ejecución significativamente reducido.
Actualmente, los paquetes de RedLithium manejan temperaturas más altas y disipan el calor más fácilmente debido a la estructura y electrónica avanzada de la celda. Con esto, se mantiene la “sensación” de la herramienta, incluso con menos tiempo de funcionamiento y par. Dado que las herramientas no se agotan tan rápido, Milwaukee abrió todas sus herramientas para usar las baterías más nuevas.
La tecnología de batería Milwaukee RedLithium High Output lleva eso aún más lejos. Una batería delgada CP3.0 de alto rendimiento tiene más potencia y tiempo de ejecución efectivo que los paquetes RedLithium XC originales cuando se usa en herramientas de alta demanda. Los paquetes más grandes XC8.0 y HD12.0 brindan niveles de potencia casi ridículos que igualan o superan lo que está disponible en las herramientas con cable de 120 V.
Otra característica de comparar las baterías Milwaukee RedLithium más antiguas con las más nuevas tiene que ver con las ganancias principales obtenidas de la disipación y el manejo del calor. El efecto neto es que, cuanto más se presiona una herramienta, mayor es el aumento en el tiempo de ejecución que se percibe. Este es un factor de cuánto mejor se realiza la curva de potencia bajo carga.
Los paquetes más grandes aún brindan más potencia
No crea que esto significa que su paquete Slim generará el mismo par de torsión que su taladro inalámbrico o su taladro percutor de alta potencia. Todavía queda una diferencia de potencia notable entre un paquete de 5 celdas y un paquete de 10 celdas que alimenta la herramienta. La electrónica establece y gestiona algo de esto. Sin embargo, la herramienta también tiene un consumo de corriente natural. Si bien puede estar limitado por la electrónica del paquete de baterías en términos de amperios por segundo, todavía tiene un efecto en la potencia total.
Para demostrar cómo tener más celdas produce una mayor eficiencia de la batería, necesitamos configurar un escenario. Esto se aplica a la tecnología de batería RedLithium de Milwaukee, pero también a otras baterías de herramientas. Supongamos que un paquete de baterías necesita suministrar 20 A de corriente a una herramienta. Eso produciría 360W de potencia.
Como no estamos hablando del tiempo de ejecución, no entraremos en cuánto tiempo la batería podría mantener esa carga. Sin embargo, esta no es una cantidad infrecuente o excesiva de corriente o potencia para entregar una herramienta eléctrica bajo una carga razonable.
Hagamos algunas matemáticas simples
Esta es la ecuación para un paquete delgado de 18 V con cinco celdas de batería de 3,6 V. La carga total que pondremos en ese paquete es de 360W. Como referencia, la potencia se expresa en vatios (voltios-amperios), la corriente en amperios y el voltaje en voltios. Lo que nos preocupa es ver cómo funciona cada celda del paquete de forma independiente bajo una carga estática:
P (potencia) = I (corriente) x V (voltaje)
360W = I x 18V (5 celdas)
72W = I x 3.6V (1 celda)
I = 20A (para cada una de las 5 celdas conectadas en serie)
Cada celda en ese paquete delgado necesita entregar 20A y 72W de potencia. Sabemos esto porque 360 W/5 (celdas) = 72 W y cada celda entrega el voltaje nominal nominal de 3,6 V en serie. (20A = 72W / 3,6V)
Lo que sucede cuando usamos un paquete de baterías de 18 V de 2 capas con dos pilas de 5 celdas (10 en total) es que toda esa energía se distribuye a través de dos capas paralelas de celdas conectadas en serie. Con cada celda todavía clasificada en 3.6V, eso significa que las celdas solo tienen que entregar 10A cada una. En general, la corriente es aditiva en un circuito paralelo.
Menos consumo de corriente equivale a menos calor generado por la celda y el paquete, lo que aumenta la eficiencia y el rendimiento potenciales del paquete. A menudo, esto conduce a ganancias de tiempo de ejecución que superan los multiplicadores matemáticos de simplemente tener más celdas disponibles.
Agregar más filas paralelas de celdas de batería significa que cada celda necesita entregar mucha menos corriente para que el paquete produzca la misma cantidad de corriente total que se demanda. Además de tener más tiempo de ejecución, estos paquetes más grandes normalmente pueden entregar más potencia y hacerlo mientras generan menos calor.
Las diferencias de tiempo de ejecución o par están muy influenciadas por la capacidad de una batería para alimentar energía al motor. Esta mayor capacidad de corriente “endurece” la curva del motor (a mayor velocidad bajo carga). Aquí es donde tienen lugar más torque y otros avances con los paquetes más grandes de 10 y 15 celdas.
*Nota: Recibimos muchos comentarios sobre las matemáticas originales utilizadas para los cálculos de corriente en serie y en paralelo en varios paquetes de baterías. Si bien nuestra matemática pretendía ilustrar las diferencias entre el consumo de corriente de varios paquetes, no tuvo en cuenta el hecho de que la corriente permanece constante en un conjunto de celdas conectadas en serie. Como resultado, simplificamos aún más nuestras ecuaciones y eliminamos algunos de los ejemplos incorrectos. Si nos dio su opinión, gracias por su contribución para ayudarnos a aclarar con mayor precisión los problemas involucrados.
Baterías USB Milwaukee RedLithium
Por extraño que parezca, las baterías más grandes no recibieron toda la atención. Las baterías más pequeñas también se beneficiaron de la tecnología avanzada. Las baterías RedLithium USB son un buen ejemplo. Estas células avanzadas ahora aparecen en faros y linternas. Ofrecen pilas recargables y reemplazables a dispositivos que antes requerían pilas no extraíbles o pilas alcalinas estándar.
Lo que está reservado para el futuro de los iones de litio
Preguntamos sobre el futuro de los iones de litio y, en particular, sobre el uso potencial de las celdas prismáticas a medida que avanzan. La conclusión es que la tecnología de celdas (y la tecnología de baterías Milwaukee RedLithium) continuará progresando, aunque lentamente. Y es bueno recordar que la celda es solo 1/3 de la ecuación. Puede tener la mejor celda sin dispositivos electrónicos y literalmente destruir una herramienta. En consecuencia, puede tener un paquete de baterías mal construido que se rompe cuando se cae, derramando toda la electrónica avanzada y la tecnología celular en el suelo… tampoco es bueno. Si pierde solo una soldadura en un paquete de baterías, lo pierde todo. ¡Las baterías de iones de litio no le dan crédito parcial!
La mayor capacidad de amperios por hora y la densidad de potencia continúan mejorando. Ya tenemos nuevos paquetes con celdas de batería 21700 más grandes y densas. Además, una mejor impedancia de celda da como resultado una carga más rápida, entre otras cosas). Dado que los iPads realmente están impulsando más avances en prismáticos, podemos ver algún movimiento allí, pero por ahora, no es probable que los prismáticos lleguen a las herramientas eléctricas en el corto plazo. Tienden a tener problemas de refrigeración y otras consideraciones que impiden su uso.
Por lo tanto, si bien es posible que las baterías de las herramientas no se vean diferentes en un futuro cercano, seguramente durarán más y se cargarán más rápidamente. Eso es muy, muy bueno tanto para profesionales como para usuarios domésticos.
Nota del editor n.º 2: Aquí hay una lista de frases que no conviértalo en este artículo sobre la tecnología de la batería RedLithium de Milwaukee:
- “Paul parecía realmente cargado para hablarnos de sus nuevas baterías”
- “Pasamos nuestras herramientas por un batería de pruebas…”
- “Milwaukee realmente lleno mucho en RedLithium…”