LAS BATERIAS RECARGABLES
Hemos podido escuchar muchas veces cuando estamos reunidos en grupos los problemas que presentan las baterías, los temas mas comunes que suelen mencionar son: cuanto tiempo de vida tienen las baterías, como sabemos si se encuentran en óptimas condiciones, que tamaño se requiere para determinado aeromodelo, la dichosa memoria, etc, y nos encontramos en un mundo muy amplio y con opiniones muy diferentes en los mismos temas provocándonos mayor confusión; así que lo dejamos allí y quedamos en la mayor parte de los casos con el mismo error y tal vez hemos aumentado las numerosas incertidumbres que nos ofrecen el mundo de las baterías se se ha vuelto un tema muy amplio y para muchos un tema complicado.
En realidad han existido numerosos casos de la destrucción total de un modelo radio controlado por alguna consecuencia relacionada con las baterías, existen numerosas consecuencias y podríamos decir ciertamente que la mayoría son por desconocimiento del operador. Comencemos identificando los tipos de baterías que existen, sus respectivos nombres, abreviaturas y especialmente las utilizadas en radio control. Básicamente existen seis tipo de baterías:
- Nickel-Metal Hydride ( NiMH ).
- Lead Acid.
- Lithium Ion ( Li-ion ).
- Lithium Ion Polymer ( Li-ion Polymer ).
- Baterías Alcalinas.
Antes de comenzar a explicar los detalles de cada Batería, queremos mostrar una pequeña t abla que resume información importante de comparación entre todas ellas. Esta información fue obtenida de los Laboratorios CADEX Electronics Inc.
Li-Poli Alcaline
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NICKEL CADMIUN ( NiCd ).
Las baterías Nickel Cadmiun fueron inventadas en 1899 por Waldmar Jungner, de allí han obtenido un gran desarrollo hasta nuestros días, son las mas utilizadas en la actualidad y se podría decir que están en mas de 70 % de los equipos electrónicos a nivel mundial. Las baterías NiCd son utilizadas donde se requiere larga durabilidad, alta capacidad de proporcionar energía y lo mas importante, precios económicos. Estas baterías son utilizadas en su mayor parte en Radios Transmisores, equipos médicos, Cámaras de vídeo profesionales, Radio control y herramientas de trabajo. Las baterías NiCd contienen metales tóxicos y no es ambientalmente amistosa. Podemos resumir algunas ventajas y limitaciones de las baterías NiCd:
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Ventajas |
* Acepta fácilmente Carga Rápida y Carga Lenta. |
| Limitaciones |
* Relativamente de baja densidad de energía comparada con las otras baterías |
E FECTO MEMORIA
En el mundo del radio control nos hemos encontrado que la mayoría de las personas tienen sus propias versiones del efecto memoria en las baterías y muchas de ellas resultan ser incorrectas, otras versiones son exageradas y encaminadas en temas que no están relacionados; sin embargo, las siguientes líneas estarán destinadas a informarle todo lo relacionado al efecto memoria, como se combate y como se previene. La información fue obtenida de la empresa CADEX ELECTRONIX y las fotografías de soporte fueron proporcionadas por United States Army Electronics Command.
El efecto memoria es un problema que afecta directamente a las baterías Nickel Cadmiun ( NiCd ) en mayor proporción. Cuando las baterías NiMH fueron introducidas al mercado, estas fueron promocionadas como las baterías libre de memoria, aunque esta información no es cierta, las baterías NiMH padecen de memoria pero en mucho menor cantidad que las baterías NiCd.
Las baterías Nickel Cadmiun utilizan material activo denominado Cadmium. Este material esta dividido en pequeños cristales que tienen un longitud de 1 Micrón. Esta pequeña medida en los cristales le da la particularidad de que mayor cantidad de ellos tienen contacto directo con el electrodo proporcionando así mayor eficiencia o energía En la imagen izquierda se puede observar el material en forma de cristales en condiciones normales, es decir sin el efecto memoria presente. Cuando el efecto memoria ocurre, estos cristales aumentan considerablemente de tamaño entre 10 y 100 micrones implicando que menor cantidad de ellos tendrán contacto directo con el electrodo precisamente por su tamaño. Observe la imagen de la derecha en donde se señala un cristal que apenas tiene 10 Micrón. Compare usted mismo los cristales de ambas imágenes.
Cuando el efecto memoria ocurre ?. El efecto memoria expresado por Duracell dice: El voltaje cae por que solo una porción de los materiales activos de la batería son descargados y recargados casi de igual forma por un cierto tiempo, por ejemplo, si usted recarga una batería de 1000 mAh y utiliza tan solo 200 mAh y este proceso es repetido varias veces, el efecto memoria aparecerá en su batería. Los materiales activos cambian sus características físicas e incrementan su resistencia. El efecto memoria tendrá un tamaño dependiendo del usuario, por eso no existirá ninguna regla general. Si usted tan solo utiliza un 10 % de la batería cada vez que la regarga, tendrá un 90 % de Memoria en su batería, observe la imagen "D". En el mundo del Radio Control, específicamente en el Helimodelismo y Aeromodelismo, el efecto memoria es un factor importante, por que la batería es prácticamente el corazón de su modelo. Una falla de la batería por el efecto memoria, podría llegar a destruir totalmente su modelo.
COMO PREVENIR EL EFECTO MEMORIA
El efecto memoria puede ser combatido fácilmente con tan solo descargar la batería hasta sus niveles Mínimos. Para entender que es el nivel mínimo, primero debemos entender que una batería esta conformado por varias celdas. Una celda NiCd puede proporcionar un voltaje de 1.2 Voltios, el voltaje mínimo que puede llegar la celda es de 1.0 Voltios. Cuando usted consume la energía de la batería desde 1.2 voltios hasta 1.0 voltios, obtendrá un 99 % del total de la energía que puede proporcionar la celda. En un paquete de batería conformado por 4 Celdas, el voltaje nominal es de 4.8 Voltios y el voltaje mínimo es de 4.0 voltios.
En el caso de que usted descargue la celda hasta llegar a 0.2 voltios, automáticamente existirá una inversión de polaridad que representa un corto circuito si la celda esta conectada con otras, y usted beberá cambiar automáticamente la celda o batería por que no podrá ser corregida.
El termino utilizado para descargar las baterías es denominado CYCLE. Los equipos que tienen capacidad de realizar esta tarea, tienen pre establecido descargar las baterías hasta llegar a 1.0 Voltios para evitar alcázar los limites que invierten la polaridad en una batería o celda. También existen equipos programables en las cuales todas las variables podrán ser modificadas según la necesidad del operador.
CAPACIDAD DE CORRIENTE DISPONIBLE EN BATERIAS NICD
En la actualidad existe una gran variedad de Baterías NiCd en lo que respecta a la capacidad de corriente. Aunque existen versiones especiales, podemos decir que comúnmente pueden conseguirse Baterías NiCd con capacidad de 250 mAh hasta 6000 mAh. Antes de la aparición de las baterías NiMH y Lithium, las baterías NiCd eran utilizadas casi en un 100 % en los equipos electrónicos que requería ser portátiles; ejemplo de ello es cuando aparecieron los teléfonos Celulares solamente se vendían con baterías NiCd.
TERMINOLOGIAS Y CONCEPTOS RELACIONADOS CON LAS BATERIAS Y CARGADORES
Frecuentemente me encuentro con personas que me hacen la típica pregunta de cuanto tiempo se requiere para cargar una batería con determinado cargador ?. Para la mayoría es suficiente conocer el tiempo que necesita para cargarla, posteriormente si cambian el cargador volverán hacer la pregunta para resolver el problema. Tal vez esto se debe a los conceptos básicos mínimos requeridos para entender la terminología no son explicados con sencillez. Antes de continuar, explicaremos esa terminología sin llegar a conceptos complejos que no vienen al caso.
Las baterías suele contener la información impresa de la capacidad de corriente que pueden suministrar y el voltaje. La capacidad de corriente suele expresarse de dos formas: La primera de un Numero seguido de la palabra mAh, por ejemplo 1000 mAh. Y la segunda de un numero seguido de la palabra Ah, por ejemplo 7.0 Ah. El termino "mAh" significa mili-amperios hora, y el termino "Ah" significa Amperios-Hora. Pero que significa ambas terminologías ?. Si tenemos una batería de 1000 mAh tan solo quiere decir que la batería tiene capacidad de suministrar 1000 mili-Amperios constante durante una hora, en otras palabras, si usted tiene una batería de 1000 mAh completamente cargada y le conecta un equipo que consume 1000 mA, este permanecerá funcionando durante una hora. Si el equipo consume 500 mA, este permanecerá funcionando durante 2 horas.
La equivalencia existente entre ambas terminologías es la siguiente: 1000 mA ( mili-Amperios ) = 1 A ( Amperio ). En la imagen siguiente tenemos un paquete de baterías de 1700 mAh = 1.7 Amps, esta batería bien cargada tendrá capacidad de suministrar 1.7 Amps constantemente durante una hora. El suministro de corriente no es un parámetro exacto ya que las baterías en muy buenas condiciones pueden llegar a suministrar mayor cantidad de corriente de la que tiene señalado. Cuando las baterías comienzan a degradarse perderán progresivamente la capacidad de proporcionar corriente debido a la cantidad de cargas y descargas a las que son sometidas. También el tiempo de vida de una batería esta relacionada directamente con el tipo de carga y la temperatura a la cual es sometida.
En el mercado podemos encontrar típicamente baterías de la misma capacidad con la diferencia de tener mayor tamaño físico. Algunas personas piensa que por tener mayor tamaño tienen mayor capacidad de suministrar corriente ( mA ), la cual no es cierto. A medida de que transcurre el tiempo hemos visto que las baterías son mas pequeñas y mas livianas pudiéndole manejar mayor cantidad de corriente. Cuanto mayor corriente pueda manejar la batería, será mas costosa. Finalmente, no podíamos dejar atrás cuales son las marcas mas reconocidas por su calidad y durabilidad ya que existen muchas empresas que fabrican baterías Nicd, entre las mas reconocidas tenemos a SANYO y PANASONIC.
CARGADORES DE BATERIAS NiCd:
Existe una gran variedad de cargadores y desde ya podemos decirle que no todos los cargadores son iguales, existe muchísima diferencia entre las diferentes marcas. Algunos de ellos tan solo cargan las baterías y otros de ellos pueden tener funciones complejas de análisis. Ahora básicamente existen tres métodos de carga para las baterías NiCd: Slow Charger ( Carga lenta ), Quick Charger ( Carga Media ) y Fast Charger ( Carga Rápida ).
Carga Lenta ( Slow Charger ) - También es conocida como " Overnight Charger " , el tiempo promedio de carga es de 10 a 16 horas y representa el método mas económico. Este tipo de carga solamente es amplicable para las baterías NiCd . Esta regido por una formula muy sencilla : 0.1*C donde la variable "C" representa la capacidad de corriente de la celda y 0.1 representa un valor constante. Por ejemplo: si tenemos un paquete de baterías de 1200 mA, la formula para carga lenta nos queda así: 0.1x1200 = 120 mA. Este resultado nos expresa que el adaptador de voltaje ( Cargador ) deberá tener 120 mA en su salida. Ahora para conocer el tiempo que se requiere para cargar este paquete de baterías, tan solo utilizamos la siguiente formula: Capacidad de corriente de la batería / salida en mA del cargador; el resultado viene expresado en Horas; por ejemplo: 1200 / 120 = 10 Horas. Lo que quiere decir que un paquete de baterías de 1200 mA si es cargado con un cargador de 120 mA tardara 10 Horas. Por otro lado si tenemos un cargador de 50 mA el tiempo de carga para una batería de 1200 mA seria: 1200 / 50 = 24 Horas.
Los equipos que se suele utilizar típicamente para carga lenta no tiene un dispositivo que detecta cuando la batería esta 100 % cargada, así que usted deberá estar muy atento de no deja cargar la batería tiempo extra por mas de 24 horas. Sobrecargas no controladas y alta temperatura es un problema para las baterías Nicd. Ambos son factores que destruyen progresivamente las baterías. En el Radio Control, específicamente los Radios utilizados en los aeromodelos, vienen con un cargador muy sencillo. este cargador es el que hemos descrito aqui y puede ser identificado fácilmente como un pequeño transformador o adaptador de voltaje como se aprecia en la siguiente imagen.
Quick Charger, este tipo de carga es tres veces mas rápida que la carga lenta. En la actualidad representa el método de carga mas popularmente usado. El tiempo promedio de la carga completa de un paquete de baterías es de 3 a 6 horas. Este método de carga esta regido por la formula 0.3*C donde la variable "C" representa la capacidad de corriente de la celda y 0.3 representa un valor constante. Por ejemplo: si tenemos un paquete de baterías de 1200 mA, la formula para Quick charge nos queda así: 0.3x1200 = 360 mA. Este resultado nos expresa que el adaptador de voltaje ( Cargador ) deberá tener 360 mA en su salida. Ahora para conocer el tiempo que se requiere para cargar este paquete de baterías, tan solo utilizamos la siguiente formula: Capacidad de corriente de la batería / salida en mA del cargador; el resultado viene expresado en Horas; por ejemplo: 1200 / 360 = 3.33 Horas. Lo que quiere decir que un paquete de baterías de 1200 mA si es cargado con un cargador de 360 mA tardara 3 Horas con 33 minutos.
El método de carga Quick Charger requiere obligatoriamente un circuito de control que se desconecte cuando la batería esta completamente cargada, la sobrecarga y las temperaturas elevadas son factores que acortan el tiempo de vida de las baterías Nicd. Por lo tanto, para este tipo de carga se requiere que el cargador por lo menos tenga un circuito temporizador o un circuito que desconecte e indique que las baterías se encuentran cargadas.
Fast Charger, este método de carga ofrece algunas ventajas con respecto a los dos métodos anteriores, por supuesto, el principal es el tiempo que necesita para cargar un paquete de baterías; sin embargo representa el método mas costoso por que requiere de circuitos de control sofisticados y mayor fuente de poder para cargar la batería El método también esta regido básicamente por la siguiente formula: 1 * C donde la variable "C" representa la capacidad de corriente de la celda y 1 representa un valor constante. Por ejemplo: si tenemos un paquete de baterías de 1200 mA, la formula para Fast charge nos queda así: 1 x 1200 = 1200 mA. Este resultado nos expresa que el adaptador de voltaje ( Cargador ) deberá tener 1200 mA en su salida. Ahora para conocer el tiempo que se requiere para cargar este paquete de baterías, tan solo utilizamos la siguiente formula: Capacidad de corriente de la batería / salida en mA del cargador; el resultado viene expresado en Horas; por ejemplo: 1200 / 1200 = 1 Hora.
Al igual que el método anterior, este método de carga requiere obligatoriamente de un circuito de control que se desconecte cuando la batería esta completamente cargada, la sobrecarga y las temperaturas elevadas son factores que acortan el tiempo de vida de las baterías Nicd.
Finalmente, cuando los métodos de carga Quick charge y Fast Charge cargan completamente las baterías, el circuito de control desconecta la carga para evitar su destrucción sea por sobrecarga o por temperatura. desde el momento que se desconecta la carga de las baterías, estas comienzan a consumir su propia energía lentamente. Para evitar esto, los equipos suelen activar el método de carga denominado TRICKLE que tan solo es una corriente de mantenimiento. La corriente de mantenimiento Tricke representa tan solo el 10 % de la carga en proceso pero la carga no se realiza en forma constante, si no en forma pulsante; por ejemplo el cargador de Baterías Alpha IV fabricado en los Estados Unidos, cuando este pasa al estado de TRICKLE, el pulso de carga es emitido 25 veces por minuto que representa un aproximado de un pulso cada 3 segundos.
CARGADO LAS BATERIAS NICD:
Los fabricantes de baterías recomiendan que las baterías nuevas sean cargadas con el método de carga lenta por 24 horas antes de ser usadas. La carga lenta ayuda a que el paquete de baterías se cargue de igual cantidad debido a que la descarga por almacenamiento no es igual en todas las celdas. Durante tiempos prolongados de almacenaje de las baterías los electrólitos tienden a bajar demasiado y con la primera carga de Trickle los electrólitos se vuelven a redistribuir corrigiéndose el problema.
Algunos fabricantes de baterías, no cargan sus baterías antes de ser despachadas de las fabricas por lo que el usuario final las tiene que cargar y descargar varias veces antes de poder obtener la máxima capacidad de la Batería Usualmente se requieren en 50 y 100 cargas y descargas para obtener la capacidad máxima.
Para celdas de calidad como las marcas Sanyo y Panasonic se ha visto que tan solo entre 5 y 7 cargas y descargas se optiene la máxima capacidad de la Batería, además cuando se llega aproximadamente entre 100 y 300 ciclos se observa un pequeño pico positivo de carga adicional que puede suministrar la Batería.
Las mayoría de las celdas NiCd están equipadas con una ventana de seguridad en el caso de que estas sean cargadas incorrectamente. La ventana de seguridad se habré entre 1034 y 1379 kPa ( 150 a 200 psi ). Para tener idea de la presión que se debe alcanzar, un neumático de un carro puede típicamente contener 35 psi.
La mayoría de los cargadores comerciales no están diseñados para trabajar considerando los parámetros que perjudican el tiempo de vida de las baterías Esto es cierto especialmente para los cargadores de baterías NiCd que miden la carga de la Batería a través del sensado de temperatura. Este tipo de cargado no lo recomendamos para aquellos que utilizan baterías en modelos Radio Controlados por que las baterías cuando están siendo cargadas son colocadas hasta 50 grados centígrados antes de terminar la carga y como habíamos mencionado anteriormente, la temperatura es un enemigo de las baterías ya que le acortan el tiempo de vida útil. Otros cargadores mas avanzados utilizan el método de incremento de temperatura a medida de que pasa el tiempo dT/dt en donde la temperatura es incrementada a razón de 1 grado centígrado por minuto hasta alcanzar una temperatura absoluta de 60 grados centígrados para detener la carga. Este segundo cargador, tampoco lo recomendamos para los usuarios de modelos a radio controlados.
Finalmente existen cargadores que están controlador por Micro controladores o Microprocesadores que monitorean el voltaje de la Batería, cuando el voltaje requerido es alcanzado la carga de Batería es detenida. Este método es conocido como Delta Negativo ( NDV).
Entonces cual es el cargador que nos conviene ? A Mi manera de ver, el cargador de baterías con el método Delta Negativo es el mas conveniente. Por que ?. Los métodos que trabajan con temperatura, además de acortar el tiempo de vida de la Batería, cada vez que usted coloque la Batería para cargarla, este comenzara el ciclo completo como si no la hubiera cargado con anterioridad, no importa si esta medianamente cargada. Con el método Delta Negativo normalmente la Batería no es calentada con esas temperaturas perjudiciales, además si la Batería se encuentra medianamente cargada, el método Delta Negativo solamente se toma el tiempo para cargar la diferencia de carga que requiere la Batería; por otro lado también se reduce el tiempo de carga y por ende el consumo eléctrico. Con el método Delta Negativo suele también observarse que las baterías de muy alta capacidad suelen calentarse con una temperatura mayor que las baterías de mediana capacidad.
Finalmente cuando el cargador finaliza la carga de la Batería, esta es mantenida en sus niveles superiores con la función TRICKLE que puede estar comprendida en el rango de 0.05C y 0.1C
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Observaciones importantes:
Desde hace algún tiempo hemos podido observar algunas personas que ingresan al mundo del Radio Control ( Aeromodelismo ); cuando ellos adquieren sus equipos, básicamente el cargador de baterías que utilizan es el cargador que viene con el equipo de radio que es tan solo un pequeño transformador o adaptador de voltaje diseñado para suministrar carga lenta a una Batería especifica; es decir 0.1XC. a partir de esta situación usted podría encontrarse en los siguientes casos comunes:
En este caso nos encontramos que la Batería se encuentra en perfecto estado y cuando es utilizada no ofrece ningún problema por mucho tiempo. El Modelista se podría decir que tiene suerte en no tener la necesidad de conocer el estado de esa Batería que suele utilizar en su modelo. La vida del modelo depende de un 100 % de la Batería que se encuentren en buen estado. Ahora supongamos que este mismo aeromodelista se retira del medio por algún tiempo guardando con cuidado todos los equipos y Baterías recargables. La Batería en el periodo de almacenaje, comienza a perder su carga en un 10 % cada Mes hasta que puede llegar un determinado momento en donde la Batería llega a niveles críticos y perjudiciales.. Ahora que sucede si nuestro aeromodelista quiere volver a incorporarse ?. Típicamente reacomoda todos los equipos y pone a cargar sus baterías con el cargador lento que adquirió con su equipo de Radio tomando en cuenta la cantidad de horas que el cargador deberá estar conectado a las baterías; pero si analizamos las baterías nos encontramos con un elemento importante que podría ser causante directo de la destrucción total del modelo.
Nuestro aeromodelista inconsciente tan solo conecta las baterías a cargar y toma el tiempo de carga mínimo requerido antes de desconectarlas del cargador; pero físicamente suele suceder que el cargador de baterías esta suministrando la corriente de carga correctamente; pero la Batería se encuentra como dormida y la mayor parte de la energía suministrada se pierde y es allí cuando pensamos que la Batería se encontraba totalmente cargada por que nuestro aeromodelista la cargo con el tiempo reglamentario. Entonces, nuestra Batería que supuestamente podría tener una capacidad de 1200 mAh tan solo tiene una carga de 400 mAh. Dependiendo del modelo, tipo de servos y otras variables, la corriente que consume un modelo es de 350 mAh para modelos sencillos y de 1.0 Amp. para modelos complejos como los Jets.
Si por ejemplo nuestro Aeromodelista tenia un modelo que el consumo de corriente estuviera en los alrededores de 700 mAh y tenemos nuestra Batería cargada con tan solo 400 mA, este modelo puede considerarse desde ya como destruido por falta de Batería Para entender lo antes dicho, Una Batería con 400 mAh de carga podrá suministrar 400 mAh constante durante una hora; pero nuestro modelo Consume 700 mAh... lo que implica que la Batería de 400 mAh tan solo funcionara 34 Minutos con un modelo que esta consumiendo 700 mAh. Si este modelo, ese día tan solo realiza 2 vuelos de 12 Minutos, no habría ningún problema; pero la realidad es que los aeromodelistas suelen hacer desde 3 a 6 vuelos aproximadamente y podríamos asegurar que en el tercer vuelo este modelo se perdería por falta de Baterías.
Por que escribimos este particular ejemplo ?. Sencillamente para poder indicarles que las baterías tienen que ser monitoriadas y la única manera de hacerlo es con un cargador inteligente que proporcione la información En nuestro ejemplo anterior, si el aeromodelista hubiera tenido un cargador Inteligente, seguramente se hubiera dado cuenta del peligro que se encontraba el modelo y hubiera tomado las desiciones correctivas que ameritan el caso y posiblemente el único gasto hubieran tenido que hacer es adquirir baterías nuevas. La siguiente imagen muestra un cargado de baterías que puede cargar casi todas las tecnologías existentes. Básicamente el cargador puede proporcionar toda la información necesaria que se requiere de una Batería: Capacidad Actual, Voltaje, Tiempo, etc.
En resumen, las baterías Pueden fácilmente durar muchos años como también pueden durar tan solo un mes y la única manera de asegurar la vida del modelo por defectos de baterías es con un cargador inteligente. Los parámetros que suelen buscar los aeromodelistas para ver si sus baterías se encuentran en buen estado son:
* Unos días antes de realizar su día de vuelo, carga la Batería completamente y la descarga para poder observar cuantos miliamperios suministro la Batería Con esa información puede determinar en que porcentaje de vida se encuentra esa Batería
* También suelen hacer que después que regresan del campo de vuelo, ponen a descargar la Batería para observar cuanta corriente le quedaba a la Batería y contaban el numero de vuelos realizados; de allí obtenían un promedio de la corriente total.
BATERIA DE NICKEL METAL HYDRIDE ( NiMH)
Estas aparecieron en el mercado en el año de 1970 y fueron optimizadas hasta el año de 1980 donde lograron conseguir su estabilidad. Actualmente las Baterías NiMH tienen un 40 % de mayor densidad de energía que las baterías NiCd; sin embargo las baterías NiCd y NiMH están afectadas por una alta descarga conocida en ingles como Self-Discharge. Esta descarga es conocida como la perdida de capacidad de energía de una Batería por motivos de transferencia de electrones entre los materiales químicos que conforman a la Batería Esta perdida de energía sucede en el almacenaje o cuando se encuentra fuera de uso.
U na Batería NiCd pierde a cerca de un 10 % de la carga en un periodo de 24 Horas, después de esto, el porcentaje de descarga es de un 10 % por cada mes. El efecto de descarga de una batería NiMH es acerca de 1-1/2 a 2 veces mas grande que una Batería NiCd.
Inicialmente de la aparición de las Baterías NiMH solían ser mucho mas costosas que las baterías NiCd y llegaba a costar hasta el doble; pero en la actualidad el precio ha bajado muchísimo llegando a costar el mismo precio que las baterías NiCd debido al alto volumen de producción y disminuyendo el nivel de producción de las baterías NiCd implica una tendencia al aumento de los precios.
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* 30 - 40 % de mayor capacidad que una batería Standart de NiCd.
* Menos propensa al efecto Memoria
* Fácil de Transportar
* Contiene medianamente Toxinas la cual puedes ser recicladas con mayor facilidad.
* Proporcional alta capacidad de Corriente de flujo
* En el tiempo de vida, las baterías NiMH empiezan a deteriorarse después que se han reciclado entre 200 y 300 Veces.
* Las baterías NiMH están limitadas en la corriente de descarga.
* El algoritmo requerido para cargar estas baterías es mucho mas complejo que una Batería NiCd.
* Las baterías se calientan en mayor proporción que una batería Nicd.
* Requieren mayor tiempo de carga que unas baterías NiCd.
* Estas tienen que almacenarse en lugares fríos.
* Las baterías NiMH como proporcionan mayor cantidad de corriente de flujo, tienden a ser un 20 % mas costosas que las Baterías NiCd.
LOS CARGADORES PARA LAS BATERIAS NiMH
El cargador de Baterías utilizado para las baterías NiMH es muy similar al usado con las baterías NiCD, pero la electrónica utilizada en los circuitos de control es un poquito mas complicada por que los niveles de voltaje a sensar son mas críticos. La mayoría de los cargadores utilizados para recargar baterías NiMH utilizan la combinación de dos métodos de carga: el método Delta Negativo y el método dT/dt. Una vez finalizada la carga se utiliza la función TRICKLE pero con una importante variante.
La cantidad de corriente utilizada en la función TRICKLE en las baterías NiMH es muy critico ya que la energía suministrada no es absorbida en su totalidad por la Batería lo cual implica que la función TRICKLE tiene que suministrar mucho menos corriente que la utilizada en la función TRICKLE para baterías NiCD. Recordando el aspecto técnico de los cargadores, el cargador para baterías NiCd utiliza un 10 % de la carga en la función TRICKLE, pero para un cargador de baterías NiMH se requiere mucho menos. Este valor viene expresado en la siguiente formula 0.05 x C. Es importante destacar que un cargador diseñado para cargar Baterías NiCd no cumple con las especificaciones requeridas para las Baterías NiMH tan solo en la función TRICKLE; sin embargo un cargador diseñado para cargar Baterías NiMH puede ser utilizado sin ningún problema con las baterías NiCd.
BATERIA LEAD ACID
Esta Batería fue inventada por el Físico Gaston Plante en el año 1859 y fue la primera Batería recargable de uso comercial. En nuestros días es utilizada en los automóviles, UPS, etc. A mediados del año 1970 fue desarrollada la Batería de libre mantenimiento que podía estar colocada en cualquier posición por que el liquido electrolítico estaba sellado y se disponían de pequeñas válvulas de ventilación que funcionaban durante la carga y descarga de las baterías.
Posteriormente se desarrollaron dos tipos de baterías: la primera conocida como Batería de Gel (SLA) y la segunda conocida como lead acid ( VRLA ). Técnicamente ambas baterías son las mismas, pero científicamente ambas baterías son diferentes. Las Baterías SLA típicamente pueden manejar desde 0.2 Ah hasta 30 Ah y sus aplicaciones mas frecuentes son en UPS, Luces de Emergencia; además de ser muy económicas y requieren un mínimo mantenimiento.
Las Baterías VRLA norm almente son utilizados en sistemas estacionarios. Las capacidad de corriente de estas baterías puede fácilmente estar comprendida entre 30Ah y 1200 Ah. Estas baterías son comúnmente utilizadas en Repetidores de Radio, Power backups para bancos, Hospitales, aeropuertos.
Las baterías SLA y VRLA no pueden recibir exceso de sobrecarga ya que el agua se evapora y esta no podrá volver nunca alcanzar la carga total. Por otro lado, este tipo de Batería no sufre el efecto memoria. En lugares donde las baterías NiCd se descargan en un 40 % en tres meses, las baterías SLA se descargan esa misma cantidad pero en 12 meses.
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* Económicas y de fácil Fabricación.
* Bajo mantenimiento.
* No es afectada por el efecto Memoria.
* Puede proporcional alta Corriente.
* Su descarga en almacenaje es muy bajo.
* No requiere recarga del electrolito.
* Limitada a ser utilizadas en lugares estacionarios o vehículos.
* No son fáciles de transportar.
* Cargas in apropiadas causan consecuencias irreversibles.
* La Batería no podrá ser almacenada descargada.
* Esta limitada a un numero de full descargas.
* Poco amigables al ambiente.
LOS CARGADORES PARA LAS BATERIAS LEAD ACID
El cargador de baterías para Lead Acid difiere un poco del cargador para baterías NiCd que trabaja limitando el voltaje y para las baterías Lead Acid se utiliza limitación de corriente. Estas Batería se le inyecta cierta corriente que va disminuyendo a media de que la Batería se va cargando. Normalmente una Batería Lead Acid se toma entre 12 y 16 horas de carga. En la siguiente gráfica se puede observar claramente el proceso de carga para una Batería Lead Acid. La corriente se mantiene en un nivel constante durante la primera etapa, una vez finalizada esta comienza a disminuir progresivamente.
BATERIA DE LITHIUM ION ( Li-ion )
Los primeros trabajos con este tipo de tecnología fue en 1912 bajo la supervisión de G. N. Lewis pero no fue hasta el año 1970 cuando apareció la primera Batería de Lithium no recargable en el mercado. Las primeras baterías recargables de Lithium aparecieron a mediados de 1980 pero tenían muchos problemas.
Las Baterías de Lithium esta conformada por los metales mas ligeros implicando que son mucho mas livianas que las baterías NiCd y NiMH. Las baterías de lithium tienen un gran electrodo que proporciona alta energía de densidad por peso. Tienen la ventaja de proporcionar un alto voltaje y excelente capacidad de corriente implicando que pueden proporcionar alta densidad de energía 3 veces superior a la que proporciona una Batería de NiCd. Después de mucha investigación a cerca de las baterías recargables de Lithium durante los años de 1980 se encontraron las causas que cambiaban las características del electrodo de Lithium. Esta transformación reducía la estabilidad térmica y causaba una violenta reacción denominada en ingles "Venting with Flame". Pero en el año de 1991, Sony Corporation comercializo la primer a Batería de Lithium la cual se esperaba que fuera muy prometedora.
La energía de densidad de una Batería de Lithium contiene el doble de una Batería de NiCd. El electrodo activo contiene materiales que incrementan la energía de densidad. En resumen, la alta capacidad y la curva de carga son muy similar a las curvas de las baterías NiCd desde el punto de vista de la descarga, pero con voltaje diferente.
Estas baterías tienen la gran ventaja que requieren muy bajo mantenimiento a diferencia de las otras tecnologías. Tampoco son afectadas por el efecto Memoria y no necesitan ser recicladas para aumentar su tiempo de vida útil, adicionalmente la descarga interna de las baterías es la mitad comparadas con NiCd y NiMH.
Las celdas de Lithium tienen un voltaje mucho mas alto que cualquiera de las otras tecnologías implicando a si poder utilizar una sola celda. En nuestros días existen teléfonos Celulares que utilizan una sola celda obteniéndose así una simplificación en el diseño de las Baterías En las aplicaciones electrónicas tan solo se requerirán pocas celdas, normalmente suele oscilar entre 2 y 4 celdas. En las aplicaciones para el radio control, se suelen utilizar 2 celdas controladas por un regulador de voltaje para los receptores, servos, gobernadores, etc y 3 celdas para los transmisores... Los computadores Notebooks suelen utilizar hasta 4 Celdas...
Existen variaciones de las baterías de lithium que fueron apareciendo en los últimos años. Las baterías de Lithium iniciales ( Coke Versión ) podían ser descargadas hasta 2.5 Voltios por celda pero en versiones posteriores de Baterías de Lithium como las Li-ion podían ser descargadas hasta 3 voltios por celda. Ambas versiones de baterías proporcionaban el mismo tiempo de operación; por celda, además la Batería LI-ion puede proporcionar mayor cantidad de corriente y permanecer mas fría en la carga y descarga que la versión original de baterías Lithium ( Versión Coke ).
El termino de envejecimiento esta muy relacionado con las baterías Li-ion. Por desconocidas razones los fabricantes de baterías tienen la información confidencial. Cierta perdida de la capacidad de la Batería es notada al primer año indiferentemente si esta siendo usada o no. Frecuentemente entre 2 y 3 años la Batería falla. Esto sucede por la degeneración de los químicos implicados. Es importante destacar que este ultimo punto es mas grave en las baterías NiMH si son expuestas a temperaturas elevadas.
El almacenaje de las Baterías Li-ion según recomendaciones de los fabricantes debe estar en un lugar donde la temperatura se encuentre aproximadamente en 15 Grados Centígrados ( 59 F ) y además deberá estar tan solo parcialmente cargada. Las Baterías Almacenadas en lugares mas frios, frenan el proceso de degradación de los químicos ( En todas las tecnologías ). El Almacenaje muy extendido de las baterías Li-ion no esta recomendado y estas tienen que rotarse con otras para ser usadas.
Las Baterías requieren de un circuito de protección para mantener una operación segura. La primera se refiere a proteger la Batería de la sobre carga la cual evitaría la explosión de la misma y la segunda función se refiere a proteger la Batería de la sobre descarga para no dejar bajar el voltaje mínimo que requiere una Batería Li-ion.
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Ventajas |
* Pueden proporcionar alta capacidad de Corriente. |
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Limitaciones |
* Requieren un circuito de protección. |
PRECAUCION:
Las baterías de Li-ion son baterías que tienen una alta densidad de energía Se requiere que sean manejadas con precaución cuando van a ser utilizadas o probadas. No cortociercuite las baterías, No las sobrecargue, No las penetre por ningún motivo, No le aplique polaridad inversa, No la exponga a altas temperaturas. El electrodo de estas baterías es altamente inflamable y la ruptura de los parámetros de seguridad pueden causar un incendio.
LOS CARGADORES PARA LAS BATERIAS LITHIUM ION
El cargador de Baterías utilizado para las baterías Li-ion es un dispositivo limitador de voltaje que trabaja muy similar al cargador para baterías Lead Acid; La diferencia radica principalmente en el voltaje de salida ya que las Celdas de Li-ion tienen un voltaje mayor y la función Trickle es eliminada totalmente.
Miestras los cargadores de baterías para Lead Acid tienen algo de flexibilidad en términos de voltaje cuando se desconectan automáticamente, las baterías de Li-ion son muy estrictas con respecto al voltaje. Cuando las baterías de Lithium fueron introducidas por primera vez en el mercado, estas requerían un limite de voltaje de 4.1 V/celda. Si hera aplicado un mayor voltaje, la celda comenzaba a degradarse y oxidarse los elementos químicos incluyendo una reducción severa del tiempo de vida de la Batería Este efecto fue corregido con otros aditivos químicos Ahora la mayoría de las baterías de Lithium comerciales pueden ser cargadas con 4.2 V/Celda. La tolerancia es de aproximadamente +/- 0.05 V/Celda.
La función Trickle no es aplicada en estos cargadores por que las baterías de Lithium no tienen capacidad de absolver la sobrecarga suministrada provocando que a a mayor tiempo de carga sea mas inestable. La función Trickle como habíamos dicho es tan solo un porcentaje de la carga. Si nuestra rata de carga es de 1000 mAh, la función Tricke podría ser 100 mAh. Entonces podríamos considerar que la Batería esta recibiendo una pequeña carga de un 10 %. Cuando la Batería ya esta totalmente cargada se debe desconectar todo suministro de corriente o carga. Que pasaría si accidentalmente sobre cargamos una Batería de Lithium ? Las baterías de Lithium están diseñadas para operar con seguridad dentro de los parámetros normales de voltaje, pero en el caso contrario en donde le apliquemos voltajes mayores, la Batería se volvería totalmente inestable. Tan solo si se carga una Batería con 4.3 Voltios, the cell causes lithium metal platin on the anode, adicionalmente el Cátodo se convierte en un material oxidante perdiéndose la estabilidad y liberándose oxígeno. Esto calentaría la celda progresivamente hasta fácilmente puediendo llegar a explotar.
En la siguiente gráfica se puede observar claramente cuando comenzamos a cargar una Batería de Lithium, el cargador le suministra la máxima corriente, a medida de que pasa el tiempo la corriente va disminuyendo y el voltaje va aumentado. Cuando la corriente llega a un mínimo, la Batería se encontrara totalmente cargada.
BATERIA DE LITHIUM POLYMER
La Batería de Li-Polymer se diferencia básicamente de otras baterías por el tipo de electrolito usado. El diseño original data en 1970 en la cual utilizaba un electrolito Polimero sólido seco. Este electrolito fue reinstalado como una lamina plástica que no tiene la propiedad de no conducir electricidad pero si tiene la propiedad de intercambiar iones ( Grupos de átomos o átomos cargados de electricidad ). El electrolito remplaza el tradicional separador poroso con un elemento impregnado de electrolito.
El diseño de Polimero seco ofrece simplicaciones con respecto a la fabricación: seguridad y baterías extremadamente planas. No existe peligro de incendio ya que no tienen electrolito en forma de liquido o gel.
Con el espesor de la celda en la cual mide como un milímetro (0.039 Pulgadas ), los diseñadores podrán utilizar su imaginación con respecto a a la forma y tamaño de la Batería Es posible crear formas de baterías que forman parte del encapsulado del equipo o prácticamente cualquier forma conveniente que se adapte a las necesidades del diseñador.
Lamentablemente el polimero sólido seco sufre de mala conductividad, la resistencia interna es demasiado alta y no entrega la corriente que requieren por ejemplo los equipos de comunicación. Pero si la Celda es calentada a 60 Grados Centígrados o mas incrementa la conductividad en un nivel aceptable. Las investigaciones continúan desarrollando un polimero sólido seco que trabaje bien a temperatura ambiente. La Versión de Baterías de Polimero Seco comenzara aparecer comercialmente en nuestros días.
Actualmente algunas baterías de Li-Polymer no trabajan bien en climas calientes. Un fabricante agrego elementos químicos ( Gel electrolitico ) en la cual la Batería permanece conductiva en todos los rangos de temperatura. Este tipo de Batería es muy utilizada actualmente en teléfonos celulares. En nombre correcto de esta Batería es LITHIUM ION POLYMER; pero por razones comerciales los fabricantes suelen escribir un nombre simplificado: Li-polymer.
Ahora con el Gel electrolitico agregado a esta Batería nos preguntamos cual es la diferencia entre la Batería de Li-ion y la batería Li-ion-polymer ? Analizando las características y la eficiencia de ambas tecnologías nos encontramos que son muy similares; la Batería Li-ion polymer utiliza un electrolito sólido que remplaza el separador poroso y la Batería con electrolito de Gel simplemente es agregado para que los iones se vuelvan conductivos.
Existe un pequeño retraso en la producción masiva de las baterías de Li-ion-polymer debido a que los fabricantes invirtieron en equipos y en investigación referidas a las baterías de Li-ion, y actualmente se encuentra en un periodo de retraso hasta que retorne las inversiones estimadas por ellos. Con la producción masiva de las baterías Li-ion-polymer implicaría que estas bajarían de precio considerablemente.
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Ventajas |
* Pueden obtenerse versiones de tamaños como tarjetas de crédito. |
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Limitaciones |
* Nivel de energía de densidad bajo. |
BATERIAS DE LITHIUM USADAS EN EL RADIO CONTROL
Las personas que han visto el progreso de las baterías en el mundo del radio control, han podido notar sin lugar a dudas un avance tecnológico; por ejemplo en las baterías de NiCd se ha podido observar Celdas de tamaño AA que tan solo podían suministrar hasta 500 mAh; pero ahora existen celdas del mismo tamaño que fácilmente pueden llegar a 1700 mAh. Los paquetes de baterías de NiCd estaban típicamente conformados por 4 celdas al igual ha sucedido con las baterías de Lithium pero con una gran diferencia tanto en el volumen de la Batería como el peso de la misma.
Tomemos como ejemplo un paquete de baterías de Sanyo conformados por 4 Celdas de 2200 mA. Cuando las pesamos pudimos observar que tenia un peso de 278 gramos ( Mas de 1/4 de Kg ) y Tomamos una Batería de Lithium de 4 celdas configuradas como si fueran dos celdas para proporcionar 7.4 Voltios y pudimos observar que pesaba 218 Gramos y con la gran diferencia que tenían capacidad de proporcionar 4000 mAh. Resumamos la comparación en una pequeña tabla para observarlo mejor:
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Descripción |
Batería Lithium |
Batería de NiCd |
| Capacidad de Corriente |
4000 |
2200 |
| Numero de celdas |
4 |
4 |
| Peso del Paquete |
218 Grs. |
278 Grs. |
| Volumen del paquete |
3X3X6.5 Cms = 58 CM3 |
11.5X6X3 Cms = 207 CM3 |
Puedes observar claramente que todas las variables que analizamos en la tabla, la Batería de Lithium siempre va a la vanguardia. Esta diferencia tan grande ha implicado un avance tecnológico en los modelos radio controlados específicamente los modelos eléctricos. Inicialmente cuando adquirimos un Dragon Fire IV este venia con un paquete de Batería de 10 celdas y la capacidad hera de 600 mA, el peso de este paquete de baterías es de 178 gramos. Posteriormente fue remplazado por un paquete de Batería de Lithion de 11.1 Voltios, 3 celdas, 1200 mAh y tan solo pesa 76 Gramos. Que diferencias notamos ?. Lo primero despegaba con mayor facilidad por el peso eliminado, segundo con la Batería NiCd volaba escasamente 4-6 minutos y con la Batería de Lithium vuela fácilmente 11-14 minutos. Nótese que el modelo tiene cuatro motores eléctricos.... Los modelos de Mini helicópteros que trabajan con 3 celdas de Batería de Lithium pueden fácilmente volar 20 Minutos continuos.
En el radio control ( Aeromodelismo y Helimodelismo ) Los paquetes de baterías de NiCd de 4 celdas proporcionan un voltaje nominal de 4.8 Voltios en la cual se utilizan para suministrar energía al receptor y los servos del modelo. Actualmente el receptor y los servos trabajar sin ningún problema hasta los 6 Voltios, después de ese voltaje los elementos electrónicos podían quemarse o dañarse. Ahora como una Batería de Lithium de 2 Celdas tiene 7.4 Voltios Nominal, esta no se podrá conectar directamente al receptor o los servos y se requiere de un regulador de voltaje.
Para el modelismo a radio control, se están utilizando dos reguladores de voltaje diferentes: El primero diseñado para regular 5.1 Voltios y el segundo diseñado para regular 6.0 Voltios. Un regulador de voltaje es un pequeño dispositivo electrónico que en su salida mantiene un voltaje constante de 5.1 o 6.0 Voltios y en la entrada puede recibir un voltaje mucho mayor. Así que Fácilmente le podemos conectar una batería de Lithion de 7.4 Voltios a un regulador de voltaje y obtener 5.1 o 6.0 Voltios para no dañar o quemar los componentes electrónicos como servos y receptores. En el siguiente diagrama podemos observar como esta configurada las conexiones cuando se utiliza un regulador de voltaje.
BATERIAS ALCALINAS
La idea de recargar baterías no es algo nuevo. Los fabricantes de las mismas las recargaban antes de ser despachadas cuando herían requerido. Recargar estas baterías es efectivo si y solo si estas han sido descargadas previamente por lo menos un 50 % de su total capacidad. El numero de recargas de estas baterías depende de que tanto hayan sido descargadas pudiendo variar desde algunas recargas hasta muchas de ellas. En cada recarga realizada, las baterías suministran cada vez menos energía. Existe una alerta de precaución, las baterías alcalinas cuando son recargadas pueden generar gas de hidrógeno y que puede conducir a la explosión. Por lo tanto no es prudente cargar baterías alcalinas sin la necesaria supervisión.
En comparación, las baterías alcalinas reusables están diseñadas para repetir la carga. También esta pierde la carga a medida de que se vuelve a recargar. El alcalino es reusable esta en función directa con la profundidad de la descarga, cuanto mas profunda es la descarga por lo menos algunos ciclos de carga puede aguantar.
Pruebas realizadas por CADEX en baterías alcalinas reusables "AA" mostraron alta capacidad de corriente en la primera descarga, pediéndose comparar con la energía de densidad de las baterías NiMH. Cuando la batería fue descargada y vuelta a cargar esta tan solo proporciono un 60 % de la capacidad comparándose ahora por debajo a una batería NiCd. Repitiendo el ciclo nuevamente de la misma forma la capacidad fue reduciendo considerablemente. En la prueba final de esta, la descarga de la batería se ajusto a 200 mA hasta que la celda alcanzara 1V; pero en las baterías alcalinas reusables pudimos llegar a un limite de 400 mA hasta que la celda alcanzara 1V. Las baterías que se encuentran en 400 mA pueden ser utilizadas fácilmente para radios portátiles FM/AM, CD Players y Video Camaras.
Las baterías alcalinas reusables son económicas pero el costo por ciclo de recarga es muy alto cuando es comparada con las baterías de NiCd.. El costo por ciclo de recarga de una batería NiCd es de 0.04 $ basados en 1500 Ciclos de carga, en las baterías alcalinas reusables el costo se encuentra en 0.50 $ basado en 10 ciclos de carga.
DEFINICIONES DE TERMINOS
ENERGIA:
La energía es el voltaje multiplicado por la corriente y el resultado viene expresado en Watts. Ejemp: 5 Vlts X 5 Amps. = 25 Watts.
DENSIDAD DE ENERGIA:
Es la cantidad de Energía que puede contener una Celda. La Energía Gavimetrica es la energía que puede proporcionar una Batería según su peso ( Libras o Kilogramos ), y Energía Volumétrica es la energía que puede proporcionar una Batería según su tamaño ( Pulgadas Cúbicas o Centímetros Cúbicos ). La Energía es definida como el voltaje nominal multiplicado por la capacidad.
CICLADO DE BATERIA (BATTERY CYCLE):
Es la carga total de una batería seguido por la descarga total de la misma batería respetando los valores mínimos de voltaje.
CAPACIDAD:
Es la energía que contiene una batería expresada en amperios - hora. La energía es medida descargando la batería completamente con una corriente constante hasta que la batería alcance un voltaje estipulado.
CICLO "CYCLE":
Es el proceso que consiste en una carga y descarga de una batería recargable.
CICLO DE VIDA "CYCLE LIFE ":
Es el numero de ciclos que proporciona una batería. La batería se considera que puede ser usada si proporciona por lo menos un 60 % de la energía.
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