¿Cómo cambiar una batería por otra de diferente tecnología?

Actualmente, es muy común la sustitución de baterías de plomo por otras como las de níquel o litio, e incluso las de níquel por las de litio. La razón del cambio es meramente por el aumento de la capacidad en el mismo volumen o la reducción del peso y volumen con la misma capacidad.

No obstante, las baterías no funcionan todas de la misma forma. Dentro de la misma tecnología las aplicaciones son diferentes, por tanto, a la hora de sustituir un tipo de batería por otro debemos valorar su aplicación y hacer la sustitución correcta. Además, hay que estudiar el rango de voltaje y  el proceso de carga.

 

Según la aplicación:

Baterías cíclicas

Este tipo de baterías están diseñadas para descargarse completamente de forma continua. En el caso de las de plomo es un 80% de su capacidad.

El cambio de tecnología en esta aplicación es sencillo cuando hablamos de aplicaciones para equipos autónomos e inalámbricos que no precisen de picos de descarga altos. Basta con que el rango de voltaje y la carga sean los adecuados para que la nueva batería funcione según las expectativas.

Baterías de tracción

Son un tipo de baterías cíclicas usadas para maquinaria con motores que precisan de alta descarga en continuo. Principalmente se utilizan en carretillas elevadoras o similares y otros equipos menores que necesitan picos de descarga mayores, como un taladro inalámbrico o una podadora eléctrica.

En este caso, la sustitución es sencilla, basta con utilizar baterías de alta descarga. A esta característica se le conoce en el mercado como “C de descarga”. Una batería de 10C es una batería capaz de descargarse a una intensidad igual a 10 veces el valor de su capacidad. Por ejemplo, una batería de 2Ah y 10C es capaz de dar un pico de descarga de 20A. Colocando una batería de la misma capacidad y con la misma descarga se puede hacer el cambio de una tecnología a la otra.

Baterías de arranque

Están diseñadas para poder dar una descarga de pico bastante alta durante unos segundos y una baja descarga en continuo. Son las utilizadas en automóviles para arrancar y para la electrónica del mismo. Además, estas baterías pueden cargarse a través del alternador de forma continua.

Esta aplicación es algo compleja de cambiar a baterías de níquel y algo más a las de litio. Pues no solo precisa de alta descarga sino también de poder ser cargada a la vez que se descargan. Esta aplicación no es nada sencilla de sustituir por litio por la electrónica que necesita. Hoy en día, excepto en los coches eléctricos cuyo motor es diferente, el plomo sigue siendo la mejor alternativa, por dos razones: por economía y porque no se require una reducción del peso ni del volumen.

Baterías tipo estacionaria

Este modelo está diseñado para situarlo en equipos donde, normalmente, no van a ser descargadas. Su función es auxiliar, solo en el caso de que la corriente eléctrica se interrumpa comenzarían su descarga. Es el caso de una batería para un SAI, sistemas de alarma o para las luces de emergencia.

Una batería de níquel puede estar en continua carga para una aplicación estacionaria si es de alta temperatura y con capacidad para la carga permanente, o lo que es lo mismo que hayan superado el test de carga constante establecido en el punto 7.4.2.3 de la norma IEC 61951-1 sobre acumuladores con electrolitos alcalinos u otros electrolitos no ácidos. En cambio, para colocar en esta aplicación una batería de litio debemos acondicionar la electrónica puesto que no se comercializa aun una célula de litio que pueda estar en carga continua, para ello se debe colocar un dispositivo que regule esta carga e interrumpa el proceso cuando alcance el voltaje de carga máximo permitido.

Otros modelos específicos

Hablamos de aplicaciones específicas como, por ejemplo, las baterías solares y náutica-marítima. En el caso de las solares están diseñadas para poder almacenar mucha energía y entregarla durante un largo periodo de tiempo, en cierto modo podría ser una batería estacionaria, porque está en continua carga, no obstante, también debe poder entregar picos de energía como una de tracción y poderse descargarse profundamente como una cíclica. Mientras que las náutica-marítima no solo son las características de carga y descarga, sino que también tienen una estructura mecánica que reduce las vibraciones y los movimientos propios de estos vehículos.

De la misma forma, para estas aplicaciones específicas existen dispositivos que controlan la carga y descarga para utilizar litio, se les conoce como reguladores de carga. No obstante, están aun en primera fase de adaptación del plomo al litio y sus posibilidades son algo reducidas. Normalmente se diseñan circuitos de protección específicos para cada aplicación.

En conclusión, si deseamos realizar un cambio de una tecnología a otra es de vital importancia utilizar la que está diseñada para la misma aplicación. Por otra parte, debemos considerar que no siempre la sustitución va a dar mejores resultados, como es el caso de las baterías de arranque en un automovil.

 

Según su rango de voltaje:

Cada una de las tecnologías tiene celdas de diferente voltaje que se mueven en un rango de voltaje diferente desde su carga máxima a su carga mínima.

Rango de voltaje del plomo:

Las celdas de una batería de plomo son de 2V nominal, es decir, que desde el punto de máxima carga hasta el punto de máxima descarga hay una proporción mayor del tiempo de descarga que se encuentra a 2V. No obstante, este voltaje varia durante la carga y la descarga como se puede ver en la gráfica.

Las baterías habituales de plomo suelen ser de 6, 12, 24 y 48V, esto es sencillamente porque en el interior de la carcasa de la batería están colocadas varias celdas en serie de 2V cada una. Por tanto, para saber el rango de voltaje que tiene cada batería tendríamos que multiplicar el rango de voltaje de una celda por tantas como tengan.

Como ejemplo, una batería de 12V, tendrá 6 celdas de 2V cada una y su rango de voltaje será:

	Nº de celdas	Voltaje nominal, V	Voltaje máximo de carga, V	Voltaje mínimo de descarga, V
1 celda	1	2	2.4	1.8-1.6
1 batería de 12V	6	12	14.4	10.8-9.6

No obstante, con una ficha técnica completa estos datos deben encontrarse con facilidad.

Rango de voltaje de baterías de níquel:

Las baterías de níquel tienen un voltaje nominal de 1,2 V, un voltaje máximo de carga de 1,4 y uno mínimo de 1V. En este caso, como se observa en la gráfica, el voltaje nominal no se mantiene durante la mayor parte del tiempo en un valor constante como sucede con el plomo.

Rango de voltaje de baterías de litio:

Este voltaje depende del cátodo de esta tecnología como ya hemos explicado en otras ocasiones en este blog. No obstante, si comentaremos que la batería mas habitual del mercado es la li-ion con cátodo de níquel-cadmio-manganeso y las de litio polímero. Ambas tienen el mismo rango de voltaje. Aunque, la mayoría de las baterías de litio que vienen en el formato de las baterías de plomo, con su carcasa de plástico para aplicaciones de tracción, son de litio ferrofosfato.

Para hacer una sustitución de una tecnología a la otra se debe calcular el rango de voltaje de la batería y la sustituta debe funcionar en el mismo rango.

Por otra parte, esto siempre es modificable con un convertidor de tensión a la salida de la batería, si para el equipo lo óptimo es una salida de voltaje constante se puede utilizar un dispositivo elevador o reductor de tensión de corriente continua a corriente continua. En un post anterior hablamos de estos dispositivos y cómo seleccionarlos y usarlos.

 

Según como se realice la carga:

Este parámetro es solo importante si se precisa de un tiempo de carga que no se puede exceder o disminuir. Las baterías tienen unos parámetros de carga recomendados y, como ya hemos comentado en este blog cada tecnología tiene un método de carga y por tanto su propio cargador. Cuando estudiamos esto, en la ficha técnica nos podemos encontrar estas características que pueden ser de interés:

• Carga estándar: se refiere a la carga óptima para que la vida útil de la batería sea la esperada.
• Carga rápida: es la corriente máxima a la que se puede cargar una batería.
• Carga constante: si la batería se puede utilizar para cargar de forma constante, en la ficha técnica encontraremos un apartado donde se exponen los resultados del test establecido por la norma IEC ya mencionada.

No hay nada estandarizado sobre cuál es la carga estándar y rápida de cada tecnología. No obstante, hay unos parámetros que suelen repetirse. Como, por ejemplo, las baterías de litio y níquel metal hidruro suelen cargarse a C/5, es decir a una corriente de 5 veces menor que su capacidad, lo que suele suponer unas 6 horas de carga y su carga rápida suele ser a 1C, es decir en 1,2h. En cambio, conocemos que los nuevos coches eléctricos son capaces de cargar en 10 minutos, lo que supone una carga de unos 10C.

Resumiendo, se puede hacer un cambio de una tecnología a otra, pero para ello hay que estar seguro que están diseñadas para la misma aplicación, que el rango del voltaje del nuevo pack es el apropiado y utilizar un cargador nuevo adaptado a la tecnología.

Hoy en día hay empresas preparadas que se dedican a realizar este estudio, en el caso de no conocer el cambio apropiado lo adecuado es recopilar toda la información posible sobre la batería que se desea cambiar y el equipo en el que va integrado y consultar a expertos.