Dosier básico sobre baterías (Parte 1)

Los parámetros más característicos de la electricidad son la tensión o voltaje (Voltios), la corriente o intensidad (Amperios), la potencia (Watios) y la resistencia (Ohmios).

Podemos comparar la electricidad con un río, en el que la tensión sería la pendiente del río, la intensidad el caudal,  la potencia es la relación entre la pendiente del río y su caudal y la resistencia, saltos u obstáculos que impidan circular correctamente la electricidad por el río.

Según la ley de Ohm, Potencia = Tensión x Intensidad (P = V x I). Cuanto más grande sea el desnivel del río, el agua fluirá con más velocidad. Del mismo modo, cuanto más grande sea el caudal del río, más fuerza tendrá la corriente. Es decir, cuanta más tensión, o más intensidad, más potencia.

Un río con mucha pendiente, pero con apenas caudal (unas gotitas) no tendría fuerza para mover un molino de agua. De igual manera un rio muy caudaloso, pero con apenas desnivel tampoco movería el molino, o no con la suficiente velocidad.

PILAS Y BATERÍAS

Las pilas y baterías son células acumuladoras de energía. Si utilizamos un símil hidráulico, las células  serían como depósitos de agua, solo que en vez de agua, las rellenamos de energía.

La diferencia entre pila y batería es que la batería es una célula que se puede recargar y usar muchas veces, mientras que la pila es una célula que solo se puede utilizar una única vez. Las pilas NO SE PUEDEN CARGAR, pueden explotar.

Podríamos decir que las baterías tienen un grifo de entrada y un grifo de salida, mientras que las pilas solo tienen grifo de salida.

Los principales parámetros que definen una célula son la tensión (voltios) y  la capacidad (Amperios hora).

Continuando con el símil hidráulico, podríamos decir que los voltios, son el nivel que alcanza el agua del depósito, y los amperios los litros.

Todas las células tienen un nivel máximo de tensión, es decir, nunca podremos hacer que tenga más tensión, es como cuando llenamos una botella, cuando llegue al máximo se desbordará, pero no seguirá subiendo el nivel del agua.

En cuanto a la capacidad, si tuviéramos una botella de Coca-Cola de 2 litros y la pusiésemos a descargar de modo que una bomba succionase de ella medio litro cada hora, la botella tardaría 4 horas en descargarse completamente. 4 horas x 0.5 Litros = 2 Litros hora

Si por el contrario, descargásemos la botella con una bomba que succionase 4 litros cada hora, en media hora quedaría vacía la botella.  0.5 horas x 4 litros = 2 Litros horas.

Con las baterías sucede lo mismo, solo que en vez de litros, succionamos amperios (por tanto su capacidad se determina en Amperios hora Ah). Nunca sacaremos de una batería más energía que la que es capaz de almacenar, del mismo modo que nunca conseguiríamos sacar más de 2 litros de una botella de 2 litros.

 

CARGA Y DESCARGA DE BATERÍAS

Si queremos conocer o comprobar la capacidad de una célula, el primer paso será cargarla completamente.

Carga

Para cargar una batería, tendremos que tener en cuenta tres factores, la tensión, la intensidad, y el tiempo que la estaremos cargando.

TENSIÓN: Habíamos dicho que la tensión representaba el nivel de agua (la altura) dentro de la botella. Imaginemos que para llenar nuestra botella vamos a utilizar otro depósito de agua muy grande, y que el agua cae por su propio peso.

Habrá que elegir por tanto una altura del depósito (tensión), por encima de la altura máxima que alcanzará el agua en la botella (tensión máxima de la célula). Si elegimos una tensión por debajo de la tensión máxima de la botella, solo conseguiremos llenar la botella hasta ese punto.

En este caso, el depósito llenará la botella hasta que llegar a su tensión máxima, cuando se alcance la tensión máxima la botella se desbordará ya que estará completamente llena.

En este caso, el depósito solo llenará la botella hasta alcanzar la tensión de carga, y no alcanzará el nivel máximo de la botella por lo que no quedará completamente cargada.

Todo esto hace mención a la tensión mínima para cargar una batería, pero, ¿y la tensión máxima?. Siempre dependerá del tipo de batería que queramos cargar, Níquel, Plomo, Litio… Podríamos decir que cada tipo de batería es un tipo de botella distinta, las hay más frágiles y las hay más resistentes, botellas de cristal, de plástico, o bolsas de agua. Más adelante hablaremos de cada tipo más detalladamente. En TODOS los casos, tengamos presente este ejemplo.

Si colocamos una botella de Coca-Cola en el suelo, e intentamos llenarla con un grifo que esté demasiado alto, como desde el quinto piso de un edificio, tendremos suerte si conseguimos llenarla, y lo más probable es que terminemos haciendo volcar la botella.

En resumen, la tensión de carga debe ser más elevada que la tensión máxima de la batería, pero no demasiado ya que podríamos dañar la batería.

 

INTENSIDAD: La corriente de carga, será el caudal del grifo de la fuente con la que estamos llenando nuestra botella. Hay que tener en cuenta varios conceptos, en primer lugar la capacidad de nuestra botella.

Pensemos que las baterías son botellas cuyo cuello es proporcional a su tamaño (refiriéndonos con tamaño a su capacidad), cuanto más grande sea la botella, más grande será su cuello y viceversa.

Por otro lado, aun suponiendo que el cuello de nuestra botella fuese lo suficientemente grande, habrá que tener en cuenta que la energía, es un líquido espumoso, como la Coca-Cola o la cerveza, de modo que si elegimos un chorro demasiado potente haremos que nuestra botella se llene de espuma en vez de energía.

Como norma general, para elegir una corriente de carga adecuada, utilizaremos la décima parte de la botella que vamos a llenar. Es decir, si nuestra botella es de 20 litros, el grifo lo tenemos que regular a 2 litros.

En la primera imagen vemos una corriente de carga adecuada, su décima parte, su capacidad entre 10, C/10.

En la segunda imagen vemos una corriente de carga muy cercana a la capacidad máxima de la botella, por lo que al entrar tanta energía se llena de espuma, y aunque parece que la botella está totalmente llena, cuando intentemos descargarla veremos que la carga ha sido irreal ya que está llena de espuma.

Cuanto más elevada sea la corriente de carga, respecto a “C/10”, la décima parte de la capacidad, más irreal será la carga ya que habrá más espuma dentro de la botella.

En la tercera imagen, vemos una corriente de carga demasiado elevada respecto a la capacidad de la botella, por lo que al igual que en el caso anterior, la botella se llenará de espuma, y la energía que no consigamos meter dentro de la botella se quedará fuera, en el caso de las baterías convirtiéndose en calor, pudiendo quemar la batería y provocar un incendio.

 

TIEMPO: Para determinar el tiempo en el que hay que tener cargando una célula, hay que tener en cuenta la corriente de carga que hayamos elegido.

Al igual que en el ejemplo del inicio, cuando vaciábamos la botella con una bomba que succionaba medio litro a la hora, la fuente con la que estamos cargando la botella es una bomba que inyecta en la botella “X” litros a la hora.

Si queremos llenar una botella de 20 litros, y hemos escogido como corriente de carga su décima parte, 2 litros, tendremos que dejar 10 horas conectada la bomba para llenar la botella.

Esto tampoco es exactamente así, ya que en el caso de las baterías existen pérdidas por temperatura. Es como si al bombear la energía dentro de la botella, se produjeran salpicaduras, gotitas que caen fuera, de modo que aunque de nuestra fuente ha bombeado 2 litros cada hora, no todo ha entrado en la botella.

Se estima que estas pérdidas por temperatura vienen a ser del 33%, por lo que para compensarlas se aumenta el tiempo de carga un 33% (aproximadamente). Si habíamos elegido 10 horas, tendremos que sumarle 3.3 horas, por lo que habrá que cargar la botella durante 13.3 horas.

 

Descarga

Al igual que para la carga, para la descarga también hay que tener en cuenta varios factores.

Lo primero que tenemos que tener en cuenta es para que queremos descargarla, para conocer su capacidad, o para una aplicación u otra en concreto. En cualquiera de los dos casos el primer factor a tener en cuenta es el siguiente, la tensión.

TENSIÓN: Las baterías son botellas que cuando se quedan completamente vacías se resecan por dentro y se estropean, por tanto nunca hay que descargarlas completamente. En función del tipo de batería que estemos usando, Níquel, Litio, Plomo, existe un nivel mínimo de tensión que no debemos rebasar.

Para conocer la capacidad de nuestra botella, partiremos del nivel de tensión máximo, y contaremos hasta que se llegue al nivel de tensión mínimo.

 

INTENSIDAD: Al igual que en la carga, la corriente de descarga adecuada se escoge en función de la capacidad total de la botella. Al principio del documento hablábamos de la diferencia entre una pila y una batería, y decíamos que una batería tenía una entrada y una salida.

A la entrada de la botella la hemos llamado “cuello”, a la salida la vamos a llamar “grifo”. Su grifo también suele estar relacionado con la capacidad de la célula.

Botellas de la misma capacidad, pueden tener “grifos diferentes”. Imaginémonos una botella de Coca-cola de 2 litros, y un balde con agua de 2 litros. Ambos depósitos tienen la misma capacidad, sin embargo si volcásemos repentinamente los dos, el balde se descargaría mucho más rápido que la botella. Si quisiéramos descargar más rápido la botella de Coca-cola, habría que exprimirla pudiendo dañarla.¨

La cantidad máxima de energía que puede suministrar una botella/depósito, se conoce como “ces” , es decir “C”. Si para vaciar una botella de 2 litros sin dañarla, necesitamos una hora, su C máximo de descarga sería “1C”.

En el caso del depósito, también de dos litros, lo volcamos y lo tenemos completamente vacío en media hora, su C máximo sería “2C”.

Artículo interesante: ¿Qué tipos de cargadores existen?

 

MONTAJE DE PACKS

Como hemos dicho al comienzo de este documento, los parámetros que definen principalmente la electricidad son el voltaje (tensión) y la capacidad (Amperios hora). Como en el mercado no existen baterías de todos y cada uno de los rangos de tensión y capacidad necesarios, se combinan baterías para obtener el rango de tensión y capacidad deseada.

* (Los packs siempre deben estar montados por células iguales, misma tecnología, misma capacidad y misma tensión).

 

Serie

Montar células en serie consiste en juntar el positivo de una célula, con el negativo de la siguiente, formando un pack o batería nueva. La tensión de esta nueva batería, es la suma de las tensiones de las células que la componen.

*NOTA: Nuestro símil hidráulico, no es perfecto, la capacidad es la misma.

Paralelo

Montar células en paralelo, consiste en juntar entre si los positivos y negativos de dos o más células, formando un pack o batería nueva. La capacidad de esta nueva batería es la suma de las capacidades de las células que lo componen.

 

En el próximo artículo hablaremos sobre el mantenimiento y recuperación de baterías y métodos avanzados de carga.

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