Como ya hemos hablado en un post anterior (Accesorios para ensamblar packs), hay diversas formas de proteger un pack de baterías frente a situaciones adversas. Pero como en la electrónica, a lo que son más sensibles es a la temperatura y a la intensidad de corriente. Normalmente, estas dos suelen ir de la mano: a temperaturas extremas la capacidad de carga y descarga de la batería se ve afectada; y de la misma forma, cuando la carga y descarga de la batería se hace a intensidades muy altas la batería eleva su temperatura. En ambos casos, si se alcanza los límites de la batería ésta se va dañando, acortando su vida o estropeándose por completo, dejando de ser útil antes de lo esperado.
Gráfica 1: Ejemplo de la variación de capacidad de una batería de litio en función de la temperatura ambiental
Por ello es de crucial importancia que la batería lleve protecciones en aplicaciones donde pueda estar expuesta a descargas profundas o a sobrecalentamientos debidos al medio.
Las protecciones más usuales en nuestro sector son los termostatos y las NTC o PTC para el control de temperatura y los polyswitchs para el control de intensidad de corriente.
Termostatos
Un termostato es sencillamente un componente que cierra o abre un circuito según la temperatura. Hay de muchos tipos según cuál sea el sistema que realiza dicha acción.
Para empezar, un termostato puede ser manual o automático. Con los manuales, no vale que exista un descenso de temperatura para que el termostato vuelva a su estado original, tendría que ser la acción del hombre la que cierra de nuevo el sistema. Los de este tipo no son útiles para packs de baterías. Los que se usan son automáticos.
Entre los automáticos, nos podemos encontrar con los de cera pellet, los de expansión de gas, los neumáticos y los bimetálicos. Los tres primeros utilizan la dilatación y expansión de un compuesto con la temperatura para mover una válvula o parte de su mecanismo, cuando la temperatura se recupera el compuesto se contrae y la acción deja de realizarse volviendo al estado original. En cambio, los bimetálicos utilizan la deformación de un metal frente a otro que tienen coeficientes de dilatación térmico diferente, por tanto, se comportan de forma distinta frente a la temperatura, favoreciendo el contacto entre ellos o rompiéndolo.
Los bimetálicos son los más comunes para usar en packs de baterías. Se pueden colocar en tres posiciones diferentes:
- Entre dos baterías sustituyendo a un terminal de conexión.
- En la salida del pack de baterías.
- En el circuito de protección, en el caso de que lo tenga.
Imagen 1: Ejemplo de un circuito de protección que lleva incorporado un termostato automático y bimetálico.
En los tres casos el resultado es el mismo: el termostato cortará el paso de corriente porque abrirá el circuito cuando alcance la temperatura establecida en la que los metales se separan.
El termostato adecuado a cada batería es aquel que abra el circuito a una temperatura igual o inferior a la que el fabricante de la batería determine. Hay que tener en cuenta el límite mas restrictivo. Normalmente todos los fabricantes ofertan sus baterías con un rango de temperatura de carga menor que el de descarga. En estos casos, el termostato deberá poder proteger para que se desconecte a la temperatura máxima aconsejada de carga.
El uso de este elemento es cada vez más común en baterías de alta densidad energética, ya que es un medio efectivo de prevenir daños por temperatura. No obstante, se usa también en packs pequeños de alta descarga. Sobre todo, con las baterías de níquel metal hidruro, ya que estas no llevan circuito de protección que corte cuando la batería sufre descargas profundas y/o se calientan demasiado.
NTC o PTC:
Son termistores que varían su resistividad según la temperatura. La diferencia entre una NTC (coeficiente de temperatura negativo) y una PTC (coeficiente de temperatura positivo) radica en que el primero disminuye su resistencia cuando aumenta la temperatura y el segundo incrementa la resistencia al aumentar la temperatura. Esta variación no es lineal
No obstante, la utilidad de ambos es la misma: variar la corriente. En el caso de las baterías, la corriente que deja pasar la NTC o PTC es interpretada por el cargador. Según sea ésta, se continúa realizando la carga de la batería o no. Hay aplicaciones que no solo utiliza esta señal el cargador, sino que también lo usa el dispositivo que es alimentado por la batería, es menos común pero se puede dar el caso.
Imagen 2: Diagrama de un circuito de protección que incluye una NTC
Polyswitch:
Coloquialmente se define como un fusible rearmable. No obstante, técnicamente, es una PTC. En este caso a medida que pasa más corriente, más se calienta, como es una PTC, a medida que aumenta la temperatura, aumenta su resistividad. Llegado a un punto, la resistencia es tan alta que impide el paso de la corriente.
De esta forma, cada material y zona de paso de corriente generan los diferentes polyswitch para diferentes corrientes.
Para elegir el polyswitch adecuado para la batería hay que seguir las instrucciones del fabricante de la batería. Este dispositivo debería abrir el circuito a una corriente semejante a la que el fabricante de la batería dictamina que es la corriente de pulso.
Image 3: Polyswitch que se usa habitualmente en packs de baterías.
A modo de ejemplo, las baterías de podaderas de níquel metal hidruro suelen tener un polyswitch para evitar las descargas profundas de la misma. Esto se entiende si pensamos en que las ramas a cortar por una podaderas son de diferente grosor, por tanto, la energía que necesita la máquina para cortarlas es diferente. Dicha energía no es limitada de ninguna forma, se le extrae por completo a la batería. Añadiendo el polyswitch se evitará que la batería se descargue a más corriente de lo que el fabricante aconseja evitando dañar la batería y alargando su vida útil.
Conclusión
En conclusión, para baterías utilizadas en aplicaciones donde se precise alta descarga o que vayan a ser utilizadas en condiciones ambientales adversas, utilizar un termostato o un polyswitch alargará la vida del pack. Mientras que los termistores solo serán útiles si el equipo o el cargador saben actuar en consecuencia a la señal que emiten.
