Tipos de baterías según la carga

La forma de cargar una batería es una cuestión muy importante a la hora de decidir de qué tecnología debe ser nuestra batería. Cuando cambiamos la tecnología de una batería a otra en un mismo equipo, o, sencillamente, diseñamos un equipo nuevo, parece que el cargador y la carga de la batería es un tema fácil de solucionar. Sin embargo, la carga podría ser el proceso más complejo del ciclo de vida de la batería si no se hace la selección adecuada.

Situémonos primero en que las baterías, aunque se usan en equipos electrónicos, son productos cuya composición y funcionamiento es químico. En concreto una reacción química de oxidación-reducción (Redox). Este tipo de reacciones son reversibles, es lo que hace posible que la batería se pueda cargar y descargar. Cuando descargamos, se favorece una reacción química que se invierte cuando se aplica energía, durante la carga. Pensando en ello, parece lógico intuir que el momento más crítico de una batería sea durante el periodo de tiempo en que se produce una reacción química en la que el producto se va cargando continuamente de energía. Si este proceso sufre un error, esa energía se coloca en cualquier lugar de este entorno y es ahí donde pueden existir los problemas, o como se dice en química, las reacciones secundarias. En cambio, durante la descarga, si el proceso no se realiza adecuadamente, la reacción principal para, y la energía deja de fluir. En este caso la batería no daría el resultado esperado, pero no surgirían otros problemas.

Partiendo de esta base, a la hora de diseñar un equipo o pensar en cambiar una batería hay que tener muy claro tanto cuál va a ser su aplicación como la forma en la que se va a cargar dicha batería. De hecho, este es el gran interrogante de la introducción del coche eléctrico en nuestra sociedad, porque actualmente, llenar el tanque de combustible en 10 minutos es factible, pero meter la energía suficiente en el coche como para que la reacción química de su batería se invierta ya no es tan sencillo, ni seguro. Pensemos que esa energía que introducimos en 10 minutos tiene que mover un coche de 1 tonelada durante horas. No obstante, no es imposible, ya Tesla fue uno de los pioneros en dar una solución hace años y ya va por la tercera versión de dicho cargador, os dejamos un link por si queréis ampliar los conocimientos: Cargador Tesla

 

Centrándonos en el caso que nos ocupa

¿Qué batería se ajusta mejor a cada aplicación según el tipo de carga que queremos hacer?

Antes que nada, tener claro a qué nos referimos con el “tipo de carga”. Principalmente son dos: cíclica y permanente. Hablamos de cíclica cuando la batería se pone a cargar una vez se termina de descargar, se carga durante el tiempo necesario, se desconecta de la fuente de energía cuando se termina de cargar y se descarga sin conexión al cargador. Es el clásico uso de una powerbank. Mientras que hablamos de carga permanente cuando la batería está continuamente recibiendo energía, la carga no se interrumpe. Es el clásico uso de una batería de SAI.

Sin embargo, dentro de estos dos tipos podemos distinguir más en función de la aplicación:

  • Cíclicas de carga rápida: cuando nos referimos a cargas que se realizan en 1 hora o menos. Como la batería de herramientas eléctricas más modernas pensadas en que el usuario pueda disponer de ellas lo antes posible.
  • Cíclicas de carga estándar: son aquellas cargas que se realizan 5 o más horas. Como baterías para maquinaria superior que se utiliza durante la jornada laboral y se deja en carga durante la noche.
  • Permanente en carga y descarga: en este caso tanto durante la carga como durante la descarga la batería está conectada a la fuente de energía. Por ejemplo, la batería del coche.
  • Permanente en carga, pero no en descarga: son baterías que están en continua carga, pero cuando comienza su descarga no reciben energía. Es el caso de una luz de emergencia, solo se descarga la batería cuando se pierde la fuente de energía eléctrica.

Por otra parte, esclarecer a qué nos referimos con las “diferentes tecnologías de baterías”. Las conocidas y más usuales del mercado para la fabricación de baterías son:

  • Plomo: dentro de este tipo nos encontramos diferentes configuraciones que se adaptan a cada aplicación: cíclicas, solares, de GEL, AGM, etc.
  • Ni-MH o Ni-Cd: química y mecánicamente modificables para adquirir diferentes propiedades que permiten su uso en prácticamente todas las aplicaciones. Su única desventaja es el volumen que ocupan y que en el mercado es difícil conseguir modelos de altas capacidades.
  • Li-ion: hay diferentes formatos y productos para dar las prestaciones que demanda el mercado, pero no se adaptan con facilidad a las aplicaciones. Con esta tecnología, la electrónica del equipo adquiere un papel muy importante.

Ya hemos comentado previamente que el proceso de carga para cada uno de estos modelos no es el mismo (Tipos de cargadores) (http://blog.fullwat.com/tipos-cargador-baterias-existen/), por tanto, el cargador que se debe usar es distinto. Aun así, aunque se haga un cambio de cargador, puede ser que la tecnología no sea la apropiada para el equipo.

Comparemos tres baterías que podrían valer para la misma aplicación, es decir, tienen aproximadamente la misma potencia, capacidad, descarga, tiempo de carga, etc.

PLOMO NI-MH / NI-CD LI-ION
PESO (Kg/W·10-3) 32 16 6
VOLUMEN (m3/W·10-6) 9.7 4.7 1.41
COSTE Bajo Medio / Bajo Alto
CICLOS DE VIDA
(80% capacidad inicial)
Hasta 3000 Hasta 500 Hasta 2000

Observando esta comparativa y teniendo en cuenta que el uso del litio requiere de una electrónica mas compleja se concluye que siempre que el peso y el volumen no sea un problema la mejor solución son las baterías de plomo. En contrapartida, el uso del plomo cada vez se penaliza más por sus factores contaminantes lo que nos orienta mas hacia el uso del níquel metal-hidruro.

No obstante, cuando el peso y el volumen es indispensable, el litio es la primera tecnología en la que se piensa. Sin embargo, por cómo es la carga nos encontramos con la siguiente comparación:

PLOMO NI-MH / NI-CD LI-ION
CARGA PERMANENTE (FLOTACION) RECOMENDABLE Adecuada * NO VÁLIDA **
CARGA PERMANENTE EN CARGA Y DESCARGA Aceptable Aceptable * NO VÁLIDA **
CARGA RÁPIDA CÍCLICA Aceptable * Aceptable * Aceptable *
CARGA NORMAL CÍCLICA Aceptable * ADECUADA ADECUADA

* Siempre que así lo indique el fabricante, hay baterías diseñadas para este tipo de carga.

** Se precisa de electrónica externa que proteja la batería y controle la carga para que la batería reciba una carga cíclica, aunque alimentemos el sistema permanentemente.

 

Por tanto, si tenemos un equipo que funciona con una batería de plomo que está continuamente conectada a la corriente, es decir, su carga es en flotación, no podemos sustituir dicha batería por una de litio a no ser que la protejamos del exceso energético. Este trabajo corresponde a un ingeniero, no hay un producto que se pueda adaptar a todos los equipos, cada uno tiene una forma de funcionar y es trabajo del experto decidir cuál es la protección adecuada para que las baterías no sean dañadas.

En conclusión, dentro de cada tecnología de baterías (plomo, níquel y litio), hay diferentes productos que se adaptan a cada aplicación, pero la forma de cargar las baterías supone un factor decisivo tanto en el cambio de una batería de un equipo ya en uso como en el diseño electrónico de un dispositivo en proyecto de fabricación.

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