BATERÍAS RECARGABLES.

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:

 Ventajas:

* Acepta fácilmente Carga Rápida y Carga Lenta.
* Con apropiado mantenimiento, la batería puede llegar a 1000 Ciclos de Carga.
* Proporcionan buena eficiencia y se pueden cargar a bajas temperaturas.
* Larga vida en cualquier método de carga.
* De fácil transporte y almacenaje.
* Baja temperatura de trabajo.
* Son las mas económicas.
* Disponibles en muchos tamaños.

Inconvenientes:

* Relativamente de baja densidad de energía comparada con las otras baterías
* Por el efecto memoria, estas tienen que ser periódicamente reciclada.
* Contiene Materiales tóxicos, algunos países tienen limitación para su uso.
* Moderado consumo de su propia energía en el almacenaje.
* Necesita ser recargada después del almacenaje.

 

Efecto memoria.

El efecto memoria es un problema que afecta directamente a las baterías Niquel Cadmio ( 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 Niquel Cadmio utilizan material activo denominado Cadmio. 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.

¿ 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 recarga, tendrá un 90 % de Memoria en su batería, observe la imagen "D". En el mundo del Radio Control, específicamente en el 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, llegara a destruir totalmente su modelo.

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 se 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 preestablecido descargar las baterías hasta llegar a 1.0 Voltios para evitar alcanzar los limites que invierten la polaridad en una batería o celda.

 

Cargadores.

Las baterías suele contener la información impresa de la capacidad de corriente que pueden suministrar y el voltaje. La capacidad de corriente la 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 ). 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.

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: 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 aplicable 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.

La carga lenta típicamente 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.

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 asi: 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.

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 constanste, 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.

 

EJEMPLO PRACTICO: A la hora de seleccionar los elementos a utilizar para alimentar un cierto motor eléctrico, es preciso considerar su resistencia interna como factor tan importante como la capacidad o el peso. Imaginemos que deseamos diseñar un modelo con una motorización que consume 20 A. Escoger unos elementos con una capacidad de 1700 mAh es adecuado, pues permitiría vuelos de  1.7/20 =  0.085 horas = 5 minutos a plena potencia (en la práctica, reduciendo la potencia una vez el avión en el aire y con una gestión inteligente del control de "gases" se puede incrementar este tiempo a 8-12 minutos) . Para esta capacidad,  es tentador plantearse utilizar los elementos de NiMH Twicell de Sanyo, de tamaño AA y buena relación capacidad/peso (peso por elemento= 26 g; ver Foto arriba). Sin embargo, su  resistencia interna es grande, de 18 mOhm, lo que en la práctica no permite utilizar estas baterías en aplicaciones que consuman más de 12-14 A. Su utilización con el motor mencionado  conduciría a un sobrecalentamiento rápido, una caída de tensión importante (con un voltaje útil inferior a 1V por elemento) y una infrautilización del motor, cuya corriente máxima estaría limitada por la resistencia interna de la batería, y no pasaría de los 12-14 A mencionados.

Como alternativa, Sanyo ofrece los elementos tradicionales RC-1700 (peso= 55 g) o, mejor aún, los nuevos elementos CP1700 SCR (peso= 44 g) ó RC 4/5 SC (44 g), con una resistencia interna de 4 mOhm que permite alcanzar sobradamente la corriente máxima deseada. Evidentemente, el peso de la batería es muy superior (casi el doble), pero las prestaciones del motor serán excelentes y compensarán con creces este aumento de peso. Como regla general, se consiguen prestaciones más brillantes con celdas de baja resistencia interna, pese al incremento de peso que involucran.

Por último, deseo indicar que las baterías NiMH Sanyo Twicell son excelentes (por robustez y fiabilidad) en aplicaciones que requieran corrientes inferiores a 10-12 A: son perfectas en motorizaciones con Speed 400/Speed 480, alimentados con packs de 7-8 unidades en aeromodelos de hasta 800 g. 

Dimensiones y peso de elementos de NiCd y NiMH de la firma Sanyo

 

Denominación, Capacidad (mAh)

Tamaño, peso

N 50 AAA

11x15mm,   4g

N 110 AA

14x15mm,   7g

N 120 TA

  8x42mm,   6g

N 150 N

12x29mm,   9g

N 250 AAA

11x45mm, 11g

N 270 AA

14x29mm, 13g

N 350 AAC

14x29mm, 14g

N 500 AR

17x28mm, 19g

N 600 AA

14x50mm, 22g

KR 600 AE

17x28mm, 18g

N 700 AR

17x42mm, 30g

N 800 AR

17x49mm, 33g

N 1000 3US

14x50mm, 22g

N 1000 SCR

23x34mm, 41g

N 1250 SCRL

23x34mm, 42g

KR 1100 AEL

17x42mm, 28g

KR 1400 AE

17x49mm, 32g

KR 1700 AU

17x50mm, 33g

N 1700 SCR

23x42mm, 54g

N 1700 RC

23x42mm, 55g

KR 1800 SCE

23x42mm, 48g

N 2400 RC

23x42mm, 59g

N 3000 CR

26x50mm, 84g

KR 5000 DEL

34x61mm,160g

 

Denominación, capacidad (mAh)

Dimensiones, peso

CP 1300SCR

23x26mm, 34g

CP 1700SCR

23x34mm, 44g

RC 2/3 SC (1200 mAh)

23x24mm, 34g

RC 4/5 SC (1600 mAh)

23x34mm, 44g

 

NiMH Sanyo

 

Denominación, capacidad (mAh)

Dimensiones, peso

Twicell   750 AAA

11x44mm, 12g

Twicell 1850 AA

14x50mm, 26g

Twicell 2100 AA

14x50mm, 28g

Twicell 2700 AU

17x50mm, 40g

RC 3000 HV

23x43mm, 59g

RC 3300 HV