Referencia técnica --- Fundamentos de cargadores y baterías
El mercado en constante expansión de equipos portátiles está generando una creciente demanda de baterías con un mejor rendimiento y vida útil. Para cumplir con estos criterios, la capacidad de las celdas recargables ha aumentado constantemente, desde la introducción de las baterías comerciales de níquel-cadmio (NiCd) y de plomo-ácido selladas (SLA) en la década de 1960 hasta la más reciente introducción de las tecnologías de níquel-hidruro metálico (NiMH) e iones de litio (Li-I o Li+). Cada tipo de celda tiene sus ventajas, pero la decisión de cuál usar en una aplicación específica puede depender tanto de consideraciones económicas como de la conveniencia técnica.
Elementos esenciales de la batería
En la tabla se muestran algunas características operativas y de carga de los tipos de celdas secundarias más comunes. El rendimiento varía según el fabricante, por lo que estos datos deben considerarse solo como orientación. Las velocidades de carga máximas permitidas varían, pero a partir de esto y de la capacidad de amperios-hora (C) de la celda, se pueden calcular tiempos de carga rápida según las fórmulas mostradas. Tenga en cuenta que estas son reglas generales, basadas en una amplia experiencia, y que la capacidad recuperada depende en gran medida del estado inicial y la antigüedad de las celdas.
| Característica | Junta General Anual (AGM) | NiCd | Baterías de níquel-metal hidruro (NiMH) | Li+/Li-polímero |
| Densidad de energía (Wh/kg) | 30 | 40 | 60 | 100 |
| Ciclos de funcionamiento (típicos) | 300 | 800 | 500 | 800 |
| Temperatura de funcionamiento (°C) | 0~35 | 0~45 | 0~40 | 0~50 |
| Corriente máxima de carga (A) | 0,25 °C | 2C | 1C | 1C |
| Método de cobro | Voltaje constante | Corriente constante | Corriente constante | Corriente/voltaje constante |
| Tiempo de carga rápida (h) | C/A + 2 horas | C/A + 20% | C/A + 20% | C/A × 2 |
Adaptación de los cargadores a las baterías
A los usuarios les gusta un cargador que cargue las baterías lo más rápido posible. Pero la velocidad no es el único factor a la hora de diseñar un cargador. Si la carga puede realizarse durante la noche, el cargador de mantenimiento adecuado puede ser muy compacto, ya que no necesita suministrar mucha corriente. También es probable que sea ligero, fácil de transportar y relativamente económico de producir.
Las baterías selladas de plomo-ácido requieren una carga de voltaje constante con corriente limitada. Para las baterías SLA en modo de espera, la carga continua a 2,25 V/celda es suficiente. Con esta potencia, la batería no se sobrecargará y puede permanecer conectada indefinidamente sin sufrir daños. El equivalente para las baterías de NiCd y NiMH es una carga de corriente constante durante la noche (14 h) a 0,1 °C. Si bien la mayoría de las baterías de SLA y NiCd son aptas para la carga lenta a largo plazo, para las baterías de NiMH, la carga debe interrumpirse para evitar daños.
Sin embargo, ¿qué factores deben considerarse al especificar un cargador rápido? Las velocidades de carga rápida muy altas pueden perjudicar la vida útil de las celdas. Los fabricantes de baterías no suelen advertir sobre la reducción de la vida útil ni sobre ciclos de recarga realistas, y si lo hacen, los detalles pueden no ser del todo claros. Una carga rápida eficaz a velocidades de hasta 2 °C requiere una monitorización inteligente de los parámetros de la batería en todas las etapas del ciclo de carga. La última generación de cargadores inteligentes puede abordar los efectos de los circuitos de protección y las variaciones de temperatura de funcionamiento y resistencia de contacto. Una característica esencial de los cargadores rápidos es la reducción automática de la velocidad de carga antes de la sobrecarga y el consiguiente aumento de temperatura y presión.
Las características de carga de las celdas de NiCd y NiMH son similares, aunque las de NiMH generan más calor durante la carga y la tensión pico es menos evidente. En ambos tipos de celdas se utilizan diversas técnicas de terminación de carga rápida con corriente constante. Estas incluyen dV/dt, la tasa de cambio de tensión cerca de la tensión pico; -dV, la caída de la tensión de la celda después de la tensión pico; y la detección de la temperatura de la celda a plena carga. Los circuitos para reformar y acondicionar celdas dañadas, sin formar o viejas antes de la carga masiva también son muy recomendables para las celdas de níquel. Obviamente, todas estas características tienen un precio, pero sin esta sofisticación, se pueden producir daños graves en las celdas, lo que limita su capacidad y vida útil, además de poner en riesgo la seguridad.
La carga de celdas de Li-I es similar a la de SLA, ya que ambas requieren un voltaje constante con limitación de corriente. Sin embargo, para las celdas de Li-I, es fundamental que el cargador incorpore un corte de corriente en el punto final y un temporizador de seguridad para una protección integral. Debido a los requisitos específicos de cada aplicación, los sistemas de carga de Li-I deben integrarse en el diseño del paquete de baterías lo antes posible durante el proceso de diseño. La nueva generación de cargadores inteligentes de Li-I de Lawtronics cumple con los criterios establecidos por los fabricantes de celdas y puede configurarse para adaptarse a la mayoría de los requisitos de los fabricantes de equipos originales (OEM).
La tecnología de las baterías continúa evolucionando de forma lenta pero constante, y el diseño de un cargador inteligente puede garantizar que el usuario obtenga los máximos beneficios.