Baterías recargables de Níquel-Metalhidruro

Esta información fue extraída del sitio Web: EUR Eurobotics

Introducción

   Uno de los aspectos que a veces nos llevan de cabeza a los aficionados es el tema de la alimentación de nuestros equipos de mano. Lo más típico es recurrir a baterías recargables así que uno se va a un catálogo cualquiera y se encuentra con varios tipos todos ellos diferentes, unas con mayor capacidad, otras con menor tiempo de carga otras con mayor ciclo de vida, diferentes voltajes etc. Los tipos más usados de baterías recargables son:

• Ión de Litio
• Níquel Cadmio
• Níquel Metal Hidruro (NiMH)
• VRLA 6 V & 12 V
• VRLA modulares

   Vamos a ver las baterías de Níquel Metal Hidruro o también conocidas como Ni-MH aunque también comentaremos algo de las baterías de Ni-Cd. Este tipo de baterías está teniendo una gran aceptación a la hora de usarlas en aplicaciones que no precisen grandes cantidades de corriente ya que son baratas y disponen de varios voltajes.

   Muchos hemos oido hablar de las baterías de Níquel Cadmio. La verdad es que las baterías de Ni-MH se pueden considerar una gran mejora con respecto a las de Níquel Cadmio por varias razones. En primer lugar las baterías de Ni-MH tienen mucha más capacidad que las de Níquel Cadmio, aproximadamente un 40% más. Presentan un alto índice de descarga (aprox. 2C) debido entre otras cosas a su baja resistencia interna que a su vez permite altos índices de carga, carga rápida (1hr), unos 500 ciclos de carga descarga, máximo rendimiento a temperaturas extremas (descargas entre 20 ºC y 50 ºC y cargas entre 0 ºC y 40 ºC) así como un porcentaje nulo de cadmio lo que las hace más inócuas al medio ambiente.

   Un parámetro que nos hace optar por las baterías de Ni-MH es la densidad de energía. La densidad de energía nos indica el cociente entre la energía disponible y el peso o volumen de la batería. En la tecnología de Ni-MH este párametro es mayor que en la tecnología de Ni-Cd por lo que a primera vista intuimos que las baterías de Ni-MH tienen mayor capacidad pero no debemos pasar por alto que estas tienen una mayor capacidad por unidad de volumen o peso por lo que hablando de espacio y peso las bateróas de Ni-MH son más adecuadas a la hora de alimentar un equipo.

   Ahora bien, aún con todas estas ventajas a su favor, las baterías de Ni-MH, en general todas las baterías, deben de ser cargadas y descargadas con especial cuidado. Es cierto que estas no presentan efecto memoria (un poco pero a priori lo despreciamos) por lo que se las puede recargar aún cuando están medio cargadas pero no obstante abordaremos este tema con más detenimiento.

   Si ud. tiene una de estas baterías puede ver que en alguna parte hay algo escrito parecido a esto:

   Capacity 1100 mAh 1,2 V

   Esto es la capacidad de la pila, es decir, los miliamperios por hora máximos que puede suministrar, y 1,2 V es el voltaje de la batería.

   Standart charge current 110 mA x 15 hr

   Standard es el tipo de carga a la que usualmente recomiendan que se cargue la batería (veremos que no es la mejor opción en tecnología Ni-MH), así que con una corriente de 110 mA, en 15 horas tendremos la batería completamente cargada. Ahora podemos caer en que si estamos hablando de carga standard es que deben de existir otros tipos de carga. Además, el agudo lector se habrá dado cuenta de que en la carga standard necesitamos un valor de corriente que es el 10% de la capacidad de la batería. Muy bien, sigamos...

   Las baterías de Ni-MH se cargan usando una fuente de corriente al contrario que las baterías de plomo/ácido que utilizan una fuente de tensión que se aplica entre sus bornes. Un concepto importante es lo que se conoce como "índice de carga" que es la cantidad de corriente que haremos circular a través de la batería para cargarla. ¿Que índice de carga es más idoneo?. Pués aquí encontramos respuesta a una pregunta que ya nos había surgido antes. Cada índice de carga caracteriza un tipo de carga. Tendremos pués:

• Carga standard
• Carga rápida
• Carga acelerada
• Carga de goteo

   Como ya hemos explicado, las baterías de Ni-MH se cargan usando una fuente de corriente que hace circular una cantidad constante de amperios a través de la batería. Hay que tener especial cuidado a la hora de cargar baterías Ni-MH con cargadores para baterías de Ni-Cd ya que las baterías de Ni-MH son muy sensibles a las sobrecargas las cuales elevan su temperatura pudiendo dañarlas. En este aspecto las baterías de Ni-Cd son más robustas. Es por ello que existen equipos de carga que controlan la corriente aplicada en función de la temperatura. No obstante si se está usando un cargador para baterías de Ni-Cd para cargar baterías de Ni-MH tengase especial atención en que no se sobrepasa el tiempo de carga para evitar las consecuencias de la sobrecarga, en general no se deben usar estos cargadores para baterías Ni-MH. Estos tiempos dependen de cada tipo de carga como vamos a ver a continuación.

Carga standard, lenta o normal (Ni-Cd)

   En este tipo de carga se utiliza un índice de carga de C/10 (C= capacidad de la batería). El tiempo óptimo de carga en este caso es de 12 horas para una batería totalmente descargada. Aplicar este tiempo a una batería medio cargada podría sobrecargarla. La temperatura de carga debe de estar en el intervalo [0 ºC, 40 ºC] y la descarga entre [-20 ºC, 50 ºC]. Este tipo de carga no es recomendable en las baterías de Ni-MH ya que estas no toleran muy bien las sobrecargas así que harían falta índices de carga más pequeños para una carga standard, de ahí que los cargadores para baterías de Ni-Cd no sirvan para las Ni-MH aunque mucha gente los utiliza. No pasa nada en principio pero la batería tenderá a sobrecargarse.

Carga rápida

   El índice de carga que usaremos para las baterías de Ni-MH es de C/3 y un tiempo máximo de 4 horas. Es muy importante en este tipo de cargas usar un temporizador para que corte la corriente transcurrido este tiempo pues la batería se sobrecargaría con unos efectos más negativos que una sobrecarga usando carga standard. Es lógico pues estamos usando más corriente para cargar. Con este tipo de cargas es muy importante también controlar la temperatura de cada unidad que carguemos (existen pastillas que integran varias baterías así que necesitariamos un equipo algo más sofisticado de lo normal), para que no superen los 50 ºC. La temperatura de carga debe de estar en el intervalo [10 ºC, 50 ºC] y la descarga entre [-20 ºC, 50 ºC].

   (Muchas baterías de Ni-Cd no soportan este tipo de carga. A partir de aquí las que lo soporten deberán ser controladas para que no superen las temperaturas críticas)

Carga acelerada (Ni-MH)

   Para este tipo de carga es necesario un equipo especial con función de terminación de carga que controle variaciones de temperatura, variaciones de tensión y tiempos. Con todo lo necesario podemos cargar con seguridad una batería en 1 hora usando un índice de carga de 1C. Estos equipos estarán suministrando un índice de carga de 1C hasta que el aumento de temperatura por batería supera 1 ºC. A partir de ahí se aplicará un índice de carga de C/10 controlado por el terminador de carga durante media hora. En el caso de tener que dejar las baterías en el cargador más tiempo del necesario el equipo debe de sostener la carga aplicando un índice de carga de C/300 indefinidamente sin que las baterías se sobrecargen. La temperatura de carga debe de estar en el intervalo [10 ºC, 45 ºC] y la descarga entre [-20 ºC, 50 ºC].

   Con una carga acelerada se alcanza el 70% de la carga en apenas unos minutos. A partir de ahí la batería pierde capacidad de aceptación de carga aumentando su temperatura y presión.

   Este tipo de carga es el más adecuado en en tecnología Ni-MH pero es necesario tener el equipo pertinente. Es muy importante que el cargador disponga de sistema de terminación de carga. Este sistema se encarga de monitorizar varios parámetros y actuar en consecuencia.

   Cuando la batería se acerca a la sobrecarga se produce una pequeña variación en la tensión entre los 10-15 mV que ha de detectar el cargador para detener la carga. Claro esta que si hacemos muy sensible el sistema de terminación por variación de tensión es posible que debido al ruido de la propia batería y fluctuaciones de tensión finalicen la carga antes de que se alcance. Por ello los cargadores más avanzados trabajan simultaneamente con varios sistemas de terminación, variación de tensión, aumento de la tasa de temperatura dT/dt y sensores de desconexión.

Cargador de acondicionamiento universal. Soporta varios tipos de baterías.

Carga de goteo (Carga contínua)

   Este sistema de carga usa un índice de carga que depende de la capacidad de la batería. Ojo, este método no debe usarse con baterías de Ni-MH. Tras cargar la batería y para mantenerla en el cargador por tiempo indefinido, deberemos de usar una carga de goteo de 0,033 CmA a 0,05 CmA. Si tenemos pués una batería de 1500 mAh deberemos de usar un índice de carga de 0,03 x 1500 que nos da un valor de 50 mAh. La temperatura de carga debe de estar en el intervalo [10 ºC, 35 ºC] y la descarga entre [-20 ºC, 50 ºC].

Mantenimiento de las baterías (especialmente en las de Ni-Cd)

   El mantenimiento de las baterías consiste en descargarlas hasta un cierto valor para poder comprobar su correcto funcionamiento y para eliminar posibles efectos de memoria, efectos más presentes en la tecnología Ni-Cd.

   La descarga de las baterías se lleva a cabo hasta que estas alcance un valor 1,1 V inferior a su valor nominal. Una batería de 1,2 V se deberá de descargar hasta 0,1 V y una batería compuesta por 8 unidades de 1,2 V (9,6 V) no podrá ser descargada a menos de 1,1 V por celda (9,6 V en este caso), es decir, 8,8 V. El efecto que tendría sobre la batería el sobrepasar este valor se conoce como inversión de la polaridad. La inversión de polaridad aparece cuando llevamos a la batería a una sobredescarga. En este caso, el gas de hidrógeno se extiende desde el electrodo positivo al negativo y el gas de oxígeno hace lo mismo desde el electrodo negativo produciendo una inversión de la polaridad.

Notas finales

• No cargar baterías Ni-Cd en paralelo.
• No descargar baterías de distinta capacidad en serie, esto podría llevar a efectos de inversión de polaridad.
• Las baterías de Ni-MH también presentan efecto memoria aunque mucho menos que las de Ni-Cd. Es importante para una larga duración de estas operar en los rangos de temperartura esteblecidos por el fabricante y evitar siempre la sobrecarga. Ojo con cargar la batería cuando esta está a mitad. Si se abusa al final la batería se deteriora.
• En caso de usar cargas aceleradas, usar un método de terminación de carga apropiado, ya sea por variación de temperatura o por variación de tensión. Esto es especialmente importante en baterías de Ni-MH pués las sobrecargas las afectan sensiblemente.
• No intentar abrir las baterías ya que contienen electrolitos alcalinos que pueden ser perjudiciales para la salud.
• Mantener las baterías en sitios ventilados pues durante los procesos de carga y descarga estas emiten algunos gases que podrían ser potencialmente inflamables si se mezclan con el aire. Las baterías están dotadas de un sistema de ventilación, un orificio que se abre cuando la presión en el interior es de 150 PSI a 200 PSI, para evitar sobrepresión en el interior en caso de sobrecarga. Si se detectara un polvo blanco en el orificio de ventilación es síntoma de que habrá sobrecargado la batería en alguna recarga.
• Las baterías Ni-MH pueden ser tiradas a la basura común pués están catalogadas como no perjudiciales al medio ambiente.