Baterías de NiCd o NiMh

Baterías de NiCd y NiMh

Que son y comparativa?

Las baterías de níquel-cadmio o NiCd y las de hidruro de metal de níquel o NiMH, son dos tipos de bases químicas que se utilizan en las celdas. Las NiCd y NiMH se pueden fabricar en cualquier tamaño o potencia, pero varían en el rendimiento, además de tener diferentes bases químicas, estos dos tipos de baterías también requieren diferentes consideraciones de cuidado y carga.

Las baterías NiMH pueden recargarse en cualquier punto del ciclo, sin un efecto sobre el rendimiento de la misma. Las baterías NiMH también se hacen sin cadmio, un producto químico peligroso que puede acumularse en el medio ambiente.

La batería de níquel-cadmio (comúnmente conocidas como NiCd) es una batería recargable de uso doméstico e industrial. Cada vez se usan menos (a favor de las baterías de NiMH) debido a su efecto memoria y al cadmio, que es contaminante. Sin embargo, poseen algunas ventajas sobre el NiMH, como por ejemplo los ciclos (1 ciclo = 1 carga y descarga) de carga, que oscilan entre 1000 y 1500 ciclos de vida. En condiciones estándar, dan un potencial de 1,3 V (tensión de trabajo nominal 1,2 V). Las baterías NiMH pueden ofrecer un mejor rendimiento, pero también tienen casi el doble de la tasa de autodescarga que las baterías NiCd. Esto significa que las NiMH pueden perder su carga en un dispositivo electrónico mucho más rápido, por lo general requiriendo la carga la noche antes de cada uso.

Las de NiCd tienen “efecto memoria” siendo necesario descargarlas primero para que adquieran la maxima capacidad, las de NiMh no es necesario.

Ambas producen salidas de tensión casi idénticas, pero las NiMH son más eficaces en dispositivos electrónicos con drenajes de alta potencia. Las NiMH tienen una mayor capacidad que las baterías NiCd, lo que resulta en un mayor tiempo de ejecución de los dispositivos electrónicos. Las baterías NiMH también se pueden recargar 25% más veces que las NiCd.

Variante de las NiMh (LSD NiMh)

Una variante híbrida de la batería de níquel-metal hidruro con baja autodescarga (LSD NiMH) fue introducida en el mercado en el año 2005. Presenta una tasa de autodescarga significativamente menor que la versión NiMH convencional, de manera que se mantiene cargada cuando no está en uso. Esto se logra mediante la mejora en el separador de electrodos y un electrodo positivo optimizado, lo que permite que la batería retenga el 70%-85% de su capacidad, de acuerdo a los fabricantes de este tipo de pilas, durante un año a 20 °C, comparado con 50% de las baterías NiMH convencionales. Por lo demás, su diseño es muy parecido a otras baterías de NiMH, lo que permite que pueda ser cargada con el mismo tipo de cargador. Estas baterías se denominan “híbridas”. La retención de la carga depende en gran medida de la impedancia (resistencia interna) de la batería (cuanto menor sea, mejor), del tamaño de la batería y también de su capacidad de carga.

Desventajas

  • Su tensión es 1,2V frente a 1,5V de las pilas normales. Esto supone un 20% menos de tensión.
  • Debido a su bajísima impedancia interna no se pueden cargar a tensión constante ya que se generarían corrientes muy elevadas que producen el calentamiento de la Ni-Cd y su destrucción.

Capacidad comparativa de NiCd y NiMh:

En una de célda “AA” de NiCd tiene una capacidad de 700 mAh, mientras que una célda NiMH del mismo tamaño puede almacenar hasta 1400 mAh. Esto es un aumento del 100% de la capacidad, aunque el déficit de las céldas de “AAA” es aún mayor; una de células “AAA” NiCd puede tener una capacidad de hasta 200 mAh, mientras que una “AAA” NiMH puede almacenar hasta 550 mAh.

Se mide en mAh. Se representa con la letra C. Una batería que tiene por ejemplo C=1000 quiere decir que puede suministrar una corriente de 1.000 mA durante una hora (500 mA durante 2 horas, 125 mA durante 4 horas)

El término C se utiliza también para definir la corriente de carga. Una corriente de 1C significa que la batería se cargará con la misma corriente que puede suministrar durante una hora.

NiCd Composición:

Utilizan un cátodo de hidróxido de níquel y un ánodo de un compuesto de cadmio. El electrolito es de hidróxido de potasio. Esta configuración de materiales permite recargar la batería una vez está agotada, para su reutilización. Sin embargo, su densidad de energía es de tan sólo 50 Wh/kg, lo que hace que tengan poca capacidad. Admiten sobrecargas, se pueden seguir cargando cuando ya no admiten más carga, aunque no la almacena. Admiten un gran rango de temperaturas de funcionamiento. La reacción química es: Cd + 2Ni OH + 2H 2 O <==> Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2.

NiMh Composición:

Utilizan un ánodo de oxihidróxido de níquel (NiOOH), como en la batería de níquel cadmio, pero cuyo cátodo es de una aleación de hidruro metálico.

Ciclo de carga NiCd:

Para mantener las baterías NiCd a su nivel máximo, deben estar totalmente descargadas antes de la recarga.

En principio sería suficiente cargar la batería a 0,1C pero en el inicio de la carga, la batería no almacena la energía que se le suministra. La energía inicial se utiliza para reconstruir los electrodos y producir gas.

Si se excede el tiempo de carga la batería aguanta la sobrecarga (a 0,1C). Si se intenta cargar una batería parcialmente llena llega un momento en el que la batería deja de almacenar carga y convierte toda la energía en calor.

La temperatura ambiente mínima para realizar la carga oscila entre 0º y 30ºC, la máxima entre 40º y 60ºC. Los fabricantes aconsejan siempre realizar la carga entre 20º y 25ºC. A temperaturas inferiores la carga de la batería se reduce por tanto, hay que reducir la corriente de carga. A temperaturas superiores la capacidad se reduce aun más.

Es posible cargar la nicd a corrientes inferiores a 0,1C pero entonces desconocemos cual será su tiempo de carga ya que la variación no es proporcional. El mayor inconveniente es que cargar una nicad a corrientes inferiores a 0,1C reduce su capacidad efectiva, esto se denomina “efecto memoria” y consiste en que «La nicd se da cuenta de que esta siendo cargada a una corriente inferior, entiende que su capacidad es inferior” y ajusta su capacidad a ese valor». Como la batería no queda totalmente llena, al intentar cargarla de nuevo reduce aun mas su capacidad, después de unos ciclos de carga no completa una nicd puede quedar inservible.

Por tanto, nunca se debe cargar una nicd parcialmente o cargarla estando parcialmente cargada ya que el “efecto memoria” se desencadena.

Mantener una Nicd cargada:

Si se quiere mantener una nicd siempre en su carga máxima y se descarga “completamente” con regularidad es posible dejarla en carga continua a una corriente inferior a 0,1C. En cambio, si la batería va a descargarse solo muy rara vez se recomienda que una vez cargada se reduzca la corriente de carga a un valor muy pequeño denominado “corriente de goteo”

Carga rápida:

Todas las nicd admiten carga rápida, a corrientes superiores a 0,1C pero deben seguirse las precauciones indicadas por el fabricante. En general, se pueden cargar Nicd entre 2 y 5 veces mas rápido que la carga normal siempre y cuando la temperatura sea mayor que 20ºC e inferior a 45ºC. La carga rápida debe hacerse con un cargador inteligente o con temporizador y sensor de temperatura que detengan la carga rápida de forma automática o la reduzcan a valores seguros.

Almacenamiento y mantenimiento de la carga:

Las nicd se pueden almacenar en cualquier estado de carga a una temperatura entre – 40ºC y +50ºC. Las baterías parcial o totalmente cargadas pierden gradualmente su carga. Esta descarga es mayor cuanto mayor es la temperatura.

A causa del efecto de las diferentes temperaturas y periodos de almacenamiento no es posible conocer el estado de una nicad cuando se compra. Por ello es recomendable cargar las nicad antes de utilizarlas la primera vez.

Precauciones para una larga vida útil:

Una nicd puede tener una vida de hasta 1000 ciclos. Según aumentan el número de cargas la nicd disminuye su capacidad. Una Nicd ha dejado de ser útil cuando su capacidad baja al 70% de la nominal.

  • No soldar directamente sobre los terminales de la Ni-Cd a no ser que tenga terminales de soldadura incorporados. En caso de tenerlos es recomendable pinzar con unos alicates dicho terminal para evitar que el calor de la soldadura llegue a la Ni-Cd.
  • Evitar las bajas temperaturas durante el proceso de carga.
  • No cortocircuitarlas y evitar corrientes muy elevadas en la descarga o uso.
  • No descargar completamente una Ni-Cd, una batería totalmente descargada no puede volver a cargarse.
  • No dejar en sobrecarga una Ni-Cd cargándose a una corriente superior a 0,1C.
  • Cargar las baterías nuevas antes de usarlas.

Tipos de Baterías

Pack de baterías

Son celdas individuales con contactos de niquel que estan unidas en serie para conseguir el voltaje adecuado y la corriente al montarlos en paralelo.

Estos son los contactos de niquel y soportes usados en los Packs

Donde encontrar estos elementos?

Shoptronica     Dilium   Ultrafire

Esquemas de Cargadores, hazlo tú mismo

Diagrama circuito 1:Este circuito se puede usar para reemplazar la resistencia limitadora de corriente única que a menudo se encuentra en cargadores de batería baratos. El diagrama de circuito muestra un LM317 en configuración de corriente constante pero sin la resistencia fija o variable habitual en el pin ADJ para determinar la cantidad de corriente de salida. Además, no existe un interruptor con una matriz de diferentes resistencias para seleccionar las corrientes de carga para los tres tipos de baterías o celdas que deseamos cargar: AAA, AA y PP3 (6F22). Cuando, por ejemplo, se conecta una celda AAA vacía, el voltaje desarrollado a través de R1 hace que T1 sea polarizado mediante el cuentagotas D1.

Da como resultado 50 μA que fluye desde el pin ADJ del LM317 hacia la celda, activando el circuito en modo de corriente constante. D4 está incluido para evitar que la batería se descargue cuando el cargador está apagado o sin una tensión de alimentación. La corriente de carga I está determinada por R1/R3/R3 como en R (n) = (1.25 + Vsat) / I donde Vsat es 0.1 V. La corriente debe ser un décimo de la capacidad nominal de la batería, por ejemplo, 170 mA para una AA NiCd de 1700 mAh. Cabe señalar que las baterías recargables ‘6F22 9v’ generalmente contienen siete celdas de NiCd por lo que su voltaje nominal es de 8.4 V y no de 9V, como se piensa a menudo.

Si se necesita corrientes relativamente altas, la disipación de potencia en R1/R2/R3 se convierte en un problema. Como regla general, el voltaje de entrada requerido por el cargador debe ser mayor que tres veces el voltaje de la batería. Esto es necesario para cubrir el voltaje de caída del LM317 y el voltaje en R (n). Dos notas finales: el LM317 debe estar equipado con un pequeño disipador de calor. Teniendo en cuenta la seguridad eléctrica, se prefiere el uso de un adaptador de red de uso general con salida de CC en lugar de una combinación dedicada de transformador de red / rectificador.

Diagrama circuito 2:

Extraida de una antigua revista de elektor.

Permite cargar un paquete de baterías en carga lenta, (10 a 14 horas), y como en las de NiMH no existe peligro de sobrecarga, si están en el cargador mas tiempo no perjudica a las baterías ni produce calor o efectos similares.

Este circuito usa un led de bajo consumo (para no afectar a la corriente de carga), que nos indica cuando la batería está en carga, apagándose cuando la carga esté completada. La corriente de carga debe ser el 10% de la capacidad de cada batería, mientras que el voltaje debe ser como mínimo de 1’5V superior al nominal, por ejemplo para cargar cuatro baterías de 1.500mA 1’2V en serie, necesitamos una corriente de 1.500/10=150mA, si usamos menos, el tiempo de carga será mayor, no debemos usar mas, mientras que para el voltaje sería de 1’2*4+1’5=6’3v o algo más (nunca menos).

Para cargar una batería se usa una fuente de corriente constante, la forma mas sencilla es uar un regulador de tensión tipo LM317, diseñado para ajustar su resistencia interna entre los terminales IN y OUT para mantener una tensión constante de 1,25V entre los terminales OUT y ADJ, por lo que es necesario usar una resistencia R2 adecuada a las baterías a cargar, debiendo usar un valor de (1’25/Corriente de Carga), en nuestro ejemplo 1’25/0’150 = 8’33Ω o si las celdas son de 1.800mAh, sería (1,25/0,180) = 6,94Ω. Como en la práctica no podemos comprar una resistencia con este valor, elegiremos el mas cercano que es 7Ω (ohmios).
Hay que usar todas las celdas conectadas en serie y que sean todas del mismo tipo (voltaje y capacidad) si no, este montaje no funcionará adecuadamentre. Para las fórmulas llamaremos NB al número de baterías, VB al Voltaje de la batería, y MAB a la capacidad en Mili Amperios de la batería. Usaremos una alimentador de VA voltios y AA amperios:
R2= 12500      VA= (NB * VB) + 1’5      AA= NB * MAB
MAB 10.000

El valor de la resistencia R2 se redondea por arriba o por abajo al valor mas cercano, si es 6’94Ω o de 7’21Ω usar una resistencia de 7Ω. El valor del voltaje y del amperaje del alimentador se redondean por arriba siempre.

Por ejemplo para cargar  4 baterías (NB=4) de 1’2 voltios  (VB=1’2) y 1.500mA (MAB=1500) aplicando las fórmulas usamos una resistencia de 8Ω (R2=8) y un alimentador de 7 voltios (VA=7) que proporcione 600 mA (AA=0’6):
R2 = 12500  = 8’33 Ω = 8 Ω
1500
VA = (4 * 1’2) + 1’5 = 6’3 V = 7 V
AA= 4 * 1500 = 0’6 A
10.000

El LM317T se deberá fijar a un disipador, aunque por la baja corriente que se maneja, no es imprescindible, con un pequeño disipador de unos 10K/W, o si lo pegamos a la caja si es metálica será suficiente.

La corriente de carga necesaria para las baterías se obtiene de un alimentador externo no estabilizado (cualquiera con una transformador, puente y condensador sirve, no necesita más). Este alimentador debe proporcionar una corriente al menos 1’5 voltios superior en la entrada del LM317 a la que necesitamos en su salida para que este funcione, por lo que en el ejemplo anterior, 6’3+1’5=7’8v o lo que es lo mismo el alimentador debe proporcional al menos 8 voltios, por lo que uno de 9 voltios es el adecuado, aunque si es de los económicos mejor uno de 12 voltios, que nunca dan los voltios que dicen.

LISTA DE MATERIALES
R1 = 180Ω (ohm), 1/4 W
R2 = Ver Texto, 1/4 W
C1 = 10 µF 25 V electrolítico
T1 = BC547B
IC1 = LM317T
LED1 = Diodo led de bajo consumo

Cargadores del mercado

Los puede encontrar en Ultrafire, Trustfire, o en tiendas especializadas

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