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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Las Pilas y Baterías Alcalina Recargable (RAM)

Pilas y Batería Alcalina Recargable

También conocida como Batería recargable de Manganeso; RAM, (Rechargeable Alkaline Manganese). La batería de dióxido de manganeso alcalino es una variante de la celda Leclanché (carbono de zinc), Al igual que con la celda Leclanché, los electrodos son dióxido de zinc y manganeso, pero el electrolito es hidróxido de potasio (KOH), Hidróxido de potasio (KOH) es el electrolito utilizado en la mayoría de las células alcalinas primarias y en las células recargables basadas en níquel, como las células NiCd, NiMh y NiFe.

Ventajas

Similar con las celdas de carbono de zinc pero con el doble de densidad de energía. Cuatro veces la capacidad de un tamaño equivalente recargable de níquel cadmio o níquel metal hidruro.
Cuatro a nueve veces más que la celda de carbono de zinc equivalente.
Capacidad constante en un amplio rango de drenajes actuales.
Adecuado para aplicaciones de alta tasa de drenaje.
Mejor rendimiento a baja temperatura que el carbono de zinc. Continúa funcionando en temperaturas bajo cero. Menos fugas que las celdas de carbono- zinc. Disponible en una amplia gama de tamaños, incluyendo tamaños AAA, AA, C, D y 9v.
Adecuado para una amplia gama de aplicaciones de consumo y fabricado de productos químicos no tóxicos

Deficiencias
Mayor coste que las celdas de carbono-zinc competidoras básicas normalmente no recargable. 25% más pesada que las celdas de Leclanché.
Las celdas RAM tienen una vida de ciclo limitada de aproximadamente 100 ciclos y solo están disponibles en tamaños AA y AAA. Por construcción, son pilas secas, completamente selladas y no requieren mantenimiento.​ A medida que se descarga una batería alcalina, los productos químicos dentro de la batería reaccionan para crear una corriente eléctrica. A medida que se acumulan los productos químicos de la reacción, la batería ya no puede suministrar la corriente adecuada y la batería se agota. Las diferentes baterías se basan en diferentes reacciones químicas.

La diferencia entre pilas alcalinas y baterías recargables es que la reacción química es reversible dentro de una recargable. Esto quiere decir que, cuando la energía eléctrica desde una fuente externa (es decir, un cargador) se aplica a la batería, el flujo de electrones que se produce durante la descarga se invierte. En este caso, se produce la recarga de la pila.

Las pilas alcalinas comunes no están diseñadas para ser recargadas en ningún cargador de NiCd/NiMh a menos que se indique la carga a 1.5v y en CA. Si se intenta cargar las pilas alcalinas pueden dañarse o derramar líquidos internos, ver más abajo

Los formatos incluyen AAA, AA, C, D y clip de 9 voltios.

Las pilas Alcalinas

Se pueden recargar?

Los cargadores de Ni-Cd y Ni-MH son de 1,4v. y las alcalinas se recargan a 1,5v si lo intentas en un cargador de 1,4v es muy posible que la pila explote o se caliente en exceso.

Hay cargadores como El PowerSafer BC es un cargador hasta cuatro pilas. Su doble sistema nos deja trabajar con pilas de tipo AA/AAA.

El sistema detecta el tipo de pila y lo indica en una pantalla LCD. También hay indicadores luminosos de carga en marcha, carga completa e imposible cargar. La cantidad de veces que se puede recargar una pila alcalina es mucho menor a la cantidad de veces que se puede recargar una batería recargable.

Para saber como funciona las pilas y baterías debemos saber como funcionan, la corriente eléctrica es un flujo de electrones de un polo a otro en las pilas se produce por una reacción química, en las baterías esta reacción química es reversible por la naturaleza de los compuestos empleados, es decir si se conecta una carga los electrones circulan en un sentido y al conectarles una fuente la corriente circula en otro sentido volviéndose a cargar. En las pilas esta reacción química no es reversible por tanto no se pueden recargar.

¿Entonces qué ocurre en las pilas alcalinas, se pueden recargar?. La respuesta es NO, pero esto no quiere decir que sea falso, si le conectas una fuente de tensión a estas pilas vuelven a dar corriente, pero no se han recargado, lo que ha ocurrido es que se ha roto los enlaces químicos y alterado la estructura química de los elementos que la forman, dejando electrones libres, por lo que volverás a tener algo de corriente, pero no la capacidad original de la pila. Otra cosa MUY IMPORTANTE es saber que el proceso de carga de estas pilas nada tiene que ver con los cargadores de NiCd o NiMh y explicamos el porque.

Para recargar pilas secas con seguridad, hay unas reglas que debes seguir:

1. Recargar las pilas individualmente, no conectadas como un pack de batería. Esto es conveniente porque si una de las pilas falla, las demás recibirían una corriente excesiva, para ello podría emplearse una técnica de corriente constante. Por tanto, la recarga de las pilas sólo puede hacerse en este caso en pilas individuales.

2. Limitar la corriente para impedir que si una pila se cortocircuita, disipe una potencia excesiva.

3. Limitar el tiempo de carga para que no se produzca sobrecarga.

4. No permitir que las pilas queden completamente descargadas. Para obtener los mejores resultados, es necesario limitar su uso antes de la plena descarga, y recargarlas lo antes posible. Las pilas descargadas no aceptan la recarga. Esto se debe a los cambios químicos irreversibles que se producen en el interior de la pila.

5. Lo más importante… no debe emplearse corriente continua (c.c.). Básicamente, el empleo de c.c. provoca un sobrecalentamiento y una erosión del electrodo de zinc, lo cual produce unos resultados erráticos y en general, una posibilidad muy reducida de recargas posibles. En cambio, si se utiliza una corriente alterna polarizada el calentamiento de la pila es despreciable y no se produce la erosión del zinc. Se emplea el proceso de inversión periférica de corriente (IPC) para mantener el zinc en un estado compacto, en lugar del estado esponjoso producido por una c.c. Es una adaptación de los métodos empleados en la industria galvanoplástica durante muchos años para obtener baños de ciertos metales. La IPC consiste en aplicar una pequeña corriente en sentido inverso al de la corriente principal, a intervalos regulares de 10ms si se emplea la red de 50Hz. El tiempo de carga directa es inferior al tiempo de aplicación de tensión inversa, debido al pedestal de 1.5V que presenta la pila a la corriente de carga. La relación entre la corriente de carga y la corriente inversa es del orden de 4, 5 a 1.

Hay esquemas en Internet de cargadores de pilas secas

Alkaline battery charging circuit

Con permiso del autor os pongo la traducción al español

El truco para hacer esto es tres cosas.

Usar una corriente baja durante un período más largo
Cargar antes de que se agoten demasiado
Cargar a no más del 110% de la capacidad de las celdas (por ejemplo, carga de 1.5v a 1.65v y parada)

Lo bueno de usar pilas alcalinas es que no tienen descarga interna a diferencia de las recargables de Ni-Cd/Ni-Mh, por tanto son adecuadas para aplicaciones de drenaje de baja corriente como controles remotos, relojes o cosas que no usas a menudo. En las pruebas, la tasa de carga es más baja, mejor es la carga y menos posibilidades de que una celda pierda electrolito.
Además, si una celda se vuelve demasiado baja o completamente descargada, no tendrá una buena carga y probablemente también goteará electrolito y posiblemente se abrirá. La idea aquí es mantenerlos recargados. Las celdas se han drenado a +/- 1.3v, por ejemplo en carga lenta con este circuito, supervisa el voltaje y finaliza cuando alcance el 110%. Es 1.65v para una celda o 3.3v para dos celdas en serie. No cargue más del 110% existe el riesgo de fugas de la celda o incluso abrirse/explotar. Es aconsejable no intentar cargar una pila alcalina que esté completamente descargada. No absorben carga. Algunas de las pruebas fue el exterior (invierno 2-5°C) y las celdas alcanzaron 1,65v bastante rápido, pero no absorbieron gran parte debido a la alta resistencia interna a bajas temperaturas. La carga debe llevarse a cabo a temperatura ambiente, de +/-20°C.

Estructura comparativa

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