Visto que  este es un tema que se repite mucho, al menos en el foro de iPod, os doy la bienvenida a una pequeña guía-artículo que espero no sea muy técnico y os aclare dudas.

No solo va dirigido a las personas afortunadas poseedoras de un iPod, en sus ya mas que múltiples versiones, sino que para la gente con iBook´s, PowerBook´s, móviles y un montón de aparatitos que dependan de una batería.

¿Qué es una batería?

Una batería es un dispositivo electro-químico el cual almacena energía en forma química. Cuando se conecta a un circuito eléctrico, la energía química se transforma en energía eléctrica.

Cuando la batería se está descargando un cambio electro-químico se está produciendo entre los diferentes materiales en los dos electrodos.

Los electrones son transportados entre el electrodo positivo y negativo a través de un circuito externo (portátiles, iPod, móviles, etc.).

Características técnicas de una batería

Conceptos básicos para entender a una batería:

  • Energía específica: es la cantidad de energía que la batería puede almacenar por unidad de peso. Cuanto más alta, mejor.
  • Potencia específica: es la potencia que la batería puede suministrar por unidad de peso. De nuevo, cuanto mayor es esta cifra, más aplicaciones  posibles tiene la batería.
  • Eficacia (%): es la fracción de electricidad que devuelve la batería en proporción a la cantidad de electricidad que ha sido necesaria para cargarla. Cuanto más alta, mejor, idealmente el 100%. También es importante que una batería mantenga su eficacia en función del tiempo de almacenamiento.
  • Número de ciclos de carga-descarga: es el número de veces que la batería puede ser recargada para recobrar su capacidad completa después de su uso. Es una indicación de la duración de vida de la batería. De nuevo, cuanto más alto, mejor.
  • Tiempo de recarga normal : es el tiempo necesario para recargar completamente  la batería. Cuanto más corto, mejor.
  • Tiempo de recarga rápida (50% y 99%): estos son los tiempos necesarios para recargar la batería a la mitad o al 99% de su capacidad. Esta característica es útil solamente si la recarga de la batería es lenta. Por supuesto, cuanto más corto sea este  tiempo, mejor.

Tipo de Batería

Densidad energía Whr/Kg

Tensión

Ciclo de vida

Autodescarga (%/mes)

Ciclos de descarga máxima (C)*

Corriente de carga (C) *

Tensión de carga

Tiempo de carga

Temperatura de uso

 

Ni-Cd

40

1.2

1000

15

10

1

1.5

3

15 – 40

NiMh

60

1.2

800

20

3

1

1.5

3

15 – 40

Li-ion(coke)

90

3.6

1000

6

2

1

4.1

2.5

15 – 40

Li-ion(grafito)

90

3.6

1000

6

2

1

4.2

2.5

15 – 40

Fuente : EDN Magazine
* C representa la capacidad nominal de la batería.

Diferentes tipos de baterías

Podrás encontrarte estas clases de baterías:

Níquel: Son las más habituales. Proporcionan tensiones de 1.2 voltios.

Explicación: Contienen cadmio, un metal pesado que representa un peligro ecológico. Exteriormente tienen la misma forma y tamaño de las pilas. Interiormente tienen dos electrodos, el de cadmio (negativo) y el de hidróxido de níquel (positivo), separados entre sí por un electrolito de hidróxido de potasa. Llevan también un separador situado entre el electrodo positivo y la envoltura exterior y un aislante que las cierra herméticamente.

A su favor: su aspecto más positivo es el precio. Aunque te parezcan caras no tienes más que echar la cuenta de cuántas veces las recargas y cuánto te hubiera costado hacer los mismos cambios de pilas alcalinas, si bien hay que tener en cuenta que duran menos que estas últimas.

En contra: Lo peor es el llamado «efecto memoria». Esto esta mas detallado en otro punto mas abajo.

Niquel-Hidruro Metálico :Este tipo de baterías ofrecen en torno a una mejora de un 40% de capacidad (autonomía) suplementaria respecto a las de Ni/Cd (Niquel-Cadmio) de un volumen equivalente (mAh). Son un poquitín más ligeras y no están sujetas al efecto memoria y tienen una vida media de unas 600 a 700 ciclos de carga. Se usan habitualmente portátiles y teléfonos móviles.

Lithium-Ion :Estas baterías tienen un gasto de producción elevado y muy costoso que se refleja en su precio final. Su ciclo de vida se sitúa entre los 500-600 ciclos de carga/descarga.

Sin embargo ofrece una capacidad equivalente y más fiable dando una densidad de energía más elevada y constante que las baterías de Ni/Cd o Ni/MH.

Su uso está recomendado para los usuarios exigentes y con trabajo intenso.

Ventajas:

  • muy buena relación peso / potencia. Alta densidad de potencia
  • ciclo de vida extendido : soportan más de 500 recargas
  • poca autodescarga ( un 6% al mes)
  • no tienen "efecto memoria" por lo que se pueden cargar en cualquier momento o estado.
  • tensión de descargar gradual y constante. Son "muy nobles", y se puede saber su estado de carga fácilmente.
  • alta tensión de trabajo, típicamente unos 3.6 V. Con una sola célula es posible alimentar equipos electrónicos.

Todos hemos sufrido alguna vez en nuestra cámara digital tras sacar alguna foto como el indicador de batería indicaba sin carga y tras unos segundos volver a estar estable, con las baterías de LI-IO este efecto no sucede.

¿Y que tienen las baterías de Li-ion por dentro?

1. Cubierta del Cátodo
2. Junta
3. Aislante
4. Contacto externo del Cátodo

1.jpg 5. Orificio de seguridad
6. PTC ( resistencia seguridad)
7. Separador
8. Separador
9. Aislante
10. Pin central
11. Contenedor del ánodo
12. Cátodo
13. Contacto externo del ánodo
14. Anodo

La batería incluye dos elementos de seguridad: una PTC (resistencia que se incrementa en función de la temperatura) y un orificio o válvula por si se producen gases.

El ánodo puede ser de dos compuestos: ánodo de grafito o ánodo de carbón. Este detalle será importante cuando veamos los métodos de carga.

2.jpg

El principio de funcionamiento es bastante sencillo: conforme la batería se carga o descarga, los iones de litio se mueven de un lugar a otro.

Método de carga

El método de carga es relativamente sencillo, pero debe ser muy preciso. La tensión de carga es la siguiente :

3.jpg

  • Baterías con ánodo de grafito : tensión de final de carga de 4.1V ( 8.2V para dos elementos)
  • Baterías con ánodo de carbon (coke) : tensión de final de carga de 4.2V ( 8.4V para dos elementos)

Por tanto, al llegar a esa tensión la carga debe pararse inmediatamente. La precisión exigida es del 1%.

Si la sobrepasamos podemos acortar el ciclo de vida de la batería (si se sobrepasa claramente se daña la batería). Y si no se llega a esa tensión la carga no será completa.

El método de carga más usado es el conocido como "corriente constante – tensión constante". Consiste en empezar la carga con una corriente constante. Cuando se aproxima al final, el último empujoncíto se le da con una tensión constante. Hay otros métodos más simples pero quizás más lentos.

Lo importante es parar la carga cuando se alcanza el límite. Estas baterías tienen un rendimiento energético muy bueno durante la carga: casi toda la energía que reciben se usa para cargar la batería, con muy poco o nulo calentamiento.

Problemas de estas baterías :

Que yo sepa, o que haya encontrado en SanGoogle, solo tienen un problema (y además, poco documentado): la pasivación. Este fenómeno parece que se está dando bastante entre usuarios de cámaras digitales, sobre todo las Sony.

La pasivación consiste en la formación de una película de cloruro de litio (LiCl) en la superficie del ánodo. De algún modo sirve para evitar la autodescarga, cuando la batería no está siendo usada. Esta delgada película es, funcionalmente, una resistencia. Pero está claro que puede producir una caída de tensión o "retraso" en la entrega de energía tal como se ve en esta figura :

4.jpg

Conforme la batería va siendo usada, esta fina película va desapareciendo. El problema está en que la caída de tensión puede ser lo suficientemente abrupta como para que el iPod, portatil, se apague.

Cuanto mayor sea la energía requerida al principio, más acusado puede ser el problema. Cuando dejamos de usar la batería, la película vuelve a irse formando.

Este fenómeno depende de:

  • diseño y constitución de la batería
  • tiempo sin usar: cuanto mayor sea este tiempo, más gruesa será la capa de LiCl.
  • temperatura de almacenamiento. Al mayor temp. mayor pasivación.
  • temperatura de uso: en condiciones frías, este efecto será más "visible"
  • ciclo : ciclos repetidos de pequeñas descargas separadas por el tiempo, acentúan el problema.

Solución:

Para eliminar una pasivación "grave" hay que someter a la batería a varios ciclos de carga y descarga. La descarga debe ser con corriente relativamente alta (descarga rápida, por ejemplo poniendo a reproducir el iPod).

…Y ahora, ¿cómo se "carga" una batería?

Toda la chapa que viene ahora esta calculada para baterías de Ni-Cd, pero no cambia mucho para las de Li-ion. Esta parte es algo mas técnica por lo que si algo no entendéis, pues bueno quedaos con cuatro cosillas y suficiente.

Tiempo de carga

La batería no almacena toda la energía eléctrica que recibe por lo que la cantidad de electricidad suministrada debe ser mayor que la teóricamente necesaria. Trabajando entre 5 y 25ºC el factor de carga es de 1,4, es decir debe suministrarse una carga que sea un 40% superior a la deseada.

El tiempo de carga puede estimarse con la ecuación.

T = 1,4 x C / I

siendo:

T = Tiempo de carga en horas.

C = Capacidad que debe recibir la batería (mAh).

I = Intensidad de carga (mA).

Si la batería está descargada totalmente, entonces C = C10 pero si la descarga es parcial el valor de C puede estimarse como el producto de la intensidad media suministrada durante la descarga por el tiempo de duración de la misma.

Intensidad de la carga

La carga debe realizarse a intensidad constante; en general todos los fabricantes recomiendan que esta intensidad sea la nominal, aunque es posible realizarla a intensidades distintas.

La carga con intensidades inferiores a la nominal no es recomendable si la batería está completamente descargada. Tampoco es conveniente cargar siempre las baterías a baja intensidad; es recomendable realizar una carga a intensidad nominal con cierta periodicidad (cada mes).

La carga a intensidades mayores (2 ó 3 veces la nominal sólo es admisible si las baterías están completamente descargadas y la temperatura es superior a 20ºC. En estos casos el factor de carga es 1,2.

Sobrecargas admisibles

Si se exceden los tiempos de carga recomendados, la batería no puede almacenar la energía eléctrica, convirtiéndose toda ella en calor con el consiguiente aumento de la temperatura interna, lo que puede ocasionar daños en la batería.

Aquí nos acordamos cuando decimos -que caliente esta el iPod!!-

Si la intensidad de carga es inferior a la nominal la sobrecarga es más admisible, pudiendo ser permanente si la intensidad es inferior al 50% de la nominal.

Temperatura durante la carga

La batería puede recuperar el 100% de su capacidad nominal si la carga se realiza a temperaturas comprendidas entre 5 y 25ºC.

La capacidad de carga se reduce algo a temperaturas más bajas y bastante a temperaturas más elevadas (a 45ºC solo se alcanza el 70% de la carga nominal): conviene por tanto reducir los tiempos de carga en estos casos.

Autodescarga

En cualquier caso el ritmo de autodescarga aumenta con la temperatura. Una batería de electrodos sinterizados a 40ºC se descarga totalmente en 1 semana, y a 20-25ºC pierde el 50% de la carga en un mes, mientras que a temperaturas bajo cero puede conservar el 90% de su carga varios meses.

Las baterías tipo "botón" se autodescargan a ritmos 4 veces menores.

Vida útil

La repetición de ciclos de carga y descarga destruye progresivamente la estructura interna de la batería.

Se considera que una batería ha alcanzado el final de su vida útil cuando su capacidad real desciende al 80% de la nominal.

La vida útil puede alargarse si la batería no se descarga nunca por debajo del 50% y se evitan las sobredescargas, pudiéndose alcanzar los 1500 ciclos en estas condiciones. En cualquier caso la vida útil dependerá de las condiciones de uso.

¿Qué es el "Efecto memoria"?

Se produce en las baterías Níquel-Cadmio, y ocurre al recargar una batería que no se ha agotado suficientemente. Si una batería que se ha gastado hasta el 20% de su capacidad se recarga, su capacidad se reducirá a un 80% del valor inicial.

Esto se debe a que si se recarga antes de la descarga "casi" completa, los cristales de Níquel y Cadmio se acumulan y crecen, lo que termina por romper el separador aislante y producir altos niveles de autodescarga o un cortocircuito.

Para evitar el efecto memoria no es necesario recargar siempre con las baterías casi completamente descargadas, sino que basta con que la primera carga de la batería sea muy larga (más o menos el doble de lo normal) y se deje descargar casi completamente cada semana-mes según el uso.

En conclusión

Creo que para entender y tranquilizarnos sobre este tema hay suficiente material y espero que claro. Nuestras queridas maquinas nos van a durar bastante tiempo si no hacemos ninguna “animalada” y si los equipos están bien ensamblados.

Como todos sabemos la duración de uso de un equipo con baterías depende del consumo que tenga, así que si estamos jugando al solitario mientras escuchamos música evidentemente nuestra querida batería durara bastante menos que si lo tenemos en <Hold>, la pantalla en reposo y solo se usa el reproductor.

Casi toda la información esta sacada de unos apuntes viejos, reviejos de electrónica y electricidad. De paginas de fabricantes de baterías, Varta, Cegasa… Y de una nota Técnica de Prevención de la pagina del Instituto de Seguridad y Salud en el Trabajo.

Hay mucha, pero que mucha información al respecto, nuevas tecnologías, más datos técnicos, etc. Si alguien quiere mas información o entrar mas en profundidad en algún punto, me comentáis y me pongo a ello.

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