Baterías de Nicd
Las baterías de NiCd (níquel-cadmio ) son batería recargables cuyo uso se extendió hace bastantes años en el el ámbito doméstico e industrial , por ejemplo en los primeros robots de limpieza, pero que hoy han quedado prácticamente en desuso
Este tipo de batería cada vez se usa menos primero a cambio de la tecnología de de NiMH , debido a :
- Alto coste por célula
- Efecto memoria
- El alto precio del cadmio en su composición
- El uso del Cd representa un peligro para el medio ambiente
- Densidad energética 50-150 W·h/L
- Durabilidad (ciclos): 2000 ciclos
Sin embargo las baterías de Nicd poseen algunas ventajas:
- Sobre el NiMH, como por ejemplo los ciclos (1 ciclo = 1 carga y descarga) de carga, que oscilan entre los 1000 y 1500 ciclos (+ vida).
- En condiciones estándar, dan un potencial de 1,25 V (tensión de trabajo nominal 1,2 V).
- Resumiendo:
Baterías de NiMh
Las baterías de níquel-metal hidruro o de níquel-hidruro metálico (Ni-MH) 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.
Cada pila de Ni-MH puede proporcionar un voltaje de 1,2 voltios y una capacidad entre 0,8 y 2,9 amperio-hora.
Esta tecnologia tiene varias ventajas:
- Posee una mayor capacidad de carga (entre dos y tres veces más que la de una pila de NiCd del mismo tamaño y peso)
- Este tipo de baterías se encuentran menos afectadas por el llamado efecto memoria, en el que en cada recarga se limita el voltaje o la capacidad (a causa de un tiempo largo, una alta temperatura, o una corriente elevada), imposibilitando el uso de toda su energía.
- Su densidad de energía llega hasta los 100 Wh/kg, y los ciclos de carga de estas pilas oscilan entre las 500 y 2000 cargas.
- Menor precio al no contener Cd
- Mas respetuosas con el medio ambiente al no contener Cd
Estas baterías son superiores a las de niCd pero aun adolecen de una mayor tasa de autodescarga que las de NiCd (un 30% mensual frente a un 20%), lo cual relega a estas últimas a usos caracterizados por largos periodos entre consumos (como mandos a distancia, luces de emergencia, etc), mientras que son desplazadas por las de NiMH para consumos continuos.
Resumiendo:
No obstante, en 2005 se desarrolló una variante de baja autodescarga ( low self-discharge, LSD) para estas pbaterias : LSD-NiMH , las cuales presentan una tasa de autodescarga mucho menor, lo que permite almacenarlas durante largos períodos de tiempo sin dañar la batería por desuso y pudiendo utilizarse de forma inmediata cuando sea requerido.
Baterías de Ion litio
Las batería de iones de litio, también denominadas baterías Li-Ion emplean como electrolito una sal de litio que consigue los iones necesarios para la reacción electroquímica reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo.
Las propiedades de las baterías de Li-ion, :
- Elevada densidad de energía debido a la ligereza de sus componentes,
- Elevada capacidad energética
- Resistencia a la descarga,
- Poco efecto memoria
- Capacidad para funcionar con un elevado número de ciclos de regeneración,
Este tipo de tecnlogia ha permitido diseñar acumuladores ligeros, de pequeño tamaño y variadas formas, con un alto rendimiento, especialmente adaptados a las aplicaciones de la industria electrónica de gran consumo como por ejemplo a la movilidad personal .
Sin embargo, su rápida degradación y sensibilidad a las elevadas temperaturas, que pueden resultar en su destrucción por inflamación o incluso explosión, requieren, en su configuración como producto de consumo, la inclusión de dispositivos adicionales de seguridad así como comtroladores de carga específicos, resultando en un coste superior que ha limitado la extensión de su uso a otras aplicaciones.
Baterías de Gel de Pb
La baterías de plomo, también denominadas batería de ácido-plomo son un tipo de batería a húmeda muy común en vehículos como batería de arranque, aunque también se utilizan como batería de tracción de vehículos eléctricos como por ejemplo carretillas , vehículos de transporte ,etc. Suelen proporcionar una tensión de 6 V, 12 V u otro múltiplo de 2, ya que la tensión que suministra cada celda es de 2 V pudiendo suministrar unas intensidades de corriente relativamente grandes, aunque no obstante adolecen de un peso mayor respecto a otros tipos de baterías ( y por lo tanto una densidad energética menor)
Aunque su utilización y forma más conocida es la batería de automóvil, este acumulador tiene muchas aplicaciones, como por ejemplo en energía solar.
La evolución de las baterías de Pb s on las baterías de gel , que se componen de un electrolito gelidificado (de ahí su nombre) con lo cual nunca puede haber ningún tipo de derrame si se volcase la batería por accidente, como si podría ocurrir con una batería de ácido-plomo convencional (por tanto gracias a ello, se pueden colocar en cualquier posición y orientación). Al igual que las AGM, las baterías de gel vienen en un envase sellado que no requiere de mantenimiento ya que el gas de su interior se recombina evitándose la pérdida de agua.
Una batería de gel tiene una vida útil de 12 años, superior a los 8-9 años de las baterías AGM y mucho mayor que las clásicas baterías monoblock, la cual es de 4-5 años,con lo cual una batería de gel es una buena inversión para aquellas personas que no quieren realizar un desembolso económico tan grande como para poner baterías estacionarias (opzs, topzs, ropzs, opzv...)
Esta mayor vida útil se consigue gracias al grosor de sus placas y a la alta densidad de su material activo en forma de gel que p ermite obtener un mejor rendimiento que otras baterías pues al disponer de unas mejores placas y rejillas favorece una mejor resistencia a la corrosión y un funcionamiento óptimo con el paso de los años.
Las baterías en formato gel ofrecen las siguientes ventajas:
- Permite un elevado número de ciclos de carga y descarga durante mucho tiempo
- Permite descargas profundas hasta el 80% sin afectar a su vida útil.
- Autodescarga muy baja, lo cual supone una gran ventaja donde no haya un control diario de su funcionamiento.
- Buena tolerancia a las altas y bajas temperaturas ya que gracias a la densidad de su electrolito, dispone de una buena resistencia a congelarse y soportará temperaturas mucho más bajas que baterías como las AGM, smonoblock o las estacionarias OPZS.
Una vez conocidas las tecnologías disponibles, analizaremos una batería real de una bicicleta eléctrica con batería agotada de tecnologia Nimh para ver que podemos hacer para volver a usar el dispositivo alimentada por esta.
Desmontaje de una batería de bicicleta elctrica
Veamos que se esconde tras una carcasa de una batería convencional de una vieja bicicleta City Mover
En primer lugar desmontaremos la carcasa cuidando de no cruzar ni romper ningún hilo
Tras abrir la carcasa toca separar el bloque de baterías del resto de componentes
Como vemos separando el bloque de baterías s olo hay dos conectores ( el de carga y el salida hacia la bicicleta) , el panel de medida y el interruptor
Bien centrémonos en el bloque de batería de 24v 800maH de tecnologia NiMh
Una vez levantados los aislantes que cubren las 20 células de Nimh, las cuales están conectadas en serie , c onfiguración que nos da una salida de 1.2×20=24v
Es interesante observar la presencia de un fusible de protección en serie de 10Amp de los usados en automoción
También en serie con el circuito encontramos un controlador de temperatura del motor SENSATA YS11A95A-C7 7A 250V serie YS11
Por ultimo hay una pequeña NTC conectada entre masa y un pin de salida hacia el cargador
¿ Tiene solución esta batería? Pues si tiene unos cuantos años esta batería y la medida con un voltÍmetro de cada celda de forma individual no llega a los 0.8-0.9V a lo sumo ( recordemos debería ser de 1.2v) , tenemos que pensar que las celdas han acabado su vida útil y necesitaran ser reemplazadas.., pero por lo contaminante del Cd usado en su composición y el alto precio que tenemos que pagar por ellas creemos no es una opción a considerar
Bien ¿que opciones podemos evaluar?
OPCION 1
Pues una opción es una batería de Litio de un voltaje y capacidad similar .En concreto para el ejemplo que estamos viendo las especificaciones de la batería elegida son las siguientes:
- Tensión nominal: 24V
- Voltaje de salida: 16.5-25.2 V
- Capacidad de la batería: 10Ah
- Dimensiones: 68x100x112mm
- Peso total: 2kgr
- Circuito interno de la protección
- Peso de la batería: cerca de 1825g
- Embalaje: PVC azul
- Celdas de la batería dentro: Células grandes modelo 18650.
- Ciclos de vida: Más de 1000 veces
- Descarga de la batería :La corriente de pico máxima: 36A/Corriente máxima de funcionamiento: 18A
La mejora en cuanto a dimensiones y peso suelen ser considerables , tal y como se puede ver en la siguiente imagen donde aparecen ambas baterías , donde se aprecian prácticamente que por una tercera parte doblamos la capacidad con una batería de Litio:
Con esta solución , ahorraremos mucho peso debido a la mayor densidad energética, pero a cambio la vida de la batería no es tan alta como la solución 2 que vamos a ver que ademas es de un pecio significativamente menor
OPCION 2
El problema de las baterías de litio de la opción 1 , es su relativo alto coste ( entre 100 €y 250€ según donde se compre ) y la relativa baja durabilidad de estas baterias.
Otra opción mas económica es usar baterías de Gel pues este tipo de batería es de menor coste ( unos 14.99€ cada bateria en su version de 7ah que es la capacidad mas similar) y ofrece un rendimiento alto con una durabilidad mucho mayor.
El electrolito de ácido sulfúrico se encuentra absorbido por los separadores y placas y éstas a su vez inmovilizadas. Están diseñados utilizando la tecnología de recombinación de gas que elimina la necesidad para la adición regular de agua mediante el control de la evolución de hidrógeno y oxígeno durante la carga.
La batería está completamente sellada y hermética y por lo tanto es libre de mantenimiento, p ermitiendo ser utilizada en cualquier posición. En el caso que accidentalmente la batería sea sobrecargada produciendo hidrógeno y oxígeno, unas válvulas especiales unidireccionales permiten que los gases salgan al exterior evitando la sobrepresión en su interio r.
Resumiendo estas son las características principales de esta bateria:
- Tecnología AGM para una eficiente recombinación de los gases, hasta el 99% y libres de mantenimiento o de añadir agua
- Sin restricciones para el transporte aéreo, cumplimiento con la IATA/ICAO provisión especial A67
- Puede ser montado en cualquier posición
- Plomo diseñado por ordenador con rejilla de aleación de calcio-estaño para una alta densidad de energía
- Larga vida de servicio, tanto en aplicaciones en flotación como cíclicas
- Libres de mantenimiento
- Baja auto-descarga
Bien ,si elegimos esta opción de dos baterias en serie de gel de 12v 7aH por unos 30€ el conjunto podemos sustituir la vieja batería de NiCd , teniendo ademas la posibilidad de mejorar la capacidad y por tanto la autonomía del vehículo por ejemplo usando de 12v de gel pero 10Ah o de 12H
En realidad el montaje no puede ser mas sencillo :
1-Uniremos las dos baterías por uno de los costados para lo cual simplemente podemos usar cinta de doble cara de buena calidad ( o pegarlo con un adhesivo)
2-Colocaremos dos baterias en serie de gel de 12v 7aH de modo que las conexiones de ambas baterías queden a un mismo lado
3- Conectaremos en serie ambas baterías (es decir el polo + de una batería con el negativo de la otra con un cable en el que interconectaremos un portafusible).
3-Es importante no olvidar el fusible en serie con el circuito pues esto nos evitara problemas posteriores.
4-Finalmente conectaremos en el polo + de una batería y el polo negativo a un conector macho por ejemplo (reciclado de un alimentador de un viejo router de ADSL). Mucho cuidado de n o confundir el polo positivo y el polo negativo a la hora de soldar los hilos al conector.
5-Conectaremos un conector hembra en la bicicleta ( por ejemplo reciclando el conector externo de un viejo router de ADSL). Mucho cuidado de no confundir el polo positivo y el polo negativo a la hora de soldar los hilos al conector.
6-Colocaremos las baterías en el hueco de la bicicleta . enchufaremos ambos conectores y !a probar la bicicleta!
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