LAS BATERÍAS PARA PORTABLE

Transcripción

1 LAS BATERÍAS PARA PORTABLE Para salir al campo a realizar una activación en Portable-pedestre, es decir, sin recurrir al coche, hay que contar con una batería que permita alimentar correctamente al equipo. La batería que llevan los coches es una batería de gran potencia, pero no es adecuada para llevarla a cuestas al campo en una actividad sin acceso a motor. Estas baterías son de Plomo-ácido y pesan demasiado. En el artículo de Equipos portables ya se comentó que los equipos móviles pueden ser utilizados con batería de coche de 13,8 v y que por debajo de 12 v era esperable que se produjera un malfuncionamiento del equipo (distorsión, pérdida de potencia ). En el presente artículo analizamos en detalle algunas baterías alternativas a las de coche; algunas de ellas tienen tensiones adecuadas para los equipos móviles, mientras que otras más ligeras y pequeñas son las recomendables para equipos QRP, kits y monobandas de pequeño consumo, que pueden ser alimentados por debajo de 12 voltios. Vamos a comentar los distintos tipos de baterías y sus características y a establecer criterios para su selección y unos consejos prácticos para su cuidado y recarga. La medida de Capacidad: Ah La unidad de carga eléctrica es el amperio hora. Representa la cantidad de energía que circula durante 1 hora. Si por ejemplo una batería tiene una capacidad de 100 Ah quiere decir que puede entregar 10 amperios durante 10 horas, o también 1 amperio durante 100 horas, antes de agotarse. La duración total depende pues del nivel de descarga. En la práctica, si aumenta mucho el nivel de descarga menor es la duración total al perder parte de la energía por la resistencia interna. Las baterías se suelen etiquetar con un múltiplo de esta unidad, el miliamperio hora (mah). Teóricamente se podría calcular el tiempo para el que va a entregar energía una batería, así: = carga batería (Ah) consumo eléctrico dispositivo (A) Ejemplo: si alimentamos con una batería de 2200 mah una radio que consume 500 ma en recepción, esta se mantendrá en recepción durante 4,4 horas: 2,2 Ah 0,5 A = 4,4 h

2 Pilas y baterías Es necesario distinguir entre pilas y baterías. Las pilas tienen compuestos que mediante procesos químicos producen electricidad. Sin embargo, su capacidad es limitada y una vez consumida su carga útil hay que desecharlas porque no es posible recargarlas. En cambio las baterías, una vez descargadas, se pueden someter a un proceso reversible mediante el cual se vuelve a dotar de carga eléctrica a sus componentes. El número de cargas y descargas está limitado y varía en función de sus características y ciclos de empleo. Desde el punto de vista de su empleo para la radio, interesa más transmitir con baterías que podemos recargar y utilizar muchas veces. Pilas alcalinas Algunos equipos pequeños de QRP es se pueden alimentar con pilas. De entre sus variantes, es más recomendable elegir las alcalinas, porque tienen una alta capacidad, teniendo incluso mayor carga que alguna batería recargable del mismo tamaño. Hay que tener en cuenta que las pilas tienen una tensión de 1,5 voltios, frente a los 1,2 V que da una batería recargable para el mismo formato de tamaño. Las pilas AA se comercializan con varias capacidades de carga (valores aproximados): Normal Extra Alcalinas 900 mah 1500 mah 3000 mah Dado que una vez descargadas no es posible reutilizarlas, si se van a usar en cada salida resulta una opción cara. Si es posible, en cambio, aprovecharlas como una opción de seguridad, pudiendo llevar una reserva de pilas alcalinas para un caso de emergencia, si tuviéramos que transmitir cuando la batería principal se ha descargado. Conectando Baterías en Serie y en Paralelo. Las baterías se pueden asociar juntándolas en serie o en paralelo. Si se unen en paralelo, el voltaje resultante no cambia, pero sí aumenta la capacidad de carga total. + - Ejemplo: al unir en paralelo 2 baterías idénticas de 1,2 V y 1500 mah, se obtiene una batería equivalente de 1,2 V y 3000 mah: el efecto es que puede entregar energía mucho más tiempo.

3 Si se unen en serie, el voltaje se suma, mientras que la carga queda constante. + - Ejemplo: las mismas 2 baterías en serie producen una equivalente de 2,4 V y 1500 mah: el efecto es que ha aumentado el voltaje. Es importante no mezclar tipos de batería distintos en la agrupación, especialmente si se forma un grupo en paralelo. Baterías de plomo-ácido Estas baterías únicamente tienen sentido para uso con equipos móviles que requieren un amperaje alto, pues para equipos QRP veremos otras baterías más ligeras y adecuadas en seguida. Una variante muy común es la batería de gel (gel-cell en inglés) en la que el electrolito en vez de ser líquido es un gel pastoso. Estas baterías, a diferencia de las de compuesto líquido, pueden instalarse en cualquier posición, pues los electrodos siempre están bien cubiertos por la pasta química. Estas baterías entregan 2 voltios por celda. Lo habitual es manejar una batería de 6 celdas para obtener 12 V de tensión nominal. Nivel máximo admisible de descarga: 1,5V. por celda 9V (en la de 6 celdas). Nivel máximo de recarga: 2,3V por celda 13,8V (en la de 6 celdas). Su nivel de carga suele ser C/10 siendo C el nivel de capacidad en una hora de la batería. Ejemplo: para una batería de 4000 mah (es decir, C=4000 ma), su nivel de carga adecuada sería: 4000/10= 400 ma. El peso típico de estas baterías para varios modelos de capacidad es: 2,3 Ah 4 Ah 7 Ah 12 Ah 0,95 kg 1,7 kg 2,65 kg 4 kg Muy contaminante! Baterías pesadas.

4 Baterías en tamaño estándar pequeño formato En el cuadro adjunto se muestra la clasificación genérica de las baterías estándar y sus tamaños: Tipo Tamaño: AAA o LR03 AA o LR06 C o LR14 D o LR20 las más finas, Ø 10,5mm de lapicero, Ø14,5mm Ø26mm Ø33mm Baterías recargables de tamaños Standard NiMH Unas de las primeras baterías recargables más populares en el mercado fueron las de Niquel-Cadmio (NiCd), pero su elevado coste y el problema medioambiental que supone el Cadmio motivaron la búsqueda de alternativas. Las baterías de Níquel-Metalhidruro NiMH presentan la ventaja de poseer mayor capacidad de carga: - Tamaño AA: entre 1000 y 3000 mah. - Tamaño C: alrededor de 5000 mah. - Tamaño D: alrededor de mah. Su voltaje nominal es de 1,2 voltios por celda y aumenta hasta 1,4 V cuando está totalmente cargada. Admiten durante su vida útil alrededor de 600 cargas. El modelo de NiMH más apropiado para un Transceptor sería el de 8 celdas. Es fácil encontrar en el mercado paquetes del tipo R/C (radio control y aeromodelismo) de 9,6 V, aunque totalmente cargado da 11,2 V y es válido para equipos QRP. Para equipos de tipo móvil sería necesario el de 10 celdas, que entrega 14 V, aunque esta agrupación no está disponible por lo que habría que fabricarlo adquiriendo celdas C sueltas y preparándolo. Dado que los equipos móviles de HF de 100 vatios tienen una corriente elevada en recepción, la duración de la operación será muy limitada. Incluso para los equipos QRP, el tamaño de batería recomendable sería al menos el tipo C, pues el AA en seguida se agotará en transmisión por su escasa capacidad.

5 El peso medio de una celda C es de 60 gr. Un paquete de 8 celdas pesa 480 gramos. Carga La carga de estas baterías se hace con una corriente baja y constante. Se recomienda no superar el nivel C/10, siendo C el nivel de capacidad en una hora de la batería. Ejemplo: para una batería de 3600 mah (es decir, C=3600 ma), su nivel de carga adecuada sería: 3600/10= 360 ma. Algunos fabricantes sugieren mantener las baterías que no se usan con frecuencia conectadas permanentemente a un cargador automático (que controla el nivel de carga y tensión) a un nivel C/300 (en el ejemplo anterior a 12 ma). De esta manera se compensa la auto-descarga debida a su resistencia interna y se asegura la carga completa cuando se extraiga la batería del cargador para usarse. Es posible combinar ambos ciclos cargando de manera normal (C/10) hasta alcanzar casi la carga total y pasar después al ciclo de mantenimiento mencionado (C/300). El voltaje nominal de 1,2 V aumenta si las celdas están completamente cargadas hasta un nivel de 1,4 V. Por ejemplo, un bloque de 8 celdas en serie se etiqueta con 9,6V, aunque si está totalmente cargado generará 11,2 voltios. Descarga Hay que tener cuidado de detener el uso de la batería si se descarga por debajo de 1V por celda. Por ejemplo, para el bloque formado por 8 celdas (9,6 V nominal) habría que detener su uso si el conjunto entrega 8 Voltios. Si se descarga completamente alguna de las celdas del conjunto por un uso extremo o demasiado prolongado por debajo del límite, el bloque puede quedar inservible siendo imposible volver a cargarlo. Autodescarga Las NiMH tienen un elevado nivel de auto-descarga, estimada en un 1~4% de capacidad por cada día de almacenamiento, aunque también se comercializa una variante de NiMH con menor nivel de autodescarga. La autodescarga crece si la temperatura de almacenamiento es elevada. No se deben cargar con cargadores de NiCd! Se pueden calientar mucho al cargar o usar. Se recomienda ventilar las baterías durante la carga para evitar un calor excesivo, o reducir la corriente al acercarse a la carga completa.

6 Batería de Lipo La limitación que supone el empleo de las baterías de tamaño tipo AA o C, se superó al emplear otros compuestos químicos con Litio. Las baterías de Polímero de Litio son una gran mejora frente a las de NiMH, al tener mayor capacidad y menor peso. Además tienen una reducida resistencia interna, aumentando mucho su rendimiento. Son una variante más económica que las Li-Ion que se empezaron a introducir en las pequeñas cámaras de fotos o vídeo. Las celdas con las que se crean estas baterías se asocian en serie o paralelo para tener baterías más grandes. Por ello cuando se forma un grupo, se indica mediante letras que tipo de celdas lleva; por ejemplo, un grupo de 3 celdas en serie es 3S. Si se agrupasen en paralelo serían 3P. Cada celda tiene 3,8V de tensión nominal y 4,2V de tensión máxima. Así, una batería 3S1P tiene 11,1V nominales, que es la tensión que se marca en la etiqueta, aunque totálmente cargada tendrá un nivel de 12,6V máximo. Carga: no exceder el nivel 1C. Para que podamos usarlas en nuestros transceptores necesitaremos grupos de 3 o 4 celdas en serie. Para equipos QRP podemos usar habitualmente celdas 3S1P de 11,1V nominales. Las Lipo permiten 500 ciclos de carga y descarga antes de perder su capacidad nominal de recarga; al superar esos ciclos van reteniendo menos carga y su autodescarga es más rápida entre cada uso. Precauciones: - Descarga profunda: Hay que detener su uso cuando el voltaje desciende por debajo de 3 V por celda (para una batería de 3 celdas, dejar de usarla al llegar a 9 Voltios). Si se descarga por debajo de este valor, la batería se puede dañar irreversiblemente. - Cargador: hay que tener especial cuidado en la carga: usar únicamente cargadores inteligentes para Lipo, que controlan continuamente su proceso de carga. Las Lipo llevan además del conector de uso otro conector especial para carga que monitoriza independientemente la carga de cada celda. Conector para la radio y cargador. Conector individual de celdas para el cargador. Hay que controlar de vez en cuando que la batería tiene el mismo voltaje en cada celda, pues si se degrada una celda antes que las demás su funcionamiento sería incorrecto.

7 - Es recomendable no dejar cargando una Lipo sin supervisión. Si se sobrecargan en exceso se hinchan pudiendo incluso incendiarse por calor. - Es posible encontrar bolsas ignífugas para su uso durante la carga de estas baterías. - Balanceado: si alguna celda de la LiPo presenta un voltaje diferente al resto de celdas, es necesario aplicar elprograma de Balanceado que iguala la tensión en todas las celdas para evitar dicha diferencia. Evitar un cortocircuito, pues se hinchan y pueden llegar a inflamarse. Evitar golpearlas. Evitar altas temperaturas durante la recarga. No cargar una batería Lipo sin supervisión. LiFePO4 Las últimas baterías adecuadas para la radio en aparecer son las de Litio/Fosfato de hierro. Éstas incorporan varias ventajas frente al tipo LiPo: - Más seguras: soportan mejor sobrecargas y recalentamientos. - Más respetuosas con el medio ambiente. - Se pueden cargar en modo rápido por su tolerancia a la sobrecarga. - Mayor densidad de carga; mayor capacidad total. - Mayor vida: 2000 ciclos de carga/descarga. Su voltaje nominal por celda es de 3,3V. Voltaje máximo: 3,6V por celda. Voltaje de descarga: 2,8V. Un conjunto de 3 Celdas entrega 10,8V completamente cargado, mientras que uno de 4 Celdas da 14,4V. El conjunto de 3 celdas podría ser insuficiente para algunos modelos de transceptores. En cambio el de 4 podría ser excesivo y habría que reducir su voltaje intercalando algún tipo de circuito regulador de voltaje. Carga: se pueden hacer cargas rápidas al nivel 4C! Peso típico: - conjunto 3S1P de 9,9V y 2200mAh: 170 gramos. - conjunto 4S1P de 13,2V y 4200 mah: 550 gramos. Utilizar un cargador específico. No cargar sin su presencia y supervisión.

8 Efecto memoria Hace años se decía que había que tener cuidado con las baterías al cargarlas y descargarlas pues podía generarse en ellas un efecto de memoria, es decir, si se usaban mal se provocaba una pérdida de carga y ya no se recuperaba su capacidad original. Este fenómeno se achacaba sobre todo a las baterías de NiCd y en menor medida a las de NiMH. Cuándo se originaba este defecto? Al hacer descargas parciales de la batería, siempre hasta cierto nivel, repetidas frecuentemente. Este fenómeno ha quedado en el olvido con las baterías de LiPo y sus variantes de litio que no son tan sensibles a este efecto. Las de plomo ácido tampoco son sensibles al fenómeno. Si empleas baterías de NiMH para portable habrá que seguir ciertos protocolos para no tener este problema: - Si al usar la batería de NiMH, habitualmente no se descarga del todo es recomendable cada cierto número de usos descargarla casi por completo (hasta 1V por celda) y después realizar una carga completa. Esto no es necesario hacerlo cada vez, pero sí de vez en cuando, por ejemplo, un par de veces al año. - Alternativamente, también se puede tener la precaución de descargar la batería cada vez variando respecto de la anterior. Por ejemplo: si la vez anterior se descargó cada celda hasta 1,25V, descargar la siguiente vez hasta 1,15V. - Al cargar la batería se le suele dar cierta sobrecarga, manteniendo la carga algo más de su valor nominal. Ejemplo: para una batería de 2000 mah cargarla un 10% más, hasta 2200 mah. - También es mejor realizar las cargas lentamente, a baja intensidad de corriente, con el cargador automático que controla correctamente la carga. Almacenamiento de las baterías Si las baterías se usan esporádicamente durante el año, hay que tomar precauciones para alargar su vida útil. Batería de NiMH: Como su resistencia interna es alta, recargarla a una intensidad baja de mantenimiento de vez en cuando, por ejemplo a un nivel C/300. Batería de LiPo: Es mejor guardarlas en un lugar fresco, aunque sin refrigerar. Las temperaturas elevadas durante su almacenamiento acortan su vida. También es mejor almacenarlas con una carga del 50% en lugar de a plena carga. Para ello, algunos cargadores automáticos incorporan un programa de almacenamiento (storage) para dejar las celdas a 3,7 V y listas para guardar.

9 Transporte y seguridad Es conveniente añadir un fusible a la salida de la batería en la conexión a la radio, para evitar daños en el transceptor si se produce una sobretensión o sobrecarga en la batería. En cuanto al transporte, se puede usar una bolsa ignífuga, como se mencionó en el apartado LiPo. Si se van a llevar en avión, hay que evitar facturarla dentro de una maleta; por el contrario, son aceptadas en cabina dentro del equipaje de mano, como indican los reglamentos de artículos permitidos a bordo por los agentes correspondientes. En ese caso, hay que tapar los conectores y conviene llevar a mano una copia de dicha legislación que es posible encontrar en Internet, e incluso haber contactado con la compañía aérea para informar de nuestro propósito para contar con su autorización expresa. Normalmente no encontraremos ninguna pega si se anuncian como baterías pequeñas de radiocontrol y aeromodelismo. Elige tu batería: calculo de amperaje Una vez que se ha decidido que tipo de batería adquirir, hay que seleccionar su capacidad en Amperios/hora (AH). Los fabricantes preparan muchos modelos de batería. Para una misma tensión existirán variantes con una capacidad determinada; a mayor capacidad en Amperios, mayor tamaño y peso de la batería. Cómo saber cuantos Ah necesito tener disponibles para una activación? Para realizar la estimación, habrá que tener en cuenta: - Número de horas que durará la activación. - Porcentaje de tiempo que se reparte en transmisión y recepción (tomaremos normalmente 50% en TX y 50% en RX). - Consumo en Amperios de la radio en recepción y en transmisión. - Nivel de TX: es el porcentaje del tiempo de TX que consume energía. Cuando se emplea la transmisión en SSB o en CW, no se transmite todo el tiempo. Tanto la voz humana cono los puntos y rayas del morse tienen tiempos muertos en donde no se consume energía. Se puede considerar que el nivel de uso en SSB / CW es del 60%. En cambio si se emplea el modo FM en transmisión, se requiere la máxima energía el 100% del tiempo. La fórmula para estimar cuanta capacidad se necesita es: Corriente consumida= (Consumo de TX Porcentaje de tiempo de TX Nivel de TX) + (Consumo de RX Porcentaje del tiempo en RX) Ejemplo: Datos: Consumo de TX= 1,2 Amp Porcentaje tiempo TX= 50% Consumo de RX= 0,45 Amp Porcentaje tiempo RX= 50% Nivel de TX= 60%= 0,60 Cálculo de consumo: Corriente consumida= (1,2 Amp 0,50 0,60)+(0,45 Amp 0,5)= = 0,585 amperios

10 Ahora se extiende el cálculo anterior a todo el tiempo de operación para saber el consumo total: Capacidad necesaria (Ah)= Corriente consumida Duración en horas. Ejemplo: si se pretende operar en el caso anterior durante 2 horas, entonces: Capacidad necesaria batería = 0,585 amp 2 horas= 1,17 Ah. Por último hay que comprobar si la batería puede afrontar ese nivel de consumo de energía. Ejemplo: Duración de la batería (horas)= Capacidad de la batería / Corriente consumida Si se utiliza una batería de 2,2 AH y se emplea en la activación que se ha descrito, la duración estimada será: Duración de la batería= 2,2 AH / 0,585 Amp = 3,7 horas. Al ser superior a las 2 horas el tiempo que se espera operar, la batería de 2,2 AH es la adecuada. Resumen Voltajes por celda: V nominal Vmax Vmin Gel 2 V 2,3 V 1,5 V NiMH 1,2 V 1,4 V 1 V LiPO 3,8 V 4,2 V 3 V LiFePO4 3,3 V 3,6 V 2,8 V Respetar el nivel de carga adecuado para cada batería y controlar su temperatura. Usar un cargador automático para cada tipo de batería. Almacenar en sitio fresco. Si se guardan durante mucho tiempo incluir cargas de mantenimiento. Entregar en puntos de reciclaje al final de su vida útil.