Baterias de NiCad en Aeromodelismo

Casi todos nosotros manejamos los packs de baterias de NiCad a diario cada vez que necesitamos recargar nuestro equipo de RC tanto transmisor como receptor. Sin entrar en detalles ni quimicos ni electricos voy a profundizar en algunos aspectos teóricos y practicos de este tipo de barería.

Definicion de capacidad (mAh)
Las baterías de Ni-Cd son elementos capaces de almacenar energía eléctrica. La tensión media entre bornes del elemento es de 1,2 Voltios y su capacidad se expresa en miliamperios-hora (mAh) que es el producto de la intensidad de la corriente contínua suministrada por la batería por el tiempo que dura la descarga hasta el agotamiento de la misma. Generalmente se indica la capacidad para una descarga de 10h a 20ºC siendo la capacidad nominal de la batería que se representa por C10.

Variación de la capacidad con la temperatura
La capacidad de almacenamiento de este tipo de baterías depende en cierto grado de la temperatura de operación. Las baterías de Ni-Cd pueden descargarse en un margen comprendido entre -20ºC hasta 60ºC. La capacidad nominal se establece a 20ºC; a temperaturas superiores hay un ligero aumento de la capacidad efectiva (no llega al 5% a 40ºC), pero a temperaturas bajo cero hay una disminución importante.

Variación del voltaje con el estado de carga
Un elemento Ni-Cd completamente cargado tiene una tensión en bornes de 1,25/1,30 Volts, que enseguida disminuye a su tensión normal de 1,20 Volts. Esta tensión se mantiene prácticamente constante durante toda la descarga para caer bruscamente al agotarse la carga de la batería. Se considera que un elemento está descargado cuando su tensión en bornes es de 1,1 Volts.



Por este motivo no recomiendo el uso de un "tester" como elemento de confianza para saber el estado de carga de una bateria. Puedo medir una tension de 1.2 V estando la batería en el estado "Stop Operating" según el grafico superior, y en forma confiada salir a volar cuando a los pocos instantes se produce una brusca descarga, llevando al elemento al estado "Discharged".

En caso de usar un tester, o el medidor comercial de abordo, es de utilidad unicamente para saber si el pack ya llego en su estado "Discharged". Para realizar la medición es necesario "cargar" con consumo de corriente las baterías. Esto puede hacerse o bien moviendo todos los servos al mismo tiempo en caso que el pack este instalado, o colocando una resistencia de 22 ohm como "carga fantasma" para realizar la medición.

Cargando las baterías de NiCad
Las baterías de NiCad se cargan a un régimen de corriente constante y no a tensión constante, ya que esto pude producir una fuerte corriente entre sus bornes, elevando su temperatura y llevándola a su destrucción.

Es necesario utilizar un circuito electronico que produzca un flujo de corriente continua constante sobre los bornes de la batería. La intensidad de esta corriente determinará el tiempo de carga y la vida ultil de la mismo, esto es la cantidad de ciclos de carga y descarga soportados por el elemento.

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)

La carga puede ser lenta donde la corriente es la decima parte de la capacidad de la batería (C/10). En este caso supongamos una batería de 700 mAh se carga con una corriente de 70 mA circulando por sus bornes. Segun la ecuación anterior el tiempo de carga estimado es de 14 h.

T= 1.4 x 700/70

Consideramos una carga rápida cuando la corriente es la tercera parte de la capacidad de la batería (C/3). Con una corriente de carga aproximadapara este caso de 230 mA, tenemos un tiempo de carga de 4 h.

T=1.4 x 700/230

Una carga acelerada supone una corriente de tres veces la capacidad de la batería (3xC). Con una corriente de 2100 mA el tiempo de carga es de unas 0.45 hs, es decir unos 25 minutos aproximadamente.

T=1.4 x 700/2100

Es siempre recomendable hacer una carga lenta, ya que la disminución del tiempo de carga como consecuencia de una fuerte corriente, acarrea una disminución en la vida util del elemento.

Esto se debe a que la potencia disipada es proporcional a I2R esto es el cuadrado de la corriente de carga por la resistencia interna de la batería. Esto produce un aumento de la temperatura lo que lleva a daños químicos internos.

Dejo en este link una nota detallada sobre la construcción de un simple cargador basado en el circuito integrado LM 317.

Aquí un circuito ahun mas simple tambiénn basado en LM317.

Sobrecarga
Si se sobrepasa el tiempo de carga, toda la energía eléctrica que se suministra a la batería no podrá sen convertida en energía química, y sera transformada en calor. Esto produce como ya lo explicamos un deterioro interno de la batería lo que disminuye su vida útil.

Almacenamiento
Las baterías de NiCad almacenadas entre las -20 y 50 ºC pueden durar meses con plena carga, disminuyendo la misma debido a la resistencia interna que poseen. Esta resistencia depende en gran medida de la calidad de fabricación y pureza de los elementos químicos que intervienen. Una baja corriente de fuja produce rápidas descargas mientras que al aumentar su valor la corriente de fuja disminuye. Esto es plena consecuencia de la ley de ohm (V=R x I).


Reciclado
El reciclado de las baterías, no solo permite chequear el correcto funcionamiento de las mismas sino que también es de gran ayuda reciclar periódicamente las baterías para mantener su capacidad al máximo. Este proceso puede eliminar corto circuitos internos en las celdas, y borrar cualquier efecto de memoria que estas puedan haber adquirido.

El proceso consiste en hacer circular una corriente constante de descarga (colocando una resistenacia por ejemplo entre los terminales) hasta que la batería alcance un valor no inferior a los 1.1 V. Llegado a ese punto iniciar un proceso de carga lenta durante 14 hs.