Baterías

Las Baterías son una parte fundamental mental de nuestros proyectos, especialmente cuando se trata de robots móviles a los que no es posible colocar una fuente de alimentación y conectarlos a la pared. Sin embargo, muchas veces no les damos la importancia que tienen, no nos paramos a pensar en ellas ni dedicamos tiempo durante el diseño a decidir que tipo de batería es la que mejor va con lo que estamos haciendo.

Para darnos algunas claves a la hora de decidir hemos creado este tutorial, y lo mejor será empezar por el principio:
 

¿Que es una batería?

Una batería es un elemento eléctrico que transforma energía química en energía eléctrica. A diferencia de las pilas las baterías tienen la facultad de que pueden ser recargadas y para volver a ser utilizadas.
 

Glosario sobre las baterías:

Antes de empezar a comparar los distintos tipos de baterías que existen y sus cualidades y problemas es importante tener algunos conceptos claros:

• Voltaje: Cuando decimos que una batería es 9V nos referimos a que, estando cargada, entrega de forma continua 9V. En el momento en que su carga baje demasiado este voltaje se empezará a volver inestable y comenzará a descender hasta agotarse.
•  mAh: miliAmperios/hora. Es la capacidad máxima de tensión que es capaz de producir una batería en una hora. Es un dato muy importante porque sabiendo este valor y conociendo el consumo de nuestro diseño podemos saber que autonomía tendremos.Por ejemplo, una batería de 1000mAh es capaz de producir 1A durante una hora. Si alimentamos un diseño que consuma la mitad, es decir, 500mAh cada hora dispondremos podremos hacerlo funcionar durante 2h antes de descargar la batería, si por el contrario necesitamos alimentar algo con un consumo de 2A unicamente podremos hacerlo funcionar durante media hora. con esta proporción podremos saber, aproximadamente, cuanto tiempo nos durará la batería antes de agotarse.
• Ciclos de carga: La cantidad de veces que podemos cargar/descargar una batería antes de que empiece a perder su capacidad. Esto depende del tipo de batería que usemos, pero también de su calidad. Por lo general las baterías más baratas y de peor calidad siempre soportan menos ciclos de carga/descarga antes de empezar a perder su capacidad de almacenamiento.
•  Efecto memoria: Algunos tipos de baterías tienen lo que se conoce cómo «Efecto memoría», esto significa que debemos esperar a que la batería este descargada antes de proceder a cargarla, de los contrario irá perdiendo progresivamente su capacidad.
• Auto-descarga: Cualquier tipo de batería se descarga por si misma, aun que este guardada y no se le esté dando ningún uso.

Ahora que ya tenemos claros estos conceptos, vamos a comparar los distintos tipos de baterías para poder elegir el que más se adapte a nuestras necesidades.
 

Tipos de Baterías

Plomo-Ácido

Es el tipo de batería que llevan los coches. poseen seis celdas de 2.1V cada una. Funcionan gracias a dos electrodos,

Baterias de plomo

uno de plomo (Pb) y otro de óxido de plomo (PbO2) sumergidos en una mezcla de ácido sulfúrico (S2HO4) y agua destilada.

Pueden entregar algo más de 12V y durar años. El principal problema que nos encontraríamos si quisiésemos usar este tipo de baterías para alimentar un robot sería su altísimo peso. Difícilmente un motor de corriente continua de los que solemos emplear en micro-robótica alimentado a 12V podría mover el peso de una de estas baterías. Por lo que prácticamente podríamos descartar su uso.

Ni-Cd (Niquel-Cadmio)

Baterías de Ni-Cd

Una batería recargable de Ni-CD (o NiCd) está formada por una placa positiva de hidróxido de níquel y una placa negativa de hidróxido de cadmio. Ambas placas están separadas por un electrolito, compuesto por una solución acuosa de potasio cáustico, contenida dentro de un tejido poroso.

Algunos fabricantes muestran en el exterior de este tipo de baterías que su voltaje es de 1,45V, pero esto no deja de ser una verdad a medias. Cuando colocamos algo que consuma de esa batería este voltaje baja hasta 1,25V y este es el voltaje sobre el que debemos hacer los cálculos a la hora de saber cuantas necesitaremos para que nuestro montaje funcione.

Las Ni-Cd tienen efecto memoria, por lo que es necesario dejar que se descarguen antes de cargarla si no queremos estropearlas. Sin embargo tampoco debemos dejar que se agoten por completo hasta entregar menos de 1.1V, ya que podría dañarse.

Ni/MH(Niquel e hidruro metálico)

Son similares a las anteriores, aun que tienen algunas diferencias importantes. Para empezar, no contienen cadmio que

Niquel e hidruro metálico (Ni/MH)

es muy perjudicial para el medio-ambiente.

Además pueden almacenar un 30% más de energía que una de Ni-Cd de características similares. Lo se traduce en que con el mismo peso podemos tener más autonomía, además tiene un efecto memoria menor al de las baterías Ni-Cd.

Por contra es más lento cargar una de estas baterías, y la cantidad de ciclos de carga que soporta es significativamente menor al que pueden tener las Ni-Cd.

Li-On (ion-litio)

Litio

Normalmente las conocemos cómo baterías de litio y tienen importantes ventajas frente a sus competidoras.
Presentan un alto voltaje por cada celda, pudiendo entregar 3.6V por cada una de ellas (frente a los 1.2V de las Ni-Cd y las Ni/MH o el 2.1 de las baterías de Plomo). Por lo que con un peso pequeño y unas dimensiones reducidas podemos tener voltajes mucho mayores. Además no tienen efecto memoria y su descarga es lineal, lo que significa que siempre entregará el mismo voltaje hasta el momento de agotarse.

Su tasa de auto-descarga es bastante baja (6% mensual frente al 20% de las Ni/Mh).

Es importante cuidar las primeras cargas y seguir las instrucciones de los fabricantes para lograr un máximo rendimiento. Generalmente las primeras cargas durarán poco, y progresivamente irá aumentando su capacidad hasta llegar a su máximo.

Cómo vemos, este tipo de baterías tienen algunas características interesantes respecto a las que hemos visto hasta ahora, pero también tienen algunos problemas. Independientemente de su uso tienen una vida útil de 3 años, o unos 600 ciclos de carga/descarga (aproximadamente la mitad que una Ni/MH, que a su vez tenia aproximadamente la mitad que las Ni-Cd). Su precio es más elevado y con un mal mantenimiento pueden llegar a explotar debido a que sus componentes son altamente inflamables. Además no son recomendables en entornos con bajas temperaturas, ya que su rendimiento disminuye aproximadamente un 25%. Además, al tener una descarga lineal es complejo saber cuanta carga le queda a la batería.

LIPO

Actualmente son las reinas de la micro-robótica y es porque tienen algunas características muy interesantes.
Se pueden encontrar baterías de este tipo capaces de entregar hasta 11.2V y con capacidades de hasta 3000mAh. Con unas dimensiones y un peso muy reducido.

El ser tan livianas las hacen ideales por ejemplo para multirrotores, dónde el peso juega un papel fundamental en el funcionamiento del aparato. O en competición, dónde se suele limitar las dimensiones y peso de los robots participantes.

LiPo

Además, si bien el número de ciclos de carga es menor que el de las Ni/Mh, carecen de efecto memoria y su tiempo de carga es bastante reducido, lo que permite tener nuestras creaciones siempre al 100 antes de usarlos, su escasa auto-descarga (0.2%), también contribuye a ello.

Hoy por hoy, son la mejor opción para construir robots de altas prestaciones, especialmente si son para competición o tienen que volar. Pese a ello, las LIPO no son perfectas. Su principal problema esta en la carga y descarga. Si se cargan en exceso tienden a explotar, y si se deja descargar por debajo de su nivel de seguridad destruiremos la batería.

Para evitar la sobrecarga existen cargadores automáticos que detienen la carga cuando la batería esta al 100%, para evitar una descarga peligrosa existen numerosos montajes – tanto comercializados cómo caseros – que evitan este problema. Algunos desconectan la alimentación y otros simplemente pisan avisando de que tenemos que dejar de utilizarlas. En cualquier caso, SIEMPRE debe utilizarse algún sistema para evitar una descarga excesiva de estas baterías, ya que no solo quedan inservibles, sino que pueden llegar a arder.

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