Balanceador de packs de elementos recargables

Por Roberto Villaverde

Los packs de elementos (pilas) recargables son fundamentales para nuestro hobby, y por ello debemos asegurarnos mantenerlos en óptimo estado. Todos hemos oido hablar del "temible" efecto memoria, del agotamiento prematuro de los packs, de que los elementos de NiMH no padecen de dicho efecto, que sí lo tienen las de NiCad, etc.

La experiencia demuestra que todo se resume a brindar una correcta carga a nuestros packs, como así también acondicionarlos periódicamente a fin de eliminar, o al menos minimizar, la posibilidad de que alguno o algunos de sus elementos resulten dañados provocando a mediano plazo el daño al resto del pack, ya sea durante procesos de carga y/o descarga.

Lo que aquí les presentamos es un sencillo dispositivo que permite mantener los packs de recargables en un estado de balance de carga entre los distintos elementos. Pero antes de verlo en detalle, un poco de teoria sobre el problema que pretendemos atacar.

Resulta que no existen 2 elementos o pilas idénticas, por lo tanto, al cargar un pack, buscamos darle a cada uno de los elementos la misma cantidad de carga, pero eso sabemos que no es cierto, siempre habrá diferencias, es decir, puede que 5 elementos estén en un nivel similar, mientras que otro ya lo haya alcanzado y lo estemos sobrecargando, o al revés, uno de ellos aun sin lograr el teórico 100% de nivel de carga.

A su vez, cuando estamos descargando un pack, ya sea dentro de nuestro modelo o conectado a algún dispositivo que lo descargue, lo que estamos haciendo es circular la corriente disponible en el mismo a través de los elementos, y similarmente al caso de la carga, algunos elementos estarán más cerca de sus total descarga cuando otros aun puedan seguir "empujando" corriente.

Este problema, luego de sucesivos ciclos de carga y descarga, termina desbalanceando el pack. El síntoma más notable es que luego de unos minutos de navegación, notamos una merma en velocidad o fuerza, pero que se mantiene más o menos constante: alguno o algunos de los elementos ya no tienen carga, quedan en el pack como si fueran simples cables conductores, el pack lógicamente ha perdido parte del voltaje (es como si tuviera menos pilas!) mientras que el resto de los elementos sí tienen amperes disponibles. Amperes que circulan por elementos que ya no pueden seguir "empujando" corriente y terminan dañándose.

Cuando llegamos a este punto, inclusive podríamos verificar con un tester que dichos elementos han invertido su polaridad, con consecuencias desastrozas casi siempre sin retorno. A veces, aplicando alta internsidad de corriente al elemento dañado (por ejemplo 1C, es decir, si es de 1500 mAh, darle 1500 mA hasta que levante tensión) puede revivirse, pero de todos modos este elemento ya está dañado y "no acompaña" al resto en los ciclos de carga y descarga. Básicamente, esto es lo que alguna vez alguien bautizó como "efecto memoria": agotamiento de uno de los elementos prematuramente respecto al resto debido al sucesivo pronunciado del desbalance dentro del pack.

Cómo podemos evitar esto? La respuesta en primer lugar es sencilla: prestando mucha antención a los packs y hacerles el seguimiento respectivo. Yo entiendo que a los que nos gusta la electricidad y electrónica poco nos cuesta pero considero que bien vale la pena mantener los packs de baterias durante años en estado óptimo o al menos aceptable de prestaciones. Y francamente, como veremos, es muy sencillo.

Concretamente, si en vez de descargar los packs todos los elementos a la vez, lo hacemos por cada elemento, dejando que todos lleguen al mismo nivel, entonces, cada vez que sometamos el pack al proceso de carga lograremos que todos los elementos lleguen al mismo nivel de carga. Por ejemplo, volvemos de una jornada de navegación, y lo hacemos para dejar el pack listo hasta su próxima carga.

Yo armo los packs de manera tal de poder acceder a cada uno de los bornes de los elementos. Claro, esto no puedo hacerlo si el pack está envuelto en aislante. En todo caso, el cable de soldadura entre pila y pila lo dejo suficientemente corto para que no se toque con otro. O bien, para algún pack que está armado muy compacto, por ejemplo, del transmisor, para llegar a cada uno de los 2 bornes de cada elemento lo hago con alfileres (que inserto entre 2 pilas) y que a su vez que agarro con cocodrilos. Todo con mucho cuidado de no hacer corto circuitos.

Básicamente, lo que hago es conectar a cada elemento un resistor y un diodo, el resistor para limitar la corriente de descarga, y el diodo para que cada elemento no baje más allá de 0.6 volts aprox. Espero el gráfico lo aclare un poco:

 

En este ejemplo, tenemos un pack de 6 elementos, 7.2 volts en total, y a cada elemento lo numeré de 1 (desde el borne positivo del pack) a 6, y los elementos 1, 3 y 5 están cada uno descargándose aislados del resto. Luego de un dia, conecto los elementos 2, 4 y 6 y los dejo otro dia.

 Ya tenemos el pack descargado y balanceado. Puede que si el pack está bastante descargado, o bien pasaron al menos un par de meses desde que lo usamos, basten algunas horas para que los elementos pierdan su carga.

Por qué así y no todos los elementos juntos o los que están a continuación uno de otro? Por qué no descargar las 1, 2 y 3 y al otro dia 4, 5 y 6? La idea es que cada elemento se descargue solo, sin pasarle corriente a otro, y si bien el cable que conecta el diodo o resistor con los bornes son de despreciable resistencia, como a su vez la resistencia que usamos es muy chica en valor también, algo de corriente puede pasar de un elemento a otro, sobre todo si las pilas tienen bastante carga, y no es lo que queremos (justamente eso queremos evitar en este proceso).

Si colocamos un tester midiendo cada elemento al final del proceso de descarga, que dependerá de la carga aun disponible en cada elemento, veremos que la tensión se ubica alrededor de los 0.6 volts. Si alguno de los elementos sigue con más de 0.6 volts, dejémoslo un tiempo más. En realidad no afecta que baje aún más su tensión. Si alguna vez leimos por allí que no debe bajar de 0.9 volts la tensión de cada pila, esto es cuando descargamos el pack todo junto, por ejemplo corriendo los motores del modelo, para minimizar la inversión de polaridad, pero esto no es siempre eficaz, puesto que si alguna pila o elemento ya se viene cayendo, terminará bajando su voltaje más que el resto y se dañará invirtiéndose su polaridad. Recordemos, con el tiempo las diferencias de carga entre los elementos se acentuan, con cad ciclio de carga-descarga.

El resistor que estoy usando es de 1.2 Ohm, de 2 watts, y el diodo es un diodo común 1n4007 (o 4001 a 4006, es lo mismo). Yo armé 4 de estos pequeños dispositivos, tengo un pack de 2500mAh con 8 elementos (descargo los 1, 3, 5 y 7 un dia, y los 2, 4, 6 y 8 al otro dia), con cocodrilos en las puntas para conectar a los bornes de los elementos y gasté unos $5 (pesos 5) en mayo de 2007.

Asi queda cada dispositivo de descarga (observar la polaridad del diodo, la rayita indica el cátodo que debe ir al resistor):

Estos son los cocodrilos a los que hago referencia.

                               

Advertencia: debemos tener mucho cuidado de que ninguna parte metálica se toque con bornes de otras pilas. No importa si estamos tocando el borne de la pila soldada a continuación, el tema es no "saltar" y tocar el borne de otra pila: haremos un corto circuito con consecuencas posiblemente desastrozas.

Aprovecho para pasarles otro dato relativo a baterias recargables: los packs de NiCad y NiMH "prefieren" estar descargados una vez que regresamos de navegar. Podemos usar el procedimiento detallado en este artículo a tal efecto. Y dejarlas en estado descargado hasta la próxima vez. Si no lo hacemos, debido a su autodescarga (lenta comparada con el consumo a bordo del modelo) produce unos cristales detras de los bornes que limitan progresivamente la capacidad y por ende la vida útil del elemento.

En cambio, si se trata de una de esas baterias de 6V 4 A, de gel, selladas (no tan selladas, tienen una válvula que impide acumulación de gases), debemos cargarlas apenas regresamos de navegar, es decir, "prefieren" estar cargadas mientras no las usemos. Estas últimas tienen la ventaja de perder muy poca carga a lo largo de meses de almacenamiento luego de una carga. Y ese estado de carga acumulada las beneficia.


Nota: a continuación les detallo un artículo que encontré en la web sobre cómo aconseja la NASA mantener los packs de NiCad. Aclaremos que ellos no se pueden permitir el lujo de problemas con baterias en órbita ("Houston, tenemos un problema aquí, los packs de recargables parecen tener efecto memoria..."), supongo que ello justifica su esfuerzo. Lo incluyo como un ejemplo de la importancia que tienen los packs recargables en aplicaciones sensibles, desde ya, nuestras exigencias son comparativamente bastante humildes para con las baterias recargables.

Luego de 30 años de experiencia con satélites y naves espaciales en las cuales hay un exhaustivo uso de packs de NiCad a bordo, la NASA publicó hace unos años una guia para el mantenimiento de dichos packs en estado óptimo, que también aplica a los packs de NiMH.

Tomemos como referencia C=capacidad del pack. Ejemplo: un pack de 2500 mAh (miliamperes-hora) o 2.5 Ah (amperes-hora), entonces C = 2.5A.

Con respecto al almacenamiento de baterias durante semanas sin uso:

1. Descargar a C/2 (mitad de C, en nuestro ejemplo, 1.25 A) hasta que el elemento 1 (primera del pack desde el cable 
positivo) baja su tensión a 1 volt
2. descargar cada elemento con un resistor de 1 Ohm hasta que su tensión cae a 0.03 volt
3. Colocar en corto (sí, corto circuito!) cada elemento con un alambre
4. Guardar el pack en una bolsa sellada con gel anti humedad (evita la condensación)
5. Mantener a 0 (cero) grado centígrados.

Cuando llega el momento de utilizar el pack:

1. Retirarlo del congelador y dejarlo que alcance temperatura ambiente, 20 grados centígrados
2. Cargar el pack a C/20 durante 40 horas (esto es sobrecarga controlada)
3. Descargar a C/2 (mitad de C, en nuestro ejemplo, 1.25 A) hasta que el elemento 1 (primera del pack desde el cable 
positivo) baja a 1 volt
4. descargar cada elemento con un resistor de 1 Ohm hasta que su tensión cae a 0.03 Volt
5. Colocar en corto cada elemento con un alambre durante 4 horas
6. Cargar el pack a C/10 durante 16 horas
7. Repetir pasos 3 y 4
8. Volver a cargar el pack a C/10 durante 16 horas (paso 6).

Y en caso de que el pack no haya sido almacenado en frio con el proceso anteriormente citado, por ejemplo, que haya sido dejado sin uso, luego de haber sido cargado y descargado ocasionalmente, es decir, aproximado a nuestro uso de los packs, entonces, según la NASA, deberíamos, a temperatura de 20 grados centígrados:

1. Descargar el pack a C/2 hasta que el primer elemento baja a 1 volt
2. descargar cada elemento con un resistor de 1 Ohm hasta que su tensión cae a 0.03 volt
3. Colocar en corto cada elemento con un alambre durante 4 horas
4. Recargar el pack a C/20 durante 40 horas (esto es sobrecarga controlada)

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