Cargando las baterías en invierno

 La bajada de temperaturas propias de la estación invernal hace que los más indecisos dejen en casa la bicicleta, aunque bien abrigados no hay ningún problema para seguir utilizándolas, sobre todo las eléctricas en las que si se quiere, prácticamente no sudamos y no realizamos grandes esfuerzos, por lo que mantener una temperatura sin altibajos es más fácil.

Precisamente para que nuestras máquinas estén perfectas, en invierno hay que tener en cuenta varias cosas sobre su elemento más importante, las baterías.

Las baterías llevan mal tanto el frío como el calor, de modo que a 20°C es como mejor se encuentran …. prácticamente como nosotros, lo cual no significa que no puedan trabajar en otras condiciones, teniendo en cuenta que son más sensibles al frío y al calor en el proceso de carga que en el de descarga. Esta dependencia de la temperatura es más acusada en nuestras baterías de litio que en las de plomo ácido o en las de NiCd o NiMH.

 

Las baterías de Li Ion no pueden ser cargadas bajo cero, pues esta tecnología solo admite cargas rápidas entre 5 y 45°C y cargas lentas (como las que suministran los cargadores más utilizados) entre 0 y 50°C.

Muchos usuarios guardan sus bicicletas en lugares en los que durante la noche la temperatura puede caer bajo cero y aún así las dejan conectadas a sus cargadores durante esos periodos. Esto no debe hacerse bajo ningún concepto, pues además de que el proceso de carga se alarga al aumentan la resistencia interna de las celdas y de que su capacidad disminuye, sobre el ánodo de las celdas se forman depósitos de litio metálico que deterioran las celdas, hacen disminuir sus prestaciones y en determinados casos pueden llevar a inutilizarlas irreversiblemente.

No obstante, la mayoría de las celdas de Li Ion podrían cargarse bajo cero a condición de hacerlo a tasas de carga ultrabajas y asumiendo una pérdida de capacidad. Como la mayoría de los usuarios no disponen de cargadores que adapten la tasa de carga a la temperatura de la batería, lo mejor es simplemente no cargar bajo cero y cargar lentamente por debajo de 5 °C.

Hay que señalar que aunque este comportamiento podría parecer similar al de las baterías de plomo ácido o Ni Cd o Ni MH, no lo es, pues en esas baterías se puede realizar la carga sin grandes problemas 18 o 20 bajo cero a condición de ir disminuyendo la tasa de carga adaptándola a la temperatura, mientras que en las de Li Ion lo que habría que hacer es practicamente reducir a cero la intensidad de carga y además, exponiéndonos al deterioro de la batería.

Respecto al caso contrario, las altas temperaturas, también afecta al proceso de carga, aunque en este caso, es inusual que tales temperaturas se den por factores ambientales, siendo más bien debidos a que el usuario procede a cargar la batería estando caliente porque acaba de realizar un trayecto, por ejemplo. Tal hábito no es aceptable y en otro artículo trataremos las limitaciones del proceso de carga por elevadas temperaturas.

 

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Baterías encriptadas o codificadas

Cuando alguien decide cambiar la batería de arranque de su automóvil con motor térmico (de gasolina o de gasóleo), tanto si lo hace personalmente como si encarga el trabajo a un taller cualificado, debe elegir la nueva batería de entre la pléyade de ellas que ofrece el mercado, desconectar los terminales de la vieja batería y sustituirla por la nueva.

Si el vehículo dispone de sistemas electrónicos que no deban sufrir ningún corte de corriente mientras se realiza el cambio, habrá que conectar en paralelo durante el tiempo que dure la operación, una segunda batería de respaldo. Y ya está, no hay más.

Esto mismo es aplicable a cualquier dispositivo que tengamos que utilice baterías ... salvo muchas bicicletas eléctricas, cuyos fabricantes diseñan sus baterías de modo que emiten una señal encriptada (lo de menos es que esté encriptada o codificada, lo importante es su mera existencia) que debe recibir el controlador para que el sistema entre en servicio. 

Técnicamente no es algo demasiado complejo. Un emisor de señal en la batería y un receptor en el controlador, pero el efecto es queesa bicicleta está blindada ante cualquier cambio. El usuario queda obligado (sin saberlo generalmente) a comprarle las baterías que necesite en el futuro al fabricante de la bicicleta, lo cual es un tipo de monopolio que priva de derechos básicos a ese consumidor.

En mi opinión un fabricante lo que debe ofrecer es calidad, asistencia, precios competitivos, buen servicio y atención ausencia de tiempos de espera ante cualquier demanda de los usuarios. Y de ese modo serán los usuarios los que voluntariamente se decantarán por sus productos, pero nunca pretender esclavizarles a sus productos a la fuerza, pues a la larga se volverá contra él, por tratarse de una política de ventas perversa y desde luego equivocada.

No recomiendo, por tanto, comprar bicicletas electrificadas con sistemas codificados, pues nos limitarán tremendamente las opciones de mantenimiento, salvo que esto se tenga claro desde el momento de la compra, conociendo las consecuencias y aun así, por la razón que sea, se opte por ese modelo y marca.

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Las celdas son el elemento más importante de la batería

Si la batería es el componente más importante de un vehículo eléctrico, las celdas que la componen son a su vez los elementos más importantes de ésta. 

Las diferencias de calidades entre unas celdas y otras es enorme, por lo que una buena bicicleta eléctrica comienza por una buena selección de sus celdas.

              Celda en nuestro laboratorio

Están comercializándose baterías de Li Ion fabricadas con celdas chinas de fabricantes prácticamente desconocidos y de dudosa calidad, lo cual significa ahorrar un poco en la compra pero adquirir un producto de baja calidad, por lo que mi primera recomendación al comprar una bicicleta eléctrica o una batería es asegurarse de que las celdas son de un fabricante reconocido como Samsung, Panasonic, Sanyo, LG, etc.

Pero no basta con ello, porque las “gigafactorías” asiáticas de estos gigantes, producen una ingente cantidad de celdas y no todas son de igual calidad. Ellos mismos las clasifican en sus procesos de control de calidad en diferentes grupos y reservan las primeras calidades a las grandes marcas de automóviles por ejemplo. Sus “peores” calidades pasan a mercados secundarios, asiáticos en primera instancia y después van a todo el mundo. Eso quiere decir que una batería Samsung comprada en China puede no tener una calidad como esperaríamos de Samsung, por poner un ejemplo.

Batería en proceso de fabricación con celdas de 3500mAh

Una garantía –no total, hay que decirlo- de que se adquieren celdas de las primeras calidades de la marca, es comprarlas a un distribuidor europeo de “prestigio” en el mercado, dicho con las reservas propias que me produce tal concepto. Y eso es justamente lo que intentamos hacer en Ebikes y Carbono, en nuestra convicción de que la celda es el corazón de la batería.

Aquí tenemos un lote de celdas de Li Ion Samsung diseñadas pensando en el mercado de los coches eléctricos y que utilizamos ventajosamente para fabricar baterías para bicicletas.

Una vez recibido el lote, procedente de un distribuidor centroeuropeo, chequeamos una a una todas las celdas para comprobar su estado, sus tensiones, etc. y acto seguido sometemos a un muestreo aleatorio a un examen minucioso en el laboratorio, midiendo tasas de carga y descarga en diferentes condiciones de trabajo.

Tras ello -y solo tras haberse realizado estos pasos- las celdas son declaradas aptas para poder fabricar baterías artesanales, a medida y adaptadas a las necesidades de cada ciclista. Baterías que están proyectadas para la realización de muchos Km si se las cuida adecuadamente ... pero ese es otro tema.

 


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Fabricación de una batería de Li Ion

Antes de comenzar se deben tener claros los siguientes parámetros:

-Tensión nominal. Por ejemplo 36V en la de las fotografías que mostramos.

-Capacidad.  Es preciso que sepamos qué capacidad aproximada deseamos para nuestra batería y a partir de este dato elegir las celdas más apropiadas.

-Tasa de descarga continua y picos a que se someterá a la batería por ejemplo en la subida a fuertes rampas. De este dato dependerá también la elección de las celdas, pues no debemos escatimar e ir ajustados, ya que eso se traduciría en acortar el tiempo de vida de la batería.

La siguiente batería está construida a partir de celdas LG que se han escogido para que las tasas de descarga cumplan ampliamente con nuestras necesidades y para que la capacidad sea la apropiada (17,5Ah en el caso de la de las fotos, es decir, más de 100Km de autonomía). Respecto a las tasas de descarga, comentar que se obtienen a partir de las características del regulador que usemos y del tipo de rutas que hará el ciclista.

Una vez que hemos adquirido las celdas en un distribuidor europeo que ofrezca garantías de calidad, las sometemos a un proceso de pruebas individuales en el laboratorio, a partir del cual conoceremos sus propiedades reales, incluyendo su capacidad.

 Después se igualan las tensiones de todas ellas para que al conectar los grupos en paralelo no haya flujos de corriente entre celdas e incluso chispazos, y se procede a soldar el conjunto de acuerdo al diseño que hayamos hecho, el cual debe intentar por todos los medios, que las corrientes a través de los conductores estén lo más equilibradas posible. 

Las soldaduras se realizan con un soldador por puntos, de modo que no haya calor por medio que deterioraría irremisiblemente las celdas, pues son muy delicadas en este punto.

Al soldar se debe tener muchísimo cuidado especialmente con los cátodos, pues si el calor derrite la funda de la celda, pondrá en contacto el cátodo con el ánodo y ello derivaría en un cortocircuito que tratándose de celdas de litio con una capacidad enorme de descarga, lo más probable es que desencadenase un incendio.

Después soldamos el BMS que también habremos seleccionado de acuerdo a las características de la batería y del controlador y cablearemos fusibles, conectores, etc. cubriendo todo de plástico especial termorretráctil y alojándolo en la carcasa o en la bolsa elegida.

Por último someteremos a la batería a diferentes pruebas en el laboratorio para conocer como responde a cargas y descargas en diferentes situaciones y tras ello se puede instalar en la bicicleta y entrar en servicio.

  
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Baterías de Litio como sustituto de las de plomo-ácido

Desde hace algunos años salen al mercado vehículos de gasolina cuya batería de arranque en vez de ser de plomo-ácido es de litio. Se trata de coches de alta gama en los que se busca lo mejor en cada detalle constructivo.

Pero además, muchos usuarios de motocicletas, aviones ultraligeros, autocaravanas, instalaciones solares fotovoltaicas de autoconsumo, etc. están sustituyendo sus baterías de plomo por baterías de litio. En ese sentido existe gran desconcierto porque la información que les llega no es clara ni rigurosa, por lo que intentaremos aclarar algunos conceptos.

La aviación ligera puede que sea el primer ámbito en el que se comenzaron a introducir baterías de litio para arranque de motores -y últimamente para propulsar las aeronaves con un maravilloso tipo de vuelo silencioso-, por no mencionar que las baterías LiPo donde más se han desarrollado ha sido en el aeromodelismo.

 

 Paramotor eléctrico. Va dotado de motor eléctrico y baterías

Personalmente he presenciado en dos ocasiones incendiarse baterías en vuelo. En un caso se trataba de un aeromodelo de grandes dimensiones y la batería era una LiPo que fue perforada por un tornillo del fuselaje que la rozaba. En otro caso se trataba de un paramotor que iba provisto de una batería LiFePo (las más seguras como veremos) para el arranque, por lo que las consecuencias podían haber sido catastróficas.

De las LiPo solo puedo comentar que no deben utilizarse en ningún vehículo aéreo, marítimo ni terrestre tripulado, porque son inestables y por tanto peligrosas. Su uso debe quedar circunscrito a actividades en las que sea inmediato acceder a ellas en caso de emergencia y desconectarlas o aislarlas. Por supuesto se deben extremar los cuidados en su uso y no se les debe tener miedo, simplemente conocerlas.

Sobre las LiFePo comentar que se trata de baterías de litio que incorporan en el cátodo sales de hierro que las aportan más estabilidad, aunque almacenan menos energía que las LiPo y que las LiIon que utilizamos en las bicicletas eléctricas habitualmente, cuyas sales son de manganeso, un metal que posee electrones en su capa de valencia en una configuración parecida al hierro (poseen ambos números de oxidación +2 y +3, es decir, tendencia a captar electrones e ionizarse positivamente).

 

El hecho de almacenar menos energía es debido a que la diferencia de potencial entre sus electrodos es menor que en las LiIon, 3,2 – 3,3V nominales frente a 3,6V y  también poseen menor tensión máxima, 3,6V frente a 4,2V.

Sin embargo -y esto es muy importante- esta tensión se ajusta muy bien a la hora de sustituir una batería de plomo de 12V por una de LiFePo, pues 4 celdas en paralelo nos dan 12,8 – 13,2V nominales y una carga máxima de 14,4V frente a los 12V nominales de la batería de plomo-ácido (2V por celda) y su carga máxima de 14,4V también (2,4V por celda).

Sin embargo mientras que la batería de plomo-ácido posee una buena tolerancia a la sobrecarga, las baterías de Litio en general y las LiFePo en particular, poseen bajísima tolerancia a la sobrecarga, ahí justamente es donde está su talón de Aquiles y donde pueden convertirse en peligrosas, por lo que hay que tenerlo muy en cuenta a la hora de cargarlas, ya sea en cargador en casa o a través del alternador de un vehículo, lo cual es bastante más delicado y fue la causa del segundo incendio del que he habado antes, en vuelo en un paramotor.

Seguiremos aclarando conceptos en futuros artículos.

  

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