Carga en baterías de Níquel Cadmio

Los fabricantes de baterías recomiendan cargar lentamente las baterías de NiCd durante 24 horas antes del uso. Este proceso hace que las celdas dentro de un conjunto de batería tengan un nivel igual de carga ya que cada celda sé autodescarga a una tasa diferente. La carga lenta inicial también redistribuye el electrolito para solucionar los puntos secos en el separador provocado por gravitación del electrolito durante almacenamiento prolongado.

Algunos fabricantes de batería no forman totalmente las celdas antes del embarque. El rendimiento total se alcanza después que la batería ha sido "inicializada" por medio de varios ciclos de carga / descarga, ya sea con un analizador de baterías o por medio del uso normal. En algunos casos, se necesitan 50 a 100 ciclos de descarga / carga para formar totalmente una batería de níquel. Las celdas de calidad, tales como las fabricadas por Sanyo y Panasonic, alcanzan los valores estándar después de 5 a 7 ciclos. Las lecturas iniciales pueden llegar a ser incoherentes pero la capacidad se hace constante una vez que está totalmente inicializadas. Se observa un pequeño pico de capacidad entre 100 y 300 ciclos.

La mayoría de las celdas recargables están equipadas con un venteo de seguridad para liberar presión en exceso en caso de existir sobrecarga. El venteo de seguridad en una celda NiCd abre entre 150 y 200 psi. (La presión de una llanta de un automóvil es de aproximadamente 35 psi.) Con un venteo de auto bloqueo, no hay daño al ventear pero parte del electrolito se puede perder y el sello puede no quedar estanco después. La acumulación de un polvo blanco en la apertura del venteo indica actividades de despresurización.

Con frecuencia, los cargadores comerciales no están diseñados para proteger a las baterías. Esto es especialmente cierto con cargadores que miden la carga de la batería solamente a través de medición de temperatura. Aunque no es simple y barato, la finalización de carga por temperatura absoluta no es exacta.
Los cargadores de baterías NiCd más avanzados miden la tasa de aumento de temperatura. Definida como dT/dt (delta Temperatura/delta tiempo), este sistema de detección de tiempo es más suave con las baterías que un sistema de corte de temperatura fija, pero las celdas aún necesitan generar algo de calor para provocar la detección.

Se puede lograr una detección más precisa de carga completa por medio del uso de un microcontrolador que controla la tensión de la batería y termina la carga cuando se alcanza cierta tensión. Una caída en la tensión significa carga completa. Conocido como Delta V Negativo (NDV), este fenómeno es más pronunciado en carga de baterías NiCd a 0.5C y mayores. Los cargadores basados en NDV también deben observar la temperatura de batería porque el envejecimiento y discordancia de celdas reduce la tensión delta.

La carga rápida mejora la eficiencia de carga. A 1C, la eficiencia es 1.1 o 91 por ciento y el tiempo de carga de un conjunto vacío es ligeramente más de una hora. En una carga 0.1C, la eficiencia cae a 1.4 o al 71 por ciento y el tiempo de carga es aproximadamente 14 horas. En una batería parcialmente cargada o una que no puede retener la capacidad total, el tiempo de carga es por ende más corto.

En la parte inicial del 70 % de la carga, la aceptación de carga de una batería NiCd es casi 100 %. Casi toda la energía se absorbe y la batería permanece fría. Se pueden aplicar corrientes varias veces superior a la de tasa C sin causar aumento de calor. Los cargadores ultra rápidos usan este fenómeno para cargar una batería al 70 % en minutos. La carga continúa a una tasa menor hasta que está totalmente cargada.

Por encima del 70 %, la batería pierde gradualmente la capacidad de aceptar carga. La presión aumenta y la temperatura aumenta. Con la intención de ganar unos puntos de capacidad extra, algunos cargadores permiten un corto periodo de sobrecarga. La Figure 1 muestra la relación entre tensión de celda, presión y temperatura mientras se carga una batería de NiCd.


Figura 1: Características de carga de una celda NiCd. La tensión de celda, las características de presión y temperatura son similares en una celda NiMH.

Las baterías de NiCd de ultra capacidad tienden a calentarse más que las normales de NiCd si se cargan a 1C o más. Esto se debe en parte a un aumento de resistencia interna de la celda. Para moderar el aumento de temperatura y mantener aún tiempos de carga cortos, los cargadores avanzados aplican una corriente elevada al principio y luego bajan la cantidad para armonizar con la aceptación de carga.

Los pulsos de descarga de entremezcla entre los pulsos de cargas mejoran la aceptación de carga de las baterías de níquel. Comúnmente conocido como pulsaciones de carga profundas o carga inversa, este método promueve una elevada superficie en los electrodos para mejorar la recombinación de los gases generados durante la carga. Los resultados incluyen mejor rendimiento, memoria reducida y vida más prolongada.

Después de la carga rápida inicial, algunos cargadores aplican una carga temporizada de llenado, seguida por una carga lenta. La carga lenta recomendada para las de NiCd es entre 0.05C y 0.1C. Debido a cuestiones de memoria y compatibilidad con las de NiMH, los cargadores modernos tienden a usar corrientes de carga lenta menores.