Carga en Baterías de Níquel -Metal Hidruro (NiMH)

Los cargadores de baterías NiMH son similares a los sistemas NiCd pero requieren una electrónica más compleja. Para empezar, las de NiMH producen una caída de tensión muy pequeña a plena carga y la NDV casi no existe a tasas de carga por debajo de 0.5C y temperaturas elevadas. El envejecimiento y la degeneración en la coincidencia de celdas diminuyen más aún la ya minúscula tensión delta.

Un cargador de NiMH debe responder a una caída de tensión por celda de 8 a 16mV. El hacer que el cargador sea demasiado sensible puede terminar la carga rápida a mitad de camino debido a que las fluctuaciones de tensión y el ruido inducido por la batería y el cargador pueden engañar al circuito de detección de NDV. La mayoría de los cargadores rápidos de NiMH de hoy en día usan una combinación de NDV, aumento de tasa de temperatura (dT/dt), sensibilidad de temperatura y sensores de desconexión. El cargador utiliza lo que tenga primero para terminar la carga rápida.

Las baterías de NiMH a las que se permite una breve sobrecarga entregan mayores capacidades que aquellas cargadas por métodos menos agresivos. La ganancia es de aproximadamente 6 % en una buena batería. El aspecto negativo es un ciclo de vida más corto. En vez de 350 a 400 ciclos de servicio, este conjunto puede quedar agotado después de 300.

Las baterías de NiMH deben ser cargadas en forma rápida en vez de lenta. Debido a que las de NiMH no absorben bien la sobrecarga, la carga lenta debe ser menor que las de NiCd y se fija aproximadamente en 0.05C. Esto explica porqué el cargador original de NiCd no puede ser usado para cargar baterías NiMH

Es difícil, pero no imposible, cargar lentamente una batería NiMH. A una tasa C de 0.1C y 0.3C, los perfiles de tensión y temperatura no muestran características definidas para medir con exactitud la carga total y el cargador debe basarse en un sensor. La sobrecarga dañina puede ocurrir si una batería parcialmente o totalmente cargada se carga con un sensor fijo. Lo mismo ocurre si la batería ha envejecido y solamente puede soportar 50 % de la carga en vez del 100 %. La sobrecarga puede ocurrir aún cuando la batería de NiMH esté fría al tacto.

Los cargadores de bajo precio pueden no aplicar una carga totalmente saturada. La detección de carga plena puede ocurrir inmediatamente después que se alcanza un pico dado de voltaje o se detecta un umbral de temperatura. Estos cargadores se promocionan comúnmente sobre la base del tiempo corto de carga y precio moderado. Algunos cargadores ultra rápidos tampoco entregan una carga total.

Carga de baterías Li-ion

Si bien los cargadores de baterías de níquel son dispositivos de limitación de corriente, los cargadores de Li?ion son de limitación de tensión. Hay solamente una manera de cargar las baterías de litio. Los llamados 'cargadores milagrosos', los cuales dicen que restauran y prolongan la vida de las baterías, no existen para las de litio. Ni tampoco se soluciona con una carga super rápida. Los fabricantes de celdas Li?ion dictan directrices muy estrictas en cuanto a procedimientos de carga.

El viejo sistema de grafito exigía un límite de tensión de 4.10 V/celda. A pesar que una mayor tensión entrega mayor capacidad, la oxidación de celda acorta la vida si se carga por encima del umbral de 4.10 V/celda. Este problema ha sido resuelto con aditivos químicos. Hoy en día, la mayoría de las celdas Li?ion se cargan a 4.20 V con una tolerancia de +/?0.05 V/celda.

El tiempo de carga de la mayoría de los cargadores es de aproximadamente 3 horas. La batería permanece fría durante la carga. La carga completa se alcanza después que la tensión ha alcanzado el umbral y la corriente ha caído y se ha nivelado.

El aumentar la corriente de carga no acorta el tiempo de carga demasiado. Aunque el pico de tensión se alcance más rápido con corriente más elevada, la carga de llenado tomará más tiempo. La Figura 2 muestra la tensión y la corriente de un cargador cuando la celda Li?ion pasa de la etapa uno a la dos.


Figura 2: Etapas de carga de una batería Li-ion. El aumentar la corriente de carga, en baterías de Li-ion, no afecta su tiempo de carga. Aunque el pico de tensión se alcance más rápido con corriente más elevada, la carga de llenado tomará más tiempo.

Algunos cargadores cargan rápidamente una batería Li-ion en una hora o menos. Dichos cargadores eliminan la etapa 2 y van directamente a 'listo' una vez que se alcanza el umbral de tensión al final de la etapa 1. El nivel de carga en este punto es de aproximadamente 70 %. La carga de llenado toma normalmente el doble de la carga inicial.

No se aplica carga lenta porque las baterías Li-ion no pueden absorber sobrecarga. La carga lenta por goteo puede provocar recubrimiento de litio metálico, condición que deja inestable la celda. Por el contrario, una carga de llenado breve se aplica para compensar la pequeña auto-descarga que consume la batería y su circuito protector. Dependiendo de la batería, se puede repetir una carga de llenado una vez cada 20 días. Normalmente, la carga comienza cuando la tensión del terminal abierto cae a 4.05 V/celda y se desconecta a 4.20 V/celda.

¿Qué pasa si una batería se sobrecarga inadvertidamente? Las baterías Li-ion están diseñadas para operar con seguridad dentro de su voltaje normal de operación pero se hacen cada vez más inestables si se las carga a tensiones más elevadas. Cuando se carga por encima de 4.30 V, la celda causa recubrimiento metálico de litio en el ánodo; el material del cátodo se transforma en un agente oxidante, pierde estabilidad y libera oxígeno. El sobrecalentamiento hace que la celda se caliente.

Se ha colocado mucha atención en la seguridad de las baterías Li-ion para impedir la sobre carga y sobre descarga. Los conjuntos de baterías comerciales Li-ion contienen un circuito de protección que impide que la tensión de la celda suba demasiado mientras se carga. El umbral superior de tensión se fija normalmente en 4.30 V/celda. La medición de temperatura desconecta la carga si la temperatura de la celda se aproxima a 90° C (194° F); y un interruptor mecánico de presión en muchas celdas interrumpe permanentemente la corriente si se excede un umbral de seguridad de presión. Hay excepciones en algunos conjuntos de espinel (manganeso) que contienen una o dos celdas pequeñas.
El proceso de carga de una batería de Li-polímero es similar a la Li-ion. Estas baterías usan un electrolito con gel para mejorar la conductividad.