Hablemos de baterías eléctricas

Todos las utilizamos, están en nuestro día a día, en cualquier aparato, las encontramos incluso en los elementos que menos nos imaginamos, pero ¿qué sabemos sobre las baterías?

En este artículo, vamos a explicar qué son, cómo funcionan, qué tipos de baterías podemos encontrar en el mercado, qué diferencias hay entre ellas y los cuidados que deberemos tener para que nos duren el máximo tiempo posible, después nos centraremos en las baterías que utilizamos diariamente en nuestros skates Tomahawk y que nos hacen pasar tan buenos ratos.

Veamos en profundidad ¿Qué es una batería eléctrica?

Básicamente una batería, también llamada pila o acumulador eléctrico, es un conjunto de elementos químicos empaquetados. Estos elementos reaccionan entre sí, dando como resultado una corriente eléctrica. Esta reacción química puede ser reversible, con lo que la batería se podrá recargar o irreversible y no se recargará, normalmente las pilas que compramos para nuestros aparatos, tipo AA, o AAA, no son recargables, con lo que la reacción química entre sus elementos es irreversible y cuando se descarguen las tendremos que cambiar por unas nuevas.

De la composición de estos elementos químicos, dependerá la vida útil de la batería así como sus características físicas, descarga, voltaje y por supuesto su precio.

En este dibujo observamos las partes de una pila no recargable. 

Como podemos ver, los componentes químicos empaquetados básicamente son dos, uno el Cátodo o  polo positivo, que es una mezcla de carbono y manganeso y Ánodo o polo negativo,  que es una pasta de Zinc. Estos elementos reaccionan dando una corriente a través del electrolito, este es de carbono o grafito y  hace de nexo de unión entre los demás componentes  químicos de la batería y a la vez conduce la electricidad producida hacia el polo positivo.  A que no esperabais tener tantos “ingredientes” dentro…

Generalmente, las pilas secas o no recargables nos darán un voltaje de 1,5 voltios, y su capacidad depende del tamaño de la pila, pues cuanto más grande sea, más capacidad tendrá.  

También existen formatos de pilas que nos dan más voltaje, por ejemplo el formato 6F22, esta pila nos da 9 voltios.

  Aquí vemos los modelos y tamaños típicos de pilas no recargables:

Foto obtenida de https://www.batteries4pro.com/es/blog/26-tailles-et-formats-des-piles-et-batteries

Por supuesto, decir que todas las baterías ya sean recargables o no, hay que reciclarlas de una manera responsable,  la mayoría de sus componentes afectan al medio ambiente y pueden contaminar muy seriamente el agua y el aire. Así que una vez utilizadas dejadlas en un punto limpio o lugar de recogida de pilas.

Bueno, una vez que sabemos como funciona una pila o batería, vamos a ver diferentes tipos y componentes de las baterías recargables, ya que serán estas las que vamos a usar en nuestros skates eléctricos.

Tipos de baterías recargables por su composición química

Baterías de ácido-Plomo

Estas baterías son las que encontramos en nuestros coches o motocicletas, no son comúnmente usadas en skates eléctricos o bicicletas eléctricas, ya que la relación peso/potencia/capacidad no es muy buena. Nos ofrecen una buena potencia y capacidad pero un peso más que excesivo para su uso en este tipo de aparatos.

Están compuestas por electrodos o placas de Plomo bañados en ácido sulfúrico que hace de electrolito, generalmente obtenemos voltajes de 12 o 24 Voltios y os podréis imaginar el peso de las mismas, ya que cuanto más plomo lleven, mas capacidad tendrán. ¿Os acordáis lo que decíamos sobre la capacidad de las pilas secas? pues en estas, más de lo mismo, cuanto mas plomo más capacidad y más peso.

Foto obtenida de http://intralogistica.es/?p=135

Baterías de Gel

Podemos decir que, estas baterías son una actualización de las baterías anteriormente mostradas.

Aquí la diferencia es que el electrolito, que en las de plomo-ácido  es ácido sulfúrico líquido, aquí se ha sustituido por un electrolito en forma de Gel, sigue siendo ácido sulfúrico pero gelificado.

Al no contener ningún tipo de líquido, físicamente se pueden colocar de lado o sobre un costado sin peligro a derrame de ningún tipo. Como contrapartida el peso es un poco mayor que las anteriores ya que el gel pesa más.

Foto obtenida de https://www.generatuluz.com/tu-propia-instalacion-aislada/tipos-de-baterias-y-sus-caracteristicas/baterias-de-gel/

Baterías de níquel-Cadmio (Ni-Cd)

Estas baterías, hoy en desuso, fueron las primeras baterías que ofrecían una relación peso/potencia/capacidad aceptable. Su formato era muy parecido al de las pilas secas tipo C y se utilizaban en paquetes formados por varias baterías, ya que un solo elemento nos daba un voltaje de 1,2 Voltios.  Así que para obtener una batería de 12 voltios debíamos hacer un paquete de 10 elementos conectados en serie.

Están formadas por electrodos de Cadmio bañados en un electrolito de hidróxido de potasio.

Batería de Ni-Cd

El primer teléfono móvil de la historia, el Motorola DynaTAC 8000X. llevaba una batería de Ni-Cd. Tenía una autonomía de poco más de 30 minutos de conversación y la carga de su batería requería de 10 horas, esto ocurrió allá por el 1984.

Baterías de Níquel-Metal hidruro  (Ni-Mh)

Al igual que ocurre con las baterías de gel, estas baterías (Ni-Mh) fueron una actualización de las baterías de Niquel-Cadmio, estando compuestas por un ánodo de Cadmio y un cátodo de aleación metal de hidruro.  También hoy en desuso, fueron comúnmente utilizadas en aparatos portátiles, ordenadores etc.

Su formato era  idéntico a las de Cadmio  pero el peso era menor.

Estas baterías se utilizaron en el primer vehículo eléctrico del mercado, este fue el sinclair C5, un vehículo súper adelantado a su época, 1985, siglo pasado.

Si queréis mas info sobre este vehículo no dejéis de visitar este enlace.

Batería de Iones de Litio, la batería “casi” perfecta (Li-ion)

Esta batería es, sin lugar a dudas, el tipo más utilizado hoy en día, ordenadores portátiles, telefonía, acumuladores de energía solar, skateboards, movilidad eléctrica, todos estos elementos tienen en común que sus baterías usan la  tecnología del Litio. La  relación peso/potencia/capacidad, es claramente la mejor de todos los modelos de baterías que hemos visto. Poco peso, mucha capacidad y gran potencia de descarga son rasgos comunes, junto con algunas otras virtudes como la baja capacidad de auto-descarga con lo cual, si las tenemos almacenadas durante un largo  tiempo y queremos volver a utilizarlas, estarán prácticamente con la misma carga que las dejamos y a punto para funcionar. Otra ventaja es su facilidad de mantenimiento. Su voltaje por celda es de entre 3,7 y 4,2 Voltios y se pueden recargar  una media de entre 600 a 1000 veces sin que se estropeen ni pierdan efectividad.

Su estructura interna está compuesta de un Ánodo de Óxido de Litio Cobalto y se presenta en una  a una finísima lámina. El cátodo está fabricado en carbono o grafito e igualmente se presenta en una finísima lámina. Electrolito, es un solvente orgánico en el que se sumergen el ánodo y el cátodo y  produce la reacción química para hacer fluir la electricidad hacia el ánodo o parte positiva de la batería.

Como podéis observar aquí, la batería  está  formada por finísimas láminas, cuantas más de estas láminas tengamos en la celda, mayor será el voltaje y capacidad de la misma. Entre el ánodo y el cátodo, hay un separador, generalmente de plástico, para evitar el cortocircuito.

Aquí vemos “las tripas” de una batería Li-ion 18650, fijaos en las láminas formando capas.

Pero…¿por qué decimos en el título de este apartado batería “casi” perfecta?
Pues decimos esto porque también tienen algunos inconvenientes. Este tipo de baterías no soporta muy bien las temperaturas altas de trabajo, reduciendo considerablemente su vida útil en cuanto a ciclos de carga y descarga. No obstante el rango de temperatura de trabajo es bastante amplio de -20 a 60ºC.
También debemos considerar que no se deben descargar nunca por debajo del 15%, ya que corremos el peligro de deteriorar la batería para siempre, aunque con los sistemas de protección de los que hablaremos luego, BMS o Battery System Management, será muy difícil llegar a vaciar la batería por completo.

Todos los skates eléctricos de nuestra marca utilizan este tipo de baterías de última generación. 

Aquí vemos la batería del modelo Wind de Tomahawk Skateboards, sin duda uno de los mejores skates eléctricos para ciudad.

La nomenclatura de las baterías (Li-ion) viene determinada por un número que está relacionado con las medidas de la celda. 

En esta foto, vemos 1 celda de una batería Samsung modelo 18650,  los dos primeros números, 18  indica su diámetro de 18 mm. A continuación, el número 65 indica su longitud neta (65 mm). La longitud total de esta batería con cabezal y protecciones incluidas es de 66,5 mm.

La capacidad que tienen estas baterías varían de un modelo a otro pero suelen estar comprendidas entre los 2100maH y los 4000maH.

Sin duda esta  celda es de lo mejorcito que podemos encontrar en el mercado, por este motivo Tomahawk solo usa este tipo de baterías.

¿Qué baterías utilizan nuestros e-skates?

Pues como ya hemos comentado antes, todos nuestros skates solo utilizan paquetes de baterías formadas por módulos de la marca Samsung 18650.  En nuestro Skate Wind, encontramos la batería que mostramos.

Tendremos  además una etiqueta identificativa  en la que aparecerán los siguientes datos:

¿Qué nos quieren decir cuando nos encontramos esta combinación de letras y números, 7S2P?

Como ya hemos comentado, los paquetes de baterías están formados por módulos, en este caso del modelo 18650. Tendremos 7 elementos conectados en Serie, de modo que obtendremos 3,7 Voltios multiplicado por 7 elementos, 25,9 voltios en total y cada serie estará formada por 2 elementos conectados en paralelo de esta manera tenemos una capacidad de cada elemento de 2200 Mha, multiplicado por 2 elementos, 4400 Mha. Tenemos una batería de 25,9 Voltios y 4400 Mha en total.
En nuestro modelo Hatchet, las baterías son de 10S3P, de modo que tendremos 10 elementos en serie y por cada serie 3 elementos en paralelo, 37,2 Voltios y 6600 Mha.

Cuando conectamos baterías en serie multiplicamos el voltaje por los elementos que componen la serie.

Cuando conectamos en paralelo multiplicamos el amperaje  o capacidad de la batería, por los elementos conectados en paralelo.

Cómo protegemos y cuidamos nuestras baterías

Como habéis podido leer antes, para cuidar nuestras baterías solos deberemos seguir unas pautas muy fáciles que sin duda nos ayudarán a tenerlas en el mejor estado posible.

Como norma, antes de salir, cargaremos nuestra batería, así nos aseguramos que tendremos el máximo de capacidad y la posibilidad de descarga total será menor.

Comprobaremos de vez en cuando la temperatura, sobre todo en los días de calor,  solo con tocar por encima del paquete, nos daremos cuenta de si están muy calientes, en este caso será muy recomendable esperar un ratito a que se bajen de temperatura. Acordaros que una temperatura aceptable será en torno a 45º.
Cuando afrontemos una cuesta pronunciada y si ya hemos hecho algunos kilómetros  con nuestro patín, es conveniente no forzar la velocidad o potencia, ya que ante una descarga grande el BMS cortará la alimentación al skate por seguridad y nos quedaremos sin energía momentáneamente.

¿Qué es eso del BMS?

Todos los paquetes de baterías llevan un sistema electrónico que las protege de sobrecargas y de sobre-descargas, este sistema se llama BMS Battery Monitoring System.

Funciona de la siguiente manera,  cuando una celda de la batería llega a su voltaje máximo, 4,7 Voltios, el BMS se encarga de desconectar de la carga esa celda, evitando una sobrecarga y a la vez haciendo que todas las celdas tengan el mismo voltaje.

                          Imagen de un BMS

Cuando el sistema está descargando, el BMS actúa cortando la descarga, cuando el paquete de baterías llega a un mínimo de voltaje, suele ser de 2,9 Voltios por celda, protegiendo así toda la batería de una sobre-descarga y su deterioro total.

Terminamos con un poquito de historia y un pequeño experimento

En 1775, la pila de Alessandro Volta, inventor de la batería que el científico dio a conocer mundialmente en una carta enviada al presidente de la Royal Society de Londres, consistía en una serie de pares de discos (apilados) de zinc y de cobre (o también de plata), separados unos de otros por trozos de cartón o de fieltro impregnados de agua o de salmuera, que medían unos tres centímetros de diámetro. 
Hoy en día  podemos recrear su experimento, os dejo un video: https://www.youtube.com/watch?v=vIHfUJu3aKo

En 1866, Georges Leclanché inventa en Francia la pila Leclanché, precursora de la pila seca (zinc-dióxido de manganeso), sistema que aún domina el mercado mundial de las baterías primarias. Las pilas alcalinas (de «alta potencia» o «larga vida») son similares a las de Leclanché, pero, en vez de cloruro de amonio, llevan cloruro de sodio o de potasio. 

En próximos artículos hablaremos de las nuevas generaciones de baterías Li-fepo4, o litio Ferroso o Ferrofosfato. Sin duda, esta tecnología es el futuro y las comenzaremos a ver en nuestros skates en un plazo corto de tiempo.

No os olvidéis que desde Tomahawk os podemos asesorar en todo lo que necesitéis para vuestros skates, además contamos con la última tecnología en baterías, motores, mandos a distancia y cualquier cosa que podáis necesitar, echad un vistazo periódicamente a nuestra web.