24 jul. 2014

Reparar batería Speedglas Adflo 837621 sustituyendo por células de LI-ION 4,2V


Últimamente he estado reparando varios aparatos inalámbricos cuyas baterías de NI-MH se han deteriorado; suele salir bastante más económico hacerte tú el pack de baterías con un nuevo cargador adecuado que comprarla nueva; en este tutorial os indicaré cómo construir una batería de 12,6V y 4500 mAh con 3 packs de 3 células de li-ion en paralelo cada uno para reemplazar una batería de 10,8V y 4000 mAh de NI-MH (9 baterías en serie de 1,2V) con tan sólo 32€ (cargador aparte).

Tipos de baterías de LITIO según su composición

La tecnología litio-ION ha mejorado mucho, y a las ventajas de no tener efecto memoria y mayor densidad de energía por kg que cualquier otra tecnología actual, podemos añadir que dependiendo del tipo de materiales usado, permite diferentes potencias/densidades de energía; podemos tener potencias instantáneas desde 1C (2A/hora para una célula de 2000 mAh) de las típicas LI-Cobalto de los portátiles hasta 5C de las de manganeso (LiNiMnCoO2) o incluso 15C para las últimas empleadas en los automóbiles (LiNiCoAlO2) o 30C con LIFePo4.

En un aparato de alta demanda instantánea como un taladro tenemos que emplear las de Litio/Manganeso (LiNiMnCoO2) o las de Litio/Fosfato (LiFePo4), con algo menos de densidad de energía pero más potencia específica; si utilizáramos las habituales y económicas con alta densidad de carga (LiCo) se degradarían más rápido, aunque pueden servir si hacemos packs de varias en paralelo para afrontar esa mayor demanda instantánea o limitamos la potencia con circuitos de protección (que suelen venir ya incorporados en la mayoría de pilas li-ion que se venden sueltas).

Eligiendo la configuración de baterías más adecuada

Jugando con el número de baterías en serie conseguimos el voltaje total, y jugando con el número de baterías en paralelo de cada celda conseguimos diferente capacidad total y velocidad de descarga recomendada (C). Si tenemos 6 pilas en paralelo en cada celda de 2A (2000 mAh) cada una, tendremos 12A en total, lo que nos da, si son de 2C cada una, un capacidad de carga/descarga segura de 24 Ah.
La famosa "C" nos da la velocidad de descarga máxima de forma correcta y segura en relación a su capacidad; si es 1C y tiene 2400 mAh de capacidad, viene a decir que podemos obtener de ella 2400 mAh en 1 hora. Si fuera de 15C, podría entregarnos los 2,4A en tan sólo 4 "intensos" minutos. Las de Litio/Cobalto utilizadas en portátiles suelen tener 1C. Si superamos esa tasa de descarga, sobrecalentaremos la batería y acortaremos su vida útil (más cuanto más rápida sea la descarga).
Si con las de litio no conseguimos un rango de voltajes con el que el aparato en cuestión pueda funcionar (varía entre 4,2V totalmente cargada a 3V descargada), siempre podemos utilizar las de LIFePo4 (con un cargador adecuado), con un rango de trabajo de 3,2V cargadas (hasta 3,6V totalmente cargadas) y 2,5V de límite de descarga sin que se degraden significativamente.
Nota: Los mAh totales nos los da la capacidad total del pack de pilas en paralelo; en este caso si ponemos cada pack con 3 pilas recargables li-ion de 4,2V de 1500 mAh cada una, obtendremos un pack de 4,2V y 4500 mAh de capacidad (que es igual que 4,5 amperios); si pones tres de estos packs en serie, sumas los voltajes y obtienes 12,6V y 4,5A de capacidad (suponiendo que todos los packs son iguales).
Reparando la batería


A 3,7V no está vacía, sino al 20%; a 3V estará vacía (recomendable recargar cuanto antes)

Para la reparación he adquirido baterías "Trustfire" con una capacidad de 1500 mAh con circuito de control de carga/descarga que previene a la pila de las cargas y descargas por encima de valores admitidos, además en caso de haber una corriente superior a 3 amperios (posible corto), desconecta la pila.

Podía haber soldado directamente las baterías conservando su circuito (PCB en adelante), pero he preferido eliminarlo y aplicarlo directamente a cada pack de tres, para que se balancee la capacidad de cada una de forma automática y el control se lleve por cada pack de 4,2V que es lo que nos interesa.
Estos circuitos de control no valdrían en caso de necesitar más de 2A instantáneos, en ese caso habría que usar otro tipo de baterías (que acepten mayor corriente de carga/descarga) y PCBs diferentes.
Este modelo de baterías llevan un plástico y polo positivo adicional (como si el PCB se hubiera añadido posteriormente a su fabricación), por lo que podemos arrancar la cobertura de protección externa para dejarlas de color azul original y luego, levantando el botón positivo, dejarlas sin PCB:


Procedemos a soldar positivos entre sí por un lado, y negativos entre sí por el otro, con cable fino de 1,5 mm2. es suficiente (12V 2A) (aquí podéis calcular el calibre del cable según voltaje, amperios y longitud), y soldamos el polo B- del PCB al polo negativo del pack, y el B+ al polo positivo del pack, dejando el PCB a un lado encima para que no nos reduzca espacio, ya que está muy limitado el hueco de la batería 837621.


Hacemos lo mismo con tres packs, de forma que para ponerlos en serie sólo nos resta soldar el positivo de un pack con el negativo del otro, teniendo en cuenta que los dos que van en el fondo de la caja lleven encima los PCB (enfrentando los positivos y protegiendo con cinta aislante), y el que va encima en medio lo lleve a un lado, porque también estamos limitados en altura:

Los packs soldados en serie: Positivo con negativo del PCB siguiente
Podéis ver que es un pack de 3 en serie con 3 en paralelo (3S3P).
Nomenclatura: Veréis en páginas de internet que hacen referencia a las baterías con formatos como "Lipo 3S6P" y similares; la S es de serie y la P de paralelo). Ejemplo: 3S2P: 3 packs de 2 celdas en  paralelo conectados entre sí en serie.

Ya sólo nos resta colocar los packs en su sitio teniendo mucho cuidado de que los polos queden bien aislados con cinta aislante para que no haya cortos.
Atención: Un cortocircuito o sobrecarga de una batería de este tipo es peligroso por la gran capacidad de energía almacenada por cada batería; en caso trabajar a una temperatura por encima de 60ºC, podrían incendiarse. Así que mucho cuidado a la hora de soldar, ¡no te quedes más de 30 segundos calentando uno de los polos al soldar!


Sólo quedaría soldar los negativos de la caja (marrones) al PCB del pack inferior y los positivos (azules) al positivo del pack superior y luego aislar para que no haya peligro de corto.


La batería ya reparada

Otro ejemplo de 3 packs conectados en serie; una de cada pack es diferente marca pero misma capacidad.
Fijamos los packs con silicona en las esquinas para que no se descoloquen con los golpes y rellenamos los huecos con plástico burbuja por ejemplo para limitar sus movimientos.
Tapamos y sellamos con cinta americana:


Sólo nos queda conseguir un cargador de 12V, y entre 1 y 2 Amperios, recomiendo 13V para cargar bien las baterías; gracias a sus circuitos de control se desconectará automáticamente una vez llegue al límite de voltaje de carga o de descarga (4,2V-2,5V); con uno de 2A tardará en cargar 2 horas y media este pack de 4,5A.
Nota: Estas baterías Speedglas viejas llevan una resistencia como reguladora de voltaje en el polo de cable amarillo que conecta con la unidad de ventilación; en caso de ser la de poca capacidad ref. 837620 de 7,2V (6 baterías en serie de 1,2V Ni-MH), lleva una resistencia SMD muy pequeña de 1,5 Kohms, en el caso de la de 10,8V su valor es de 5 Kohms.

Actualización 19/01/15: Ahora utilizo un chip controlador para 3/4 celdas y 5 Amperios, más potente, fiable y que iguala mejor la carga de los diferentes bloques, disponible en Aliexpress.



Más información:

6 comentarios:

  1. Dices que;
    "Nota: Los mAh totales nos los da la capacidad total de cada unidad en serie; en este caso si ponemos 3 pilas recargables li-ion de 4,2V de 1500 mAh cada una, obtendremos una batería de 12,6V y 4500 mAh de capacidad (que es igual que 4,5 amperios)."
    ¿Debo entender entonces que al conectar baterías en serie, estarías sumando su capacidad?
    Solicito me ilumines, ya que hasta ahora para mi, la conexión en serie, adiciona el voltaje, pero, mantiene el amperaje, o sea que lograrías 12,6 voltios a plena carga, pero tan solo obtendrías 1,5 amperios, en lugar de los 4,5 que mencionas.
    Con mucho respeto.
    luis andrés

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    1. Hola Luis, estás en lo cierto, la frase es un poco confusa; por cada unidad me refería a cada pack de pilas en paralelo, y luego daba por entendido que colocábamos 3 packs en serie (para los 12,6V) como en el croquis.
      Para que no haya dudas he cambiado el texto:
      Los mAh totales nos los da la capacidad total del pack de pilas en paralelo; en este caso si ponemos cada pack con 3 pilas recargables li-ion de 4,2V de 1500 mAh cada una, obtendremos una batería de 4,2V y 4500 mAh de capacidad (que es igual que 4,5 amperios); si pones tres de estos packs en serie, sumas los voltajes y obtienes 12,6V y 4,5A (suponiendo que todos los packs son iguales).
      Gracias por la corrección, afectuosos saludos, David.

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    2. Hola David, impresionan tu enorme capacidad y lógica.
      La claridad y experticia volcados en la construcción y puesta en práctica de tu proyecto, tan solo tienen equilibrio en tu considerada, muy clara y amable respuesta.
      Bien por ti … y por nosotros, al contar con tu gran aporte.
      Voy a juntar algunos materiales y a armar el proyecto que nos has regalado de manera tan altruista.
      Gracias David, Luis

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  2. Anónimo9/3/16 9:22

    Hola. Muy interesante tu artículo, y más para novatos como yo, muy didáctico.
    Una duda a ver si me la puedes resolver: estoy haciendo un proyecto en el que sólo necesito montar un pack formado por 4 pilas, cada pila tiene su correspondiente pcb. ¿Debo soldarlas en paralelo dejando el pcb de cada una de ellas o debo eliminar su pcb y usar uno sólo para todo el pack? ¿es lo mismo?
    Muchas gracias y un saludo.

    Pedro.

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    Respuestas
    1. Básicamente es lo mismo; es mejor dejar el pcb que tienen y soldarlas directamente en paralelo, ya que así obtienes más amperaje (cada PCB tendrá capacidad para 2 Ah, en total 8Ah), por lo que tienes más potencia.
      También tendrás el mismo resultado si quitas los 4 y pones un PCB que te admita 8Ah, pero es gastar tiempo y recursos.
      Otra cosa sería colocarlas en serie; para ello mejor un pcb como el comentado al final de la entrada, sino la batería no funciona óptimamente.

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    2. Anónimo9/3/16 12:33

      Muchas gracias David.

      Pedro.

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