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Batería de larga duración: alimentador autónomo LIPO

por José Manuel Pérez | 27-Mar-2005

¿Qué te parecería poder recargar la voraz Tungsten T3 un total de 12 veces, poder tener encendida al pie de tu tienda de campaña una lámpara OSRAM de 5 Watios durante más de 6 horas ininterrumpidas o poder recargar tu GPS y móvil infinidad de veces?

 
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Leer 2ª parte >> | Leer 3ª parte A >> | Leer 3ª parte B >>

Sería fantástico para cuando sales de excursión con tus cacharritos, ¿no? ¿Y si te digo que, además, esa prodigiosa fuente de energía no supondría más de 250 gramos en un bolsillo de tu mochila? Pues si no conocieses las baterías de litio-polímero, me dirías que he debido beber algo...

Esto lo vamos a hacer posible con una batería LIPO. Las baterías Lipo, a diferencia de las de Li-Ion, están compuestas por Litio y Polímero, lo que les da un aspecto "blando" y algo desgarbado, aunque bastante delgado y ligero.

Normalmente estas baterías se usan para alimentar helicópteros, aviones y coches de radiocontrol, y te explicaré por qué: con apenas 220 gramos de peso (como la que he usado) y unas dimensiones de 45x140x12 mm, la batería de la foto puede entregar entre 6,5 y 8,5 voltios con una fuerza de, atención, 5.000 Mah (¡5 Amperios!). Esto lo convierte en una pequeña bestia capaz de entregar altas dosis de potencia en regímenes de gran consumo.

Pero nosotros no vamos a usar esa energía para revolucionar motores, si no para hacernos la vida más fácil en nuestras salidas al campo.

En mi búsqueda de sistemas de alimentación fui a dar con estas baterías y, después de algunas consultas a rcmaterial, me decidí a experimentar con estas pequeñuelas.

NOTA: Este proyecto tiene cierta complejidad, por lo que no
te recomiendo emprenderlo si no tienes cierto conocimiento
de comprobaciones con polímetro y soldadura electrónica.

Primero vamos a conocer un poco las características especiales de esta batería.

Proceso de carga

Lo primero que llama la atención es que necesitan un cargador especial, compuesto por una fuente de alimentación capaz de entregar entre 8 y 14 Voltios con una intensidad de, al menos, 3 Amperios y un cargador, en este caso de la marca Apeltron. No es algo muy incómodo teniendo en cuenta que las baterías de plomo que usé con anterioridad también necesitaban un cargador especial, como también lo necesitan las de Ni-Mh. El alimentador también puede ser la batería de un coche.

Encontrar un alimentador de 3 Amperios de salida no resulta común (porque no suelo llevar normalmente una batería de coche en la mochila cuando viajo por ahí ;-)), ya que los alimentadores como los que usamos para, por ejemplo, recargar nuestro móvil, entregan entre 0.5 y 0.8 Amperios únicamente, y esta es la intensidad que normalmente encontramos en alimentadores caseros. Así que terminé adquiriendo en Diotronic un alimentador de sobremesa de los que se usan para alimentar un ordenador portátil. Resulta pequeño y extremadamente ligero y puede dar 12 Volts estabilizados con una intensidad de 3.3 Amperios, más que suficiente y se puede llevar en la mochila para dejarlo en la base.

La fuente de alimentación va conectada al cargador, y el cargador a la batería, de modo que lo primero que hice fue adaptar el cargador para ponerle las clavijas adecuadas que me permitiesen conectarlo rápidamente al alimentador y a la batería que estuviese cargando. Para ello usé un conector macho y otro hembra para unir alimentador con cargador, y otro macho y otro hembra para unir cargador con batería:


Todo esto ya permite un rápido quita y pon a la hora de recargar la batería, además de permitir, en el caso de la batería, que esta sea "reemplazable" en la caja que le vamos a preparar. Para conectarla a la caja del alimentador autónomo y al recargador, según toque, la batería se ha preparado con un conector hembra pegado en un lateral y luego asegurado con unas vueltas de cinta aislante para compactar el conjunto. Hay que destacar que la batería nos viene de la tienda sin ningún tipo de conector más que un cable positivo y otro negativo, así que hay que prepararlas de alguna forma para el uso que queramos. También viene a media carga, por lo que la primera función inteligente es acabarla de cargar por completo cuando vayamos a comenzar a usarla.

El tiempo de recarga de la batería es de aproximadamente 4 horas cuando se encuentra completamente vacía. Las baterías de menos amperaje tardan bastante menos. Durante esta operación, el cargador y el alimentador alcanzan una temperatura considerable, por lo que es conveniente no tenerlos sobre lugares inflamables o sensibles al calor. Una vez finalizado el proceso, el cargador Apeltron se desconecta para indicarnos que la batería está lista y para protegerla de sobretensiones.

A la hora de dar lo que tiene dentro...

Esta batería, aunque su nominal es de 7.4 Voltios, cuando está cargada ofrece aproximadamente 8.5 Voltios, que se van descargando lentamente con el consumo hasta unos 6.30 Voltios. A partir de este valor la carga de la batería cae rápidamente y por debajo de los 6 voltios puede dañarse.

Las baterías de Lipo no pueden descargarse completamente y quedan inutilizadas si esto sucede, debido al funcionamiento de su química. Para ello es necesario un avisador de voltaje mínimo para dejarla de usar inmediatamente en cuanto nos avise que hemos alcanzado ese umbral.

Conectado a la salida, el avisador Apeltron controla la tensión y, en el momento en que ésta alcanza unos 6.30 Voltios, un zumbador y una potente luz roja (está pensado para que todo sea visible desde un avioncito en vuelo) nos avisará de que desconectemos la batería cuanto antes. A partir de ahí debemos desconectarla, aunque aún nos deja margen para alguna recarga de emergencia. He incluido en la caja un avisador de este tipo para poder conocer el momento en que la batería ya no debe usarse más.


Avisador Apeltron

Antes del momento de las luces y sirenas, he conseguido las siguientes mediciones:

  • Puede recargar una Tungsten T3 en 45 minutos un total de 12 veces. La alta intensidad de salida permite el milagro de tenerla completa en exactamente ese tiempo a partir de una descarga TOTAL (la he apurado al máximo antes de cada recarga). 12 veces testeadas, sí señor.

  • Puede mantener encendidas una lámpara de escritorio USB y una linterna OSRAM de 5 W juntas durante más de 6 horas, incluida recarga de una batería de móvil y alguna recarga de T3 entre medias.

Nuestro alimentador autónomo basado en LIPO

Todo dentro de una caja

Es muy conveniente que todo esté protegido y preparado dentro de una caja, que debe tener fácil acceso de apertura si queremos que nuestra batería pueda meterse y sacarse como si se tratase de una pila. Al mismo tiempo la protegemos y facilitamos operaciones como la conexión con lo que se alimente y la desconexión de la batería cuando el chisme avisador nos castigue los tímpanos. Protección y caja de conexiones.

Rebuscando por esos cajones llenos de porquerías que todos "los enredas" tenemos en casa, encontré la caja de una pequeña linterna Maglite que, por sus dimensiones, me venía al pelo. Pero calculo que cualquier caja para guardar gafas un poco grandecita puede servir para el propósito. El plástico es ligero y bastante fácil de trabajar con un pequeño taladro y una limita para los orificios que tenemos que practicar. En la caja se practicaron los siguientes orificios con ayuda de un disco Dremel y una broca pequeña:



Parte trasera

El sistema está preparado para que la batería pueda entregar 6.5 - 8.5 voltios directos a través de una base hembra (salida de alimentación) a la que se pueden enchufar las cosas, pero también podrá entregar 5 voltios estabilizados mediante una salida USB, que serán los que nos sirvan específicamente para recargar o alimentar el PDA. Estos 5 voltios se conseguirán al hacer pasar el voltaje original a través de un estabilizador 7805, que es barato y eficaz. Ambos están alojados gracias a muescas de forma cuadrada y, en el caso de la base USB, asegurada por dentro con algo de pegamento plástico para darle fortaleza. También practicaremos un orificio para que el zumbador del avisador de voltaje mínimo pueda sonar en el exterior:

Lateral derecho

Aquí realizamos una incisión cuadrada para alojar el interruptor de tres posiciones, que puede asegurarse, si se desea, mediante un par de tornillos con tuerca. La dimensión de la caja permite que sean dos las baterías en su interior, convenientemente preparadas con su conector. Estas baterías no conviene colocarlas en serie ni paralelo por cuestiones de equilibrado de los elementos que las componen, por lo que se usarán de forma independiente. En las fotografías se mostrará el posicionamiento de sólo una de estas baterías. El interruptor de tres posiciones nos permitirá la siguiente actuación:

  • Abajo: se da paso a la batería 1 (la 2 permanece fuera de línea y callará el zumbador si nos estaba indicando que la batería 2 se agotó).

  • Medio: se da paso a la batería 2 (la 1 permanece fuera de línea y callará el zumbador si nos estaba indicando que la batería 1 se agotó).

  • Arriba: Punto muerto, ninguna batería en línea. Esta es la posición cuando las dos baterías estén agotadas o el aparato no tenga que proporcionar alimentación a nada. Es conveniente, pues si no está alimentando a nada, el pequeño LED puede ir descargando nuestra batería sin necesidad.

El testigo es un pequeño LED alimentado a través de una resistencia de 120 Ohmios. Basta con un agujerito del diámetro adecuado y una gotita de pegamento en el otro extremo para que quede fijo. Hay que recordar que los LED tienen polaridad. Es indiferente si la resistencia está colocada en el positivo o en el negativo, pero se ha de respetar la polaridad del voltaje si queremos que el LED se encienda. Suele tener una pequeña muesca en el lado de la patilla que corresponde al NEGATIVO.

Esta luz nos indicará la presencia de alimentación en las salidas.

El avisador de descarga es uno de los dos diodos de alta luminosidad que incorpora (junto al zumbador) el avisador Apeltron, por lo que no tendremos más que preocuparnos de hacerle un orificio adecuado para que el sonido asome al exterior.

Parte superior y refrigeración

Por desgracia, reducir un voltaje se hace a costa de una caída de tensión que genera consumo y calor y, en el caso de querer una salida de 5 Voltios reduciendo la bestia parda que nos ofrece la Lipo, tiene que ocurrir en el 7805. Este estabilizador puede dar hasta 1 Amperio de salida, que afortunadamente es justo lo que la T3 necesita. El positivo de los 6.5-8.5 voltios de la batería LIPO se aplicarán a la patilla de entrada (E) del estabilizador, se conectará la patilla central (M) a masa (negativo) y obtendremos 5 voltios estabilizados en la patilla de salida (S), que son los que irán al USB. Sin embargo, al estar al límite de consumo, se genera un calor considerable durante el proceso de carga. Al cargar la T3 mediante esta salida, observarás que al principio de la carga (cuando se reclama más potencia) el calentamiento en el 7805 aumenta, para ir disminuyendo conforme el PDA nos reclame menos energía. Para ayudar a disipar ese calor, se ha recortado y doblado una lámina de aluminio para crear una aleta de refrigeración que se atornillará entre la caja y la espalda metálica del 7805.

En la parte superior de la caja y coincidiendo con el recorrido de la aleta, se han practicado agujeros para facilitar la ventilación de todo el conjunto. Al mismo tiempo, esta aleta de aluminio ha servido para proteger el conjunto de base USB y cables. Este calor también está presente en el tornillo con tuerca que sale al exterior y atornilla al 7805 con la caja y a su vez con la aleta, por lo que hay que tener la precaución de no tener nada en contacto con él cuando estemos recargando el PDA.

A la hora de recargar la Lipo, se extraerá para hacerlo exteriormente, ya que es recomendable que durante la carga la Lipo se encuentre bien ventilada. También facilita que dejemos una Lipo recargando mientras usamos otra.

Esquema del conjunto

Este es el esquema de todo lo que hay montado dentro de la caja. ¡Vamos a por ello!. No hará falta indicar que las líneas rojas son cables de positivo, las líneas negras cables de negativo y que las conexiones están indicadas por el nudo. Habrá que soldar un poquito y fijar y aislar bien las cosas con pegamento. Si tenéis una pistola eléctrica de estas de barritas de pegamento, van estupendas para aplicar encima una vez soldado.


Click para ampliar esquema

Algunas recomendaciones

Avisador Apeltron:
Ya viene preparado, por lo que únicamente hay que conectar la entrada positiva a la salida de la base hembra de alimentación y la entrada negativa a la masa del conjunto. También habrá que distribuir y fijar por algún sitio tanto el zumbador (con una gotita de pegamento alrededor del agujero que se preparó para ello) como los LEDs de alta luminosidad. Lleva dos, pero opté por sacar al exterior sólo uno de ellos.

Alimentación base hembra:
Visto desde dentro, tiene el positivo en el extremo derecho y la masa en el extremo izquierdo, aunque no estaría de más comprobar esta veracidad con la ayuda de un polímetro, ya que puede variar según los modelos y puede variar la polaridad con respecto a lo que le conectemos.

Batería Lipo:
Según si usamos una o dos, tendremos uno o dos conectores macho dispuestos para tomarlas en la caja. Aquí también el positivo corresponde al terminal corto y el negativo al largo, lo mismo que en la hembra que habremos dispuesto en la batería.

Finalmente, según se vea, conviene bloquear las baterías en su posición con algo, sea espuma, corcho o lo que sea, para que no se muevan una vez encajadas. Esto lo pude hacer fácilmente con unas láminas de corcho que corté y pegué en el sitio adecuado para inmobilizar la/las baterías. El resultado es que la Lipo encaja en su lugar firmemente y ya no se mueve de allí hasta que tiremos de ella para sacarla y recargarla.

No es bueno que la batería esté bailando dentro de la caja, ni para la salud de la misma (no tiene blindaje exterior) ni para la de los cables y componentes, que podría golpear y/o arrancar.

Alimentación USB base hembra:
Este modelo de base USB no es muy adecuado, pero a decir verdad, es el único que he sido capaz de encontrar. A pesar de ser un sistema de conexión de lo más popular, encontrar bases y conectores USB montables es una tarea un poco difícil. Lo bloqueé con pegamento plástico y de momento parece que aguanta el trote.

Según se mira desde dentro y con las patillas hacia arriba, el positivo suele ser la patilla del extremo izquierdo (aquí irá el positivo que viene del 7805), y el negativo la del extremo derecho.

Testigo:
El testigo no indicará qué batería se encuentra activa, si no la presencia de alimentación en las salidas, por lo que por proximidad se conectará el positivo directamente a la segunda patilla del interruptor y el negativo a cualquier punto de masa, por ejemplo el del USB. La resistencia se intercalará antes del positivo o del negativo.

Interruptor tres posiciones:
Aunque tiene dos hileras de contactos, sólo usaremos la hilera superior. La patilla 1 contendrá el positivo de una batería y la 3 contendrá el positivo de la segunda batería. Se obtiene la salida que irá a salida alimentación, testigo, avisador de voltaje Apeltron y entrada de 7805 de la patilla 2.

Estabilizador 7805:
Como ya se ha dicho, conviene refrigerarlo mediante una aleta de aluminio que hará las veces de protección del cableado. Esta aleta de aluminio, por seguridad, irá recubierta por debajo con unas tiras de cinta aislante, para evitar que fortuitamente provoque cortocircuitos al tocar los componentes.


Cables de alimentación para poder usar nuestro alimentador Lipo:
En su salida de alimentación, esta batería puede alimentar y recargar prácticamente cualquier cosa que se alimente entre los 6,5 y 8,5 Volts, con la condición de que preparemos el cable con los conectores adecuados. Para recargar la Palm por medio del USB uso el cable rectráctil de Proporta. También se puede alimentar directamente cualquier cosa preparada para "ir pinchada" en un USB.

Aspecto final

Aspecto final con una batería insertada. En mi caso, añadiendo otro conector como se describe en el esquema, puede alojar otra batería de 5 Amp adicional. Mi idea es usar una únicamente para recargar la Palm y la otra para iluminación:

Dónde conseguir las cosas y algunos precios orientativos

El sistema de baterías LIPO no es económico, pero una vez que se tiene el sistema de recarga y el par de baterías, las ventajas de ligereza y potencia seguro que hacen que valga la pena el desembolso inicial. Creo que la despreocupación de saber que tendrás energía suficiente en un bolsillo para hacer rular tus cacharritos sin preocupaciones ya vale la pena. Además, se pueden usar Lipos de menor amperaje, por lo que el precio desciende también bastante (aunque también el rendimiento a esperar).

A modo de curiosidad:

  • Peso de una batería Lipo 7.5 Voltios de 5 Amp: 220 gr.
  • Peso de una batería de plomo de 6 Volts para 5 Amp: más de 600 gr.

Compra de material:

· Proveedor baterías Lipo:

www.rcmaterial.com
Venta por Internet.

· Material electrónico en Barcelona (para los conectores, alimentador, LED, etc.):

www.diotronic.com
Por desgracia, no tienen venta por Internet, pero tienen grandes descuentos en su material (hasta un 20%!!!).

Precios:

  • Batería Lipo 7.5 Volt, 5.000 Mah: 66 €
  • Batería Lipo 7.5 Volt 2.100 Mah: 35,70 €
  • Cargador Apeltron: 37 €
  • Avisador voltaje mínimo Apeltron: 25 €
  • Alimentador 12 Volts 3.3 Amp: 55 € (Diotronic).

La inversión más seria la suponen el alimentador, el cargador Apeltron y el avisador de voltaje que se monta dentro del contenedor que usemos para alojar la batería. Una vez adquirido, el sistema de baterías se puede ir ampliando y sigue siendo más barato que algunas baterías Li-Ion de ciertos portátiles y cámaras de video profesionales, que rondan los 300€, aparte cargadores, que de todo he estado mirando... ;-)

Teniendo en cuenta que hasta hace poco en palmOne España nos vendían un recargador Power To Go (que permite apenas 2 recargas y media a una T3) por 80 €, creo que vale la pena experimentar con estos sistemas de energía alternativos. ¿Qué os parece?

Mi alimentador autónomo Lipo en plena acción, ¿a que es fermoso? :-)

NOTA: Este proyecto tiene cierta complejidad y el cortocicuitode una
Lipo puede ser realmente feo y hasta peligroso, pues a pesar de lo
pequeño estamos hablando de una gran potencia, por lo que no te
recomiendo emprender un proyecto similar al descrito si no tienes cierto conocimiento de comprobaciones con polímetro y soldadura electrónica.

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