Quien diseña entre distintas químicas se topa con una aparente rareza: las celdas de iones de litio se cargan con un taper de corriente constante y luego tensión constante que mantiene una tensión máxima precisa, mientras que los cargadores NiMH regulan la corriente y en cambio vigilan un pico y una caída de tensión. La diferencia no es una convención: se deriva de cómo falla cada química a alto estado de carga. Este artículo compara los regímenes de corriente constante, tensión constante y CC-CV combinado, explica por qué una abrazadera de tensión no puede «rematar» una celda NiMH como hace con una celda de litio, aclara lo que realmente representa el tan citado techo de 1,5 V por celda, y extrae consecuencias de diseño para cargadores multiquímica y para ingenieros que trasladan hábitos del litio a sistemas de níquel.
La corriente constante (CC) mantiene una corriente fija mientras la tensión halla su propio nivel; la tensión constante (CV) mantiene una tensión fija mientras la corriente decae al acercarse la celda a ella; CC-CV aplica CC hasta un umbral de tensión, luego CV mientras la corriente se reduce hasta un valor de terminación. Los iones de litio usan CC-CV porque su restricción vinculante es una tensión de intercalación superior más allá de la cual se producen depósito metálico y daño del cátodo: mantener esa tensión permite añadir la última capacidad a una corriente segura, cada vez menor.
La elección del régimen la dicta lo que limita la carga a alto estado de carga: un potencial de tensión duro en el litio, frente a desprendimiento de gas y recombinación en el NiMH, que una abrazadera de tensión no controla.
Una celda NiMH al final de la carga no tiene una tensión «llena» estable que fijar: la tensión depende de la corriente, la temperatura, la resistencia interna y la edad, alcanza un pico y luego declina al imponerse el calentamiento de recombinación (Artículo 5). Mantener una tensión fija entregaría por tanto una corriente no controlada y dependiente de la temperatura – alta en una celda fría de baja resistencia y desvaneciéndose en una cálida – y no garantizaría la carga completa ni limitaría la sobrecarga, porque el proceso dañino, la recombinación de oxígeno, prosigue a cualquier corriente que la abrazadera permita.
Peor aún: a medida que la celda se calienta y su tensión cae en carga completa, una fuente CV aumentaría la corriente para mantener la tensión – una retroalimentación positiva que impulsa más recombinación, más calor y una tensión aún más baja, lo opuesto a un taper seguro. El NiMH exige por tanto la corriente como variable controlada y criterios derivados del estado como señal de parada.
La literatura de cargadores de consumo describe a veces la carga masiva hasta unos 1,45 V por celda y un máximo cerca de 1,5 V; no son consignas CV, sino límites de tensión protectores y marcas de transición de etapa bajo la corriente imperante. El número se mueve con la tasa y la temperatura – una celda fría a 1C supera legítimamente la tensión de una celda cálida a C/2 – por lo que se usa como techo de fallo (una celda por encima a corriente modesta es sospechosa) y como señal de transición multietapa, nunca como tensión a la que se reduce la corriente hasta completar.
Tratar 1,5 V como un objetivo CV al estilo litio es un error multiquímica clásico que subcarga las celdas cálidas y sobrecarga las frías; el análogo NiMH correcto de la «finalización» es la conjunción de criterios de terminación, no una tensión.
Como la corriente es la magnitud controlada, la etapa de potencia NiMH se diseña como una fuente de corriente regulada – un reductor con control en modo corriente, un regulador lineal con limitación de corriente o un interruptor controlado por PWM con sensado de corriente –, cuyo punto de ajuste la máquina de estados ordena a través de los niveles rápido, remate y mantenimiento. La tensión se mide pero se usa para calificación, detección de fallos e inferencia de terminación, sin cerrar ningún lazo de tensión.
Por eso los CI de carga NiMH (la familia bq2002 y sus pares) exponen patillas de control de corriente y temporización en lugar de lazos precisos de regulación de tensión: su problema de control es secuenciar la corriente y detectar la terminación, algo fundamentalmente distinto de la tarea de tensión precisa de un CI de carga de litio.
Un cargador que soporte tanto litio como NiMH debe cambiar la topología de control según el modo: un lazo CC-CV regulado en tensión con precisión ajustada de la tensión de celda para el litio, y un lazo regulado en corriente con terminación -ΔV/dT/dt/temporizador para el NiMH, con el modo seleccionado por el usuario o una detección fiable de química – nunca inferido solo de la tensión, ya que una serie NiMH parcialmente cargada puede situarse cerca de tensiones similares al litio. La confusión multiquímica es un auténtico problema de seguridad, porque cada régimen es inseguro para la otra química.
La primera figura opone las trayectorias de corriente y tensión del CC-CV de litio al CC-más-terminación del NiMH; la segunda cartografía qué variable se controla y cuál señala la finalización en cada régimen, haciendo explícita la inversión.
Para el NiMH, especifique una etapa controlada por corriente, defina los niveles de corriente por régimen, use la tensión solo para calificación, fallo o terminación, y nunca implemente un taper de mantenimiento de tensión; para productos multiquímica, aísle los dos lazos de control y haga que la selección de química sea inequívoca y a prueba de fallos. Valide los perfiles NiMH según la temperatura para mostrar que la finalización se alcanza por criterios de terminación y no por tensión, y confirme que ninguna ruta de control puede aumentar la corriente en una celda llena que se calienta.
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