El documento A de esta serie estableció el perfil de carga de la batería dentro de los terminales portátiles marinos AIS y GMDSS: largas ventanas de espera, pulsos cortos de transmisión de alta corriente y una batería primaria reglamentaria que debe estar lista tras años en un armario. Este documento B pasa de los principios a la selección y al diseño del paquete. Está escrito para el ingeniero OEM y para el comprador de equipos marinos que deben especificar un paquete de baterías recargables y una interfaz de carga para una radio VHF portátil diaria, embarcada o de formación, o para un dispositivo AIS portátil, sin confundir ese producto con la batería de socorro sellada y fechada que exige realmente el Sistema Mundial de Socorro y Seguridad Marítimos (GMDSS). La aritmética del ciclo de trabajo, las cifras de capacidad y las curvas de tensión de este documento son ejemplos de ingeniería resueltos, claramente marcados como ilustrativos; las normas y los anclajes de autonomía se citan a partir de los documentos fuente, y el valor certificado de cualquier aparato real aparece siempre en su certificado de homologación de tipo.
Dato clave 1. La Resolución IMO MSC.149(77) y la norma IEC 61097-12 dimensionan la batería primaria de la VHF bidireccional de embarcación de supervivencia para ocho horas con un ciclo de trabajo de 1:9 —seis segundos de transmisión, seis segundos de recepción por encima del nivel de apertura del silenciador y 48 segundos de recepción por debajo— a la máxima potencia nominal. La guía británica MSIS recomienda al menos ocho horas y preferiblemente 24 horas.
Dato clave 2. El AIS-SART se rige por la norma IEC 61097-14, alineada con la IMO MSC.246(83), utilizando la recomendación ITU-R M.1371 en los canales AIS 161.975 MHz y 162.025 MHz; muestras comerciales representativas de AIS-SART transmiten unas 96 horas con litio primario sellado, y las muestras personales de AIS-MOB funcionan unas 48 horas a 1 W.
Dato clave 3. Una celda NiMH sellada tiene una tensión nominal de 1,2 V, por lo que seis celdas en serie dan 7,2 V y ocho celdas dan 9,6 V; la capacidad del paquete se dimensiona a partir de la corriente media del ciclo de trabajo y de la tensión fría al final de la vida, no solo a partir de la corriente pico de transmisión.
Dato clave 4. Las celdas NiMH portátiles selladas se especifican en la norma IEC 61951-2 para el rendimiento, la norma IEC 62133-1 para la seguridad de los sistemas de níquel y la norma UN 3496 para el transporte, y la disposición especial IATA A199 confirma que el NiMH no está sujeto a las restricciones de mercancías peligrosas del litio; las radios portátiles marinas suelen sellarse a IPX7 según la norma IEC 60529 (inmersión a 1 m).
Dato clave 5. La batería de socorro reglamentaria, fechada y de litio primario, no puede sustituirse por un paquete NiMH recargable. Por ejemplo, el Icom BP-234 es un paquete de litio primario de 9,0 V y 3300 mAh, clasificado IPX7 al instalarse, y debe utilizarse con el IC-GM1600E para cumplir el GMDSS. El NiMH sellado sirve a las radios diarias, embarcadas y de formación que viven en bases de carga.
La decisión de selección más importante ocurre antes de cualquier cálculo de capacidad: decidir qué batería es realmente el paquete. El aparato de socorro sellado —la VHF bidireccional de embarcación de supervivencia que se lleva en la balsa, el AIS-SART montado en su soporte y la baliza AIS-MOB en el chaleco salvavidas— se rige por una norma reglamentaria de rendimiento y se suministra con una batería de litio primario sellada y fechada, con un sello de testigo o no sustituible. Esa batería debe estar lista tras dos o más años de almacenamiento para la VHF y, normalmente, de seis a ocho años en las balizas AIS representativas, y se sustituye en su fecha de caducidad. No es recargable, y un paquete NiMH recargable no debe comercializarse como su sustituto.
La aplicación recargable legítima es todo lo que rodea a ese aparato sellado: la VHF portátil diaria utilizada en el puente, la cubierta y la lancha de trabajo, el AIS portátil que se lleva para el traslado del práctico y el amarre, la flota de formación y los portátiles GMDSS de «equipo completo» que los fabricantes entregan con un paquete recargable y una base, junto al primario sellado. Estas radios se cargan, ejercitan, intercambian y reutilizan cada día, y la guía de armonización del GMDSS fomenta positivamente el uso práctico frecuente. El NiMH sellado es muy adecuado para este papel porque tolera el mal uso y la descarga poco profunda, ofrece una respuesta de pulso plana y predecible, no contiene litio a efectos de transporte y se recupera tras la exposición al frío que preocuparía profundamente a una química de mayor impedancia. La tabla siguiente fija la frontera antes de comenzar el trabajo de diseño.
| Dispositivo y función | Química de la batería y base de diseño |
|---|---|
| VHF bidireccional de embarcación de supervivencia (unidad de socorro sellada) | Litio primario sellado; sello de testigo y fecha; 8 h a 1:9 según MSC.149(77)/IEC 61097-12; conservación plurianual; p. ej. Icom BP-234 9,0 V / 3300 mAh, IPX7 |
| Balizas reglamentarias AIS-SART y AIS-MOB | Litio primario sellado; muestras de unas 96 h SART y 48 h MOB; según IEC 61097-14, MSC.246(83), ITU-R M.1371; almacenamiento plurianual |
| VHF portátil diaria / embarcada / de formación | NiMH sellado o Li-ion recargable; cargado en la base, ciclado y ejercitado; dimensionado al servicio del turno, no a años de almacenamiento |
| AIS portátil / de mano para puente y lancha de trabajo | NiMH sellado o Li-ion recargable; alimentado en servicio por el buque o la base; mismo perfil pulsado de espera a transmisión que la radio de supervivencia |
| Caso de respaldo alcalino / de pila seca | Muchas radios aceptan un estuche de AA sellado (p. ej. LR6 × 5); respaldo de emergencia útil, pero no un sustituto del primario reglamentario fechado |
Una VHF portátil consume tres corrientes muy diferentes. Al transmitir debe entregar la corriente que hay detrás de la salida de RF —unos 1 A en una portátil de 2 W representativa— más las cargas lógica y de audio. En recepción por encima del nivel de apertura del silenciador puede consumir unos 120 a 200 mA, y en estado silencioso, por debajo del silenciador o en espera, puede consumir solo 20 a 50 mA. El tramo de carga de embarcación de supervivencia de la norma IEC 61097-12 es un modelo conveniente y conservador también para la radio diaria: seis segundos de transmisión, seis segundos de recepción por encima del silenciador y 48 segundos por debajo, repitiéndose cada 60 segundos. La corriente media del ciclo de trabajo es la suma ponderada de estos estados durante un tramo:
I_avg = (6 s × I_tx + 6 s × I_rx + 48 s × I_stdby) / 60 s
Con valores ilustrativos de 1,0 A en transmisión, 0,15 A en recepción activa y 0,03 A en espera, la media es (6 × 1,0 + 6 × 0,15 + 48 × 0,03) / 60 = 8,34 / 60 = 0,139 A, es decir, unos 139 mA. La carga bruta que el paquete debe entregar es entonces la corriente media multiplicada por el objetivo de autonomía. El objetivo reglamentario de la VHF es de ocho horas, mientras que la guía británica MSIS para las radios de supervivencia operativas es de al menos ocho horas y preferiblemente 24; un diseñador sensato de paquetes diarios usa la cifra de 24 horas como objetivo preferido, porque una radio diaria que no siempre se devuelve a su base debe sobrevivir aun así a una guardia larga. A 139 mA, ocho horas necesitan unas 1,11 Ah de carga bruta y 24 horas unas 3,34 Ah. Son cifras previas a la reducción de capacidad; la capacidad de celda elegida en el paso 3 será mayor.
Figura 1. El flujo de selección y dimensionamiento en seis pasos para un paquete recargable de portátil marina (secuencia de diseño ilustrativa, no un procedimiento de fabricante).
Antes de elegir la capacidad, la longitud de la serie debe ajustarse a la ventana de tensión de la radio y a su corte de batería baja. Una celda NiMH sellada tiene nominalmente 1,2 V, alcanza unos 1,42 V al final de una carga fresca y se considera descargada cerca de 1,0 V. La mayoría de las portátiles marinas comerciales se construyen en torno a una de dos clases de tensión. Una radio de clase 7,2 V, que tiene la misma tensión nominal que un paquete Li-ion de dos celdas (el Icom BP-265 es un ejemplo Li-ion de 7,2 V), corresponde a seis celdas NiMH en serie; el paquete de seis celdas va de unos 8,5 V fresco a unos 6,0 V vacío. Una radio de clase 9 V, incluidos los diseños cuyo primario reglamentario es el Icom BP-234 de 9,0 V, corresponde a ocho celdas NiMH en serie, yendo de unos 11,4 V fresco a unos 8,0 V vacío. Luego se añaden series en paralelo solo para capacidad y reparto de corriente, no para tensión.
| Configuración NiMH | Tensión nominal / fresca / vacía | Clase de radio típica |
|---|---|---|
| 6S (6 celdas en serie) | 7,2 V / 8,5 V / 6,0 V | VHF portátil de clase 7,2 V (equivalente común Li-ion 2S); el corte debe quedar por debajo de la tensión de pulso fría 6S |
| 8S (8 celdas en serie) | 9,6 V / 11,4 V / 8,0 V | Radios de clase 9 V y sustituciones de primario de 9 V (p. ej. clase BP-234 de 9,0 V) |
| Añadir series paralelas (nP) | Tensión sin cambios; capacidad y corriente de pulso compartidas | 2P, 3P usados para alcanzar la capacidad del turno y reducir a la mitad la corriente de pulso por celda |
El diseñador del paquete debe verificar el corte real de la radio en lugar de asumirlo. Un corte demasiado alto declarará la batería agotada mientras quede capacidad utilizable; un corte demasiado bajo arriesga una descarga profunda de las celdas durante una transmisión larga en frío. Las celdas de la serie deben estar emparejadas de un mismo lote de producción, y el paquete debe construirse de modo que una celda débil o invertida no pueda ser llevada a una inversión profunda durante una guardia larga.
La carga bruta del paso 1 no es la capacidad nominal de la celda, porque el paquete debe entregar esa carga al final de su vida, en una cubierta fría, con un pulso de transmisión que hunde la tensión y con una reserva de diseño retenida. Aplicar factores ilustrativos —unos 0,85 de capacidad utilizable a -20 °C, unos 0,85 en el punto de final de vida nominal y una reserva de diseño de 1,15— da una fracción utilizable combinada de aproximadamente 0,63. El objetivo de ocho horas de 1,11 Ah necesita por tanto un paquete nominal de unos 1,8 Ah, y el objetivo preferido de 24 horas de 3,34 Ah necesita unos 5,3 Ah. En la práctica, un diseñador los alcanza con celdas AA estándar de alta corriente o celdas sub-C y SC mayores: una sola serie de seis celdas AA de alta corriente (unos 2,0 Ah) solo cumple marginalmente la cifra de ocho horas tras la reducción por frío y vida, por lo que un paquete 6S2P AA (unos 4,0 Ah) es el diseño cómodo de ocho horas, y un paquete 6S3P AA (unos 6,0 Ah) o un paquete 6S2P sub-C/SC de alta capacidad cumple la cifra preferida de 24 horas.
| Objetivo de autonomía (ilustrativo) | Carga bruta a 139 mA | Nominal tras factor ~0,63 | Paquete representativo |
|---|---|---|---|
| 8 h (suelo reglamentario VHF) | ~1,11 Ah | ~1,8 Ah | 6S1P AA de alta corriente marginal; 6S2P AA (~4,0 Ah) cómodo |
| 24 h (operativo preferido) | ~3,34 Ah | ~5,3 Ah | 6S3P AA (~6,0 Ah) o 6S2P sub-C/SC de alta capacidad |
Los pulsos de transmisión son la segunda razón para sobredimensionar. En una serie de 1 A y 7,2 V, a una sola celda AA de 2,0 Ah se le piden unos 0,5 C en una ráfaga de transmisión; eso está dentro de la capacidad de una celda de alta corriente, pero produce una caída de tensión visible a baja temperatura, y la caída es más profunda al final del turno, cuando el estado de carga ya es bajo. Por ello, el diseñador especifica celdas de alta corriente y baja resistencia interna, añade una serie paralela para reducir a la mitad la corriente de pulso por celda y verifica que la tensión del paquete al final del pulso más frío y al final de la vida siga por encima del corte de la radio. La curva de tensión ilustrativa siguiente muestra el paquete declinando lentamente a lo largo de una guardia de 24 horas con caídas de transmisión periódicas, manteniéndose por encima del corte; la curba real es específica de la radio y de la celda y debe medirse, no asumirse.
Figura 2. Tensión del paquete a lo largo de un turno de 24 horas con pulsos de transmisión periódicos; el paquete se dimensiona para mantenerse por encima del corte en el pulso más frío al final de la vida (ilustrativo, no medido).
La estrategia de carga forma parte del producto batería, no es una idea tardía. La detección de carga completa NiMH se apoya en la característica caída de tensión -delta V y en el aumento de temperatura dT/dt, respaldados por un temporizador de seguridad; para una base marina, donde la fiabilidad pesa más que la velocidad, el método conservador es una carga controlada a 0,1 C durante la noche (unas 14 a 16 horas) con una carga de mantenimiento de C/20 a C/40 a partir de entonces, lo bastante suave para dejar la radio en la base sin sobrecalentar las celdas. La carga debe inhibirse fuera de unos 0 a 45 °C, de modo que un paquete que entra desde una cubierta helada o un contenedor de balsa caliente pueda volver a la temperatura ambiente antes de cargar; el paquete lleva normalmente un termistor para que la base pueda imponerlo. La base acepta los 12 V o 24 V CC del buque a través de un módulo de carga, utiliza contactos resistentes a la corrosión o chapados en oro que no se agarrotarán con el aire salino, y mantiene el sello IPX7 cuando la radio está acoplada.
Dentro del paquete, las celdas usan pestañas soldadas en lugar de clips de resorte, celdas emparejadas, fundas termoencogidas y aislamiento frente a impactos para que las pruebas de caída y vibración de las normas IEC 60945 e IEC 61097-12 no abran una unión; un fusible térmico o un dispositivo protector rearmable protege frente a cortocircuito externo y sobrecorriente, y la carcasa usa una junta, una vía de venteo y una retención robusta de las celdas. La envoltura externa es la misma que la de la radio de supervivencia: rango de funcionamiento de -20 a +55 °C, inmersión hasta el requisito IPX7 de la norma IEC 60529 (1 m durante 30 minutos; el equipo de supervivencia en sí cumple 1 m durante al menos 5 minutos según la norma IEC 61097-12), resistencia a la niebla salina y manejo por personal con guantes de traje de inmersión. Cada una de estas características se especifica para que la radio diaria se comporte como el aparato de seguridad al que respalda.
Un paquete NiMH recargable para radios marinas diarias sigue una vía de conformidad clara pero deliberadamente limitada. Las celdas en sí se especifican según la norma IEC 61951-2 para el rendimiento y las dimensiones de las celdas NiMH portátiles selladas y según la norma IEC 62133-1 para la seguridad de las celdas y baterías selladas que contienen níquel; la envoltura del equipo es la IEC 60945 para entorno y EMC y la IEC 60529 para el código IP. El transporte es sencillo: las baterías NiMH se embarcan bajo la referencia UN 3496, y la disposición especial IATA A199 las trata como no sujetas a las reglas de mercancías peligrosas del litio, siempre que los terminales estén protegidos frente a cortocircuito —una ventaja práctica significativa frente al litio para un OEM que envía por aire radios y repuestos. El propio aparato de socorro reglamentario lleva, sin embargo, la marca de rueda MED al amparo de la Directiva europea sobre equipos marinos 2014/90/EU, y esa aprobación está vinculada al aparato sellado completo con su batería primaria fechada. Un paquete NiMH recargable no amplía ni sustituye esa fuente de socorro marcada con rueda, y ambas no deben confundirse en un plano, una hoja de datos ni una afirmación comercial.
| Aspecto | Referencia para el paquete NiMH diario recargable |
|---|---|
| Rendimiento y dimensiones de las celdas | IEC 61951-2 (celdas NiMH portátiles selladas cilíndricas, prismáticas y de botón) |
| Seguridad de celdas y baterías | Seguridad de níquel IEC 62133-1; ensayos de transporte alineados con la práctica de la IEC 62281 |
| Entorno y penetración | IEC 60945 entorno marino/EMC; IEC 60529 IPX7 (1 m / 30 min); niebla salina, -20 a +55 °C |
| Transporte | UN 3496; disposición especial IATA A199 — no sujeto a las restricciones del litio; proteger terminales |
| Frontera de socorro reglamentario | La marca de rueda MED al amparo de la Directiva 2014/90/EU permanece con el aparato sellado y su litio primario fechado; no sustituida por NiMH |
No. La VHF bidireccional sellada de embarcación de supervivencia está obligada por la IMO MSC.149(77) y la norma IEC 61097-12 a llevar una batería primaria fechada que entregue ocho horas a 1:9 tras años de almacenamiento, normalmente un paquete de litio primario sellado como el Icom BP-234 (9,0 V / 3300 mAh, IPX7 al instalarse). El NiMH sellado está diseñado para las radios diarias, embarcadas, de formación y de equipo completo, que se recargan en bases y se ejercitan con regularidad, no para la fuente de socorro sellada reglamentaria.
Se parte de la corriente media del ciclo de trabajo en un tramo de 60 segundos: I_avg = (6 × I_tx + 6 × I_rx + 48 × I_standby) / 60. Con corrientes ilustrativas de 1,0 A, 0,15 A y 0,03 A esto son unos 139 mA. Multiplique por el objetivo de autonomía (8 h o, preferiblemente, 24 h según la guía británica MSIS) y luego divida por el factor combinado de temperatura fría, final de vida y reserva de diseño, que es aproximadamente 0,63 en el ejemplo resuelto. Esto produce un paquete nominal de unos 1,8 Ah para 8 h o 5,3 Ah para 24 h, antes de elegir una configuración de celdas estándar.
Cada celda NiMH sellada tiene nominalmente 1,2 V. Seis celdas en serie dan 7,2 V (unos 8,5 V fresca, 6,0 V vacía) y se adaptan a una portátil de clase 7,2 V, la misma clase nominal que un paquete Li-ion 2S. Ocho celdas dan 9,6 V (unos 11,4 V fresca, 8,0 V vacía) y se adaptan a una radio de clase 9 V como la clase de primario BP-234 de 9,0 V. Las series paralelas se añaden solo para capacidad y reparto de la corriente de pulso, y el corte de batería baja de la radio debe comprobarse frente a la tensión del paquete frío al final de la vida.
Sí, con una reducción deliberada. La baja temperatura eleva la resistencia interna y reduce la capacidad disponible y la tensión al final del pulso, por lo que los diseñadores usan celdas de alta corriente y baja resistencia, sobredimensionan el paquete, añaden series paralelas para reducir la corriente de pulso por celda y confirman que la radio nunca llega a su corte durante la transmisión más fría al final de la vida. Los paquetes solo deben cargarse tras volver a unos 0 a 45 °C, no estando congelados.
No para la función reglamentaria. Los AIS-SART según las normas IEC 61097-14 y MSC.246(83) están diseñados para unas 96 horas de transmisión y los AIS-MOB personales para unas 48 horas, tras años de almacenamiento sin ejercicio, por lo que las muestras comerciales usan litio primario sellado (por ejemplo McMurdo SmartFind S5A, AMEC PLOMO-500 y SAILOR 5052). Una química recargable no puede garantizar esa disponibilidad; el AIS recargable se limita a transpondedores portátiles alimentados y cargados por el buque o la base.
Use la IEC 61951-2 para el rendimiento de las celdas NiMH portátiles selladas, la IEC 62133-1 para la seguridad de los sistemas de níquel, la IEC 60945 para entorno marino y EMC, la IEC 60529 para la penetración IPX7, y la UN 3496 con la disposición especial IATA A199 para el transporte aéreo, que no impone las restricciones de mercancías peligrosas del litio. El aparato de socorro completo en sí lleva la marca de rueda MED al amparo de la Directiva 2014/90/EU; esa aprobación no se traslada al paquete recargable.
Normas y anclajes de rendimiento: Resolución IMO MSC.149(77) e IEC 61097-12 (VHF bidireccional de embarcación de supervivencia; 8 h a 1:9; vida de estantería del primario); Resolución IMO MSC.246(83) e IEC 61097-14 (AIS-SART); recomendación ITU-R M.1371 (características técnicas AIS, 161.975 / 162.025 MHz); IEC 61108 (GNSS); IEC 62287 (AIS de a bordo clase A/B); IEC 60945 (entorno y EMC de equipos de navegación y radio marinos); IEC 60529 (código IP, IPX7); IEC 61951-2 (celdas NiMH portátiles selladas); IEC 62133-1 (seguridad de celdas de níquel); UN 3496 y disposición especial IATA A199 (transporte NiMH); Directiva europea 2014/90/EU (equipos marinos, marca de rueda MED); UK MSIS capítulo 12 (guía 8 h mínimo, 24 h preferidas).
Datos de productos representativos usados para anclar la frontera de química: Icom BP-234 (9,0 V, 3300 mAh, litio primario, IPX7, para usar con IC-GM1600E), Icom BP-265 (Li-ion 7,2 V), Icom BP-291 (estuche LR6 AA × 5), McMurdo SmartFind S5A AIS-SART (unas 96 h, almacenamiento plurianual), AMEC PLOMO-500 AIS-SART y SAILOR 5052 AIS-SART. Todos los cálculos de capacidad, corriente y tensión de este documento son ejemplos de ingeniería resueltos marcados como ilustrativos; los valores certificados reales de cualquier aparato son los de su certificado de homologación de tipo y hoja de datos.
Weijiang Power fabrica paquetes de baterías NiMH sellados y Li-ion y bases de carga para portátiles OEM marinos e industriales, incluidos paquetes recargables para radios VHF diarias y de formación y radios AIS portátiles. Dimensionamos cada paquete a partir de la corriente media del ciclo de trabajo, ajustamos la serie 6S u 8S a la ventana de tensión de la radio, especificamos celdas de alta corriente para los pulsos de transmisión en frío y diseñamos la base en torno a una carga terminada por -delta V/dT o a 0,1 C, sellado IPX7 y resistencia al aire salino, siguiendo la vía IEC 61951-2, IEC 62133-1 y UN 3496 (IATA A199). No sustituimos la batería de socorro de litio primario sellada y fechada que exige el GMDSS; construimos el hardware recargable que mantiene a las tripulaciones entrenadas y operativa la flota de radios diaria. Envíenos la banda de radio, la potencia de transmisión, el ciclo de trabajo, la ventana de tensión, el rango de temperatura y el objetivo de autonomía, y dimensionaremos el paquete y la interfaz de carga juntos. En el documento C pasamos al régimen de ensayos de tipo, certificación y transporte que deben superar el paquete terminado y su aparato.
