Celdas 18650 (II) – Depredación, comprobación, almacenaje y cuidados.

Siguiendo con la temática sobre baterías de litio, toca hacer acopio para dar de comer a tanto proyecto arduinero que se presenta en el horizonte. Pero ante todo, una advertencia de seguridad:

Lo que a continuación explicaremos requiere de conocimientos previos sobre material eléctrico y electrónico, herramientas adecuadas y equipamiento de seguridad personal. Las baterías de las que vamos a hablar son celdas electroquímicas que acumulan electricidad basándose en productos químicos que pueden resultar tóxicos por inhalación, ingestión o contacto. Existe riesgo real de cortocircuito eléctrico, quemaduras por calentamiento de materiales, incendio o deflagración.

No tomen a la ligera estas advertencias y no realice este tipo de manipulaciones sin los conocimientos requeridos, sin las herramientas necesarias o sin el debido equipo de protección. No nos hacemos responsables en modo alguno de cualquier accidente que pueda producirse manipulando este tipo de componentes electrónicos.

Una vez consciente todo el mundo de que lo que sigue hay que tomárselo en serio, vamos al lío:

Dejamos el anterior artículo a punto de abrir viejas baterías estropeadas de portátil, algunas de ellas olvidadas en un armario durante años. Para muestra, una Dell y otra HP:

DELL

HP

Las celdas que nos interesan están confinadas en una carcasa de plástico, habitualmente sellada para evitar fugas. Dentro encontraremos celdas 18650, sensores de temperatura y la electrónica necesaria para monitorizar el estado de cada una y sus procesos de carga y descarga. Debemos acceder al interior con mucho cuidado. Si introducimos con excesiva fuerza alguna herramienta entre los contactos metálicos, podemos provocar un cortocircuito o si pinchamos una celda, puede derramarse el contenido. No estamos hablando de la desactivación de una mina antipersonas, pero como el Sapiens Sapiens es bruto por naturaleza, no está de más advertir. Máxime si es la primera vez que manipulamos un modelo concreto de batería. En este caso es preferible avanzar con cautela para evitar sorpresas. Procedemos quitamos pegatinas y buscamos la unión entre las dos partes de la carcasa, separándolas poco a poco.

Dell-1

Dell-2

Dell-3

Una vez expuesto el paquete de celdas, optamos por cortar los cables que lo conectan a la electrónica. Un riesgo menos.

Dell-4

Extraido el pack, vamos cortando las lengüetas metálicas soldadas a cada terminal de las celdas con cuidado de no provocar cortocircuitos. Con unos alicates tratamos de retirar todo lo posible las rebabas que dejan las soldaduras en los terminales positivo y negativo. Cuidado que cortan como cuchillas. Ya podemos deshacernos de los materiales no reutilizables (cables, chapas, papel, plástico…), separando todo lo posible para ayudar en el reciclaje.

Dell-5

Eliminaremos cualquier resto con un mini-taladro tipo Dremel con piedra amoladora.

Limpieza de rebabas

Terminada la extracción y antes de comprobar el estado de las celdas, dejadme insertar una información de interés general (una chapa en toda regla) sobre el funcionamiento de estas baterías y los procesos que derivan en su degradación y fallo.

Las celdas cilíndricas 18650 tienen un voltaje nominal de 3,7 voltios y cargadas completamente llegan a los 4,2 v. En cuanto a su capacidad (muy variable según fabricantes y modelos) podríamos decir que en promedio estarán sobre los 2500 miliamperios-hora (mAh). Aunque habría que hacer alguna consideración sobre tasa de descarga de las celdas, eléctricamente podríamos decir que cada celda es capaz de mantener una tensión de 3,7 voltios generando una corriente eléctrica de 2,5 amperios durante una hora (o la mitad de intensidad, el doble de tiempo). Como los portátiles son muy glotones, necesitamos reunir varias celdas. Así, ya sabéis que cuando se conectan baterías en serie, sus voltajes se suman manteniendo capacidad, y que al conectarlas en paralelo, se mantiene el voltaje y se suman sus capacidades. Con estos mimbres ya podemos interpretar los parámetros eléctricos y disposición de celdas en la batería que estamos depredando. Según el fabricante, sus características son 11,1voltios y 56Wh de capacidad. Pues bien, para conseguir 11,1v hacen falta poner 3 celdas (3,7v cada una) en serie. En cuanto a la capacidad, si la dividimos por el voltaje obtendremos la carga eléctrica contenida en el pack: 5,045 Amperios-hora o 5045 miliamperios-hora, lo que nos hace pensar que las celdas están organizadas de 2 en 2 en paralelo (sobre 2500 miliamperios-hora por celda). Esta configuración típica se denomina 3S2P, o dicho de otro modo, 2 paquetes en paralelo de 3 celdas dispuestas en serie. Va un dibujo para aclararlo:

3S2P

Y en la batería que nos acupa, físicamente están empaquetadas de este modo:

3S2P-Dell

La verdad es que vistas un par de baterías, los conceptos se asimilan rápido. Os dejo con 3 ejemplares que recientemente hemos cosechado y os proponemos el reto de averiguar su disposición serie/paralelo para obtener los parámetros que anuncian:

Para finalizar esta chapa, acerquémonos al prodeso de degradación que sufre toda batería de litio. Según se van cumpliendo ciclos de carga-descarga, las celdas van perdiendo capacidad. Es un proceso lento pero inexorable, inherente a esta tecnología. Llegado el momento, alguna celda no será capaz de alcanzar el voltaje predeterminado o aumentará su resistencia interna a ser cargada, drenando carga de su compañera y provocando desajustes en el voltaje proporcionado. Esta situación compromete la capacidad del conjunto, llegando al momento en que la batería dejará de alimentar al aparato, o lo hará durante tan poco tiempo, que será desechada. En ese caso nos lanzaremos al abordaje cual pirata a por nuestro botín de inocentes celdas…

Recuperación y comprobación

Todo esto lo hemos ido aprendiendo de fabulosas guías como la de SecondLifeStorage y la Wiki de BricoLabs. Como rutina, hemos ido anotando el año y mes de la cosecha y el voltaje al que las hemos extraido. Las celdas 18650 deben mantenerse por encima de un voltaje de seguridad, por debajo del cual se dañan rápidamente. Por lo aprendido, ese voltaje está en torno a los 2 voltios.

Test18650

Después de que decenas de celdas 18650 hayan pasado por nuestras manos, hemos comprobado que casi siempre, las que dan menos de 1.5 voltios están dañadas internamente y aunque podrían intentar recuperarse, probablemente su resistencia interna será alta y no merezca la pena correr el riesgo de que se calienten más de lo debido. Una vez etiquetadas las ponemos a cargar.

Carga

Comenzamos por agradecer a Diego Lale su estupenda guía de alimentación del proyecto Garabullo en la que detalla el módulo de carga adecuado y que nosotros llevamos usando casi un año con estupendos resultados. El módulo está basado en el integrado TP4056 y protegido ante sobretensiones (aunque no ante polaridad invertida, cuidado).

Nuestro cargador está construido con una fuente de alimentación de PC que nos da suficiente amperaje como para cargar 8 baterías simultáneamente sin despeinarse. Veréis un interruptor general marcado en color rosa y varios interruptores marcados en naranja que activan los módulos de carga. Éstos están conecados por parejas a cada línea de 5 voltios que proporciona la fuente de alimentación. De este modo, podemos activar individualmente cada pareja de cargadores, adecuándonos a las necesidades que tengamos en ese momento.

Envejecimiento

Según se rellenan, apuntamos el voltaje que alcanzan y las almacenamos durante al menos 2 semanas. Pasado ese periodo, volvemos a comprobar voltajes y si son capaces de mantenerlo (o haber perdido apenas unas décimas de voltio), se consideran aptas para el trabajo y formarán parte de nuestro tesoro. Toda celda que pierda un voltaje importante en ese periodo de almacenamiento o se caliente más de lo normal durante el proceso de carga es automáticamente descartada. A continuación tenéis 4 celdas que se salvaron de una batería Dell y que se preparan para pasar un par de semanas a la sombra. Precisamente no tenemos muchas esperanzas de que estas celdas sean viables porque con un voltaje de recuperación tan bajo, aunque hayan llegado a los 4,2 voltios despues de la recarga, suponemos que la capacidad estará muy reducida.

Celdas SAmsung etiquetadas

Análisis de carga

Tras el envejecimiento en cajica de cartón, comprobamos de nuevo tensión y nos quedamos con las que apenas hayan perdido voltaje. Como último paso, volvemos a cargarlas para asegurarnos de que están al 100% y las descargamos de manera controlada con lo que se conoce como USB loader, es decir, un pequeño transistor con el que disipamos calor a través de un radiador de aluminio y un ventilador. Desde el potenciómetro puede ajustarse la carga en amperios que le pedimos a la celda. Por las necesidades de nuestros proyectos y para no forzar la celda acordamos una carga de compromiso de 0.6 amperios. Completamos el montaje comprobando en el tester USB los miliamperios-hora que podemos extraer hasta que la batería se descarga por completo y se apaga el chiringuito.

Anotamos y repetimos el proceso con cada una de ellas. Y con esta última operación, podemos dar por finalizado el proceso. Poco a poco vamos caracterizando y almacenando celdas, dejándolas listas para entrar en acción. A continuación os dejo un ejemplo de disparidad de modelos y capacidades que vamos encontrando:

Recibid un cordial saludo y nos vemos en la próxima entrega.

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