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Actualización de la batería de una bicicleta eléctrica

agosto 22, 2017marzo 24, 2024soloelectronicos2 comentarios

A lo largo de los años las baterías tanto las de Ni/Cd como las iones de Litio terminan perdiendo su capacidad , siendo necesaria su sustitución ,lo cual por cierto no es una tarea sencilla dado que no siempre están accesibles los recambios de estas.

Normalmente la baterías instaladas en las bicicletas eléctricas corresponden a configuraciones especificas para cada modelo a la que se conecta, por lo que dado a que existen múltiples formatos ,tanto de compartimientos como de características eléctricas (tensión y capacidad en amperios /hora) se hace muy complicado reemplazarlas .

Para terminar de empeorar las cosas , en el caso de las batería de Ni/Cd , éstas están compuestas por múltiples células que agrupándolas en serie o en paralelo nos producen la tensión y capacidad final, eso si unidas por laminas de niquel ,lo cual nos hace complejo su sustitución , a no ser que nos construyamos nosotros nuestra propia soldadora de puntos para realizar precisamente las conexiones entre las diferentes celdas, las cuales se pueden adquirir aparte en portales web especializados.

Como ejemplo ,vemos una batería real formada por 20 celdas de 1,2V 7AH que en total nos viene a dar unos 24V (20X 1,2) y 7AH dado que todas están conectadas en serie

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Un procedimiento para reparar la citada batería , seria adquirir 20 baterías de Ni/Cd 1,2V 7AH y sustituir las antiguas por las nuevas usando laminas de Niquel con una soldadora de puntos para realizar precisamente las conexiones entre las diferentes celdas.

Afortunadamente la tecnología de las baterías Litio proporciona ventajas superiores a la vieja tecnología de NiCD, entre ellas una densidad de energia mucho mayor , con el consiguiente ahorro de espacio y peso .

Como actualmente el precio no es una barrera ( de hecho se ha invertido la tendencia), lo ideal es reemplazar las viejas baterias de nicd por una nueva de Iones de Litio , siempre que la tensión sea la misma y la capacidad sea igual o superior.

Para el ejemplo de una bicicleta eléctrica de bajo coste, usando una batería de 24v 10ah de litio nos seria suficiente para alimentar un motor de 24v y de potencias comprendidas entre 350w o 250w.

Las especificaciones de la batería elegida son las siguientes:

Tensión nominal: 24V
Voltaje de salida: 16.5-25.2 V
Capacidad de la batería: 10Ah
Dimensiones: 68x100x112mm
Peso total: 2kg alrededor
Circuito interno de la protección: sobrecarga, sobre la descarga, sobre la corriente, protección del cortocircuito
Peso de la batería: cerca de 1825g
Embalaje: PVC azul
Celdas de la batería dentro: Células grandes modelo 18650.
Ciclos de vida: Más de 1000 veces
Descarga de la batería :La corriente de pico máxima: 36A/Corriente máxima de funcionamiento: 18A

bateria

La mejora en cuanto a dimensiones y peso suelen ser considerables , tal y como se puede ver en la siguiente imagen , donde prácticamente por una tercera parte doblamos la capacidad con una batería de Litio:

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Para controlar la bicicleta, dado que la caja de antigua batería es demasiado grande, lo mas sencillo es optar por una sencilla caja transparente donde ademas del voltímetro de leds (que suelen ir integrados en la caja de la batería) podemos conectar hasta 9 leds de alta potencia y los dos interruptores de corte del motor y de la iluminación.

El esquema de conexiones de la caja propuesta es bastante sencillo pues se limita a solo dos interruptores , el voltimetro de leds que puede obtenerse de la caja original y 9 leds de alta potencia que se han obtenido de una luminaria de leds cuya fuente se habia quemado:

bicicleta lectrica

Resumidamente estos serian los pasos a seguir para realizar la conveersión:

Empezamos ubicando el voltimetro de leds que solo cuenta con dos cables : el negro o negativo que conectaremos a la mas general y el rojo que conectaremos a la salida del interruptor general

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Practicaremos dos agujeros en la caja para los dos interruptores ( el general y el de la iluminación)

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Seguidamente contrariamos las conexiones de los dos interruptores que irán tanto a los leds como al cable del motor

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El resultado como vemos es bajo la opinión del que escribe bastante aceptable, mejorando ademas en aspectos como la usabilidad pues ahora los controles de las luces y del motor se colocarían mucho mas accesibles

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Aunque el interruptor de encendido y el voltímetro se podrian colocar en el mismo lugar de la batería ( y nos ahorraríamos el cableado de tres hilos ) , en aras a mejorar la usabilidad se ha optado por llevar tres cables de 1 mm a la caja controladora:
- El negativo general que ira conectado tanto al motor como al negativo de la nueva batería
- El positivo de la batería , que nos servirá para alimentar los leds o el motor en función de la posición de los interruptores
- El positivo del motor , el cual lógicamente viene de la caja para alimentar o no el motor brushless
Por ultimo , respecto a la nueva batería , esta iría donde va el porta-baterías original .

Soldador de puntos sin transformador

julio 31, 2017abril 11, 2024soloelectronicos2 comentarios

La soldadura por puntos lleva con nosotros unos 40 años, pero a pesar de su antigüedad sigue gozando de buena reputación en los nuevos tiempos usándose de forma intensiva también en aplicaciones de electrónica donde la soldadura convencional con estaño no es efectiva, como por ejemplo a la hora de conectar baterías entre si con laminas de níquel, entre sus miles de aplicaciones más. En esencia la tecnología de la soldadura por puntos no es nada compleja , pues la configuración típica de un soldador de puntos no ha variado a lo largo de los años, consistiendo básicamente en una fuente de muy baja tensión (entre 3 y 15V) de alta intensidad conectada a un cabezal para soldar.

Desgraciadamente, a pesar de que no incluye demasiada tecnología, un soldador de puntos es uno de los pocos equipos donde la construcción casera de este es mucho más barata que comprarlo montado, incluso si se decide a comprarlo en alguno de los famosos portales chinos, ya que incluso comprándolos allí , su precios van entre los 200€ en adelante. Si no estamos dispuestos a desembolsar esa cantidad otra opción es fabricar un soldador de puntos nosotros mismos pues en la red se pueden ver una gran cantidad de diseños de soldadores de puntos basados en viejos transformadores de microondas , a los que se les elimina el secundario de AT por medios mecánicos y simplemente se rodea en el interior del entre-hierro en ese espacio que ha quedado vació de dos vueltas de cable de gran sección ( al menos de 8 mm).

NO recomendamos construir un soldador de puntos basándose en un transformador de microondas, no sólo por el voluminoso espacio que ocupa ( y el ruido que genera) , sino, sobre todo, por el peligro que conlleva extraer dicho transformador , pues esta muy cerca el condensador de alto voltaje, cuya carga puede estar presente mucho tiempo después de que el horno de microondas esté desenchufado (y es extremadamente peligrosa una descarga de este tipo ). No confíe en la resistencia de purga interna del condensador , pues puede fallar y es muy peligroso ( si lo va a hacer, al menos conecte dos cables de prueba de clip de cocodrilo a la tierra del chasis de metal de microondas, asegurándose de que los cables no estén rotos,sujete una resistencia de 10K … 1M al otro lado de un cable de prueba y descargue los dos terminales del condensador uno por uno a través de una resistencia de 1MΩ utilizando alicates aislados ).

En los últimos años, los supercondensadores han surgido como una alternativa o complemento importante para otros dispositivos de producción o almacenamiento de energía eléctrica como las pilas de combustible o las baterías . La principal virtud del primero frente a los dos últimos es la mayor potencia que es capaz de inyectar, aunque poseen una menor densidad de energía. Otras características de los supercondensadores son la rapidez de carga y descarga, pueden proporcionar corrientes de carga altas, cosa que daña a las baterías, el número de ciclos de vida de los mismos, del orden de millones de veces, no necesitan mantenimiento, trabajan en condiciones de temperatura muy adversas y por último, no presentan en su composición elementos tóxicos, muy común en baterías.
La principal desventaja de los supercondensadores es la limitada capacidad de almacenar energía, y a día de hoy, su mayor precio. En realidad debido a sus diferentes prestaciones, condensadores y baterías no son sistemas que rivalizan entre sí, si no más bien se pueden considerar en muchas aplicaciones como sistemas complementarios donde la batería aporta la energía mientras el supercondensador aporta los picos de potencia

Si Q es la cantidad de carga almacenada cuando el voltaje entero de la batería aparece en los terminales del condensador, entonces la energía almacenada se obtiene de la integral:

Esta expresión de la energía se puede poner en tres formas equivalentes por solo permutaciones de la definición de capacidad C=Q/V.

Los materiales usados como electrodos para supercondensadores son principalmente de tres tipos: óxidos de metales de transición, polímeros conductores y materiales de carbono activados.

Se puede decir que, actualmente, sólo los supercondensadores basados en carbono, o también llamados condensadores de doble capa (double-layer capacitors), han conseguido llegar a la etapa de comercialización.

SOLDADOR ELECTRÓNICO DE PUNTOS

Es la forma mas habitual de y fácil de construir un soldador de puntos a un precio bastante asequible.

Estas configuraciones funcionan durante mucho tiempo y normalmente estas configuraciones son mucho mas optimas y eficientes que los soldadores basados en transformadores de microondas modificados.

La alta temperatura destruye las baterías de litio, por lo que la soldadura tradicional térmica no es una opción, así que esta configuración es perfecta , (es por eso que hay personas que la llaman “soldadura fria” )

El circuito propuesto es el siguiente:

soldador de puntos

Como vemos en el siguiente circuito, el principio es bastante sencillo usando 10 transistores Mosfet del tipo IRF1404 (Vdss=40V, Rds(on)=0.004ohm, Id=162A⑥) en configuración paralelo para controlar la descarga de un supercondensador de 120 Faradio de 15V compuesto por la asociación serie de 5 condensadores de 120F /2.7v , el cual almacena la energía suficiente para producir la chispa que permita realizar la soldadura por puntos.

Las resistencias de 1k y 10K únicamente sirven para asegurar que pase a conducción los transistores, motivo por el cual se usa un pulsador para que conduzca únicamente durante un breve espacio de tiempo en el que se mantenga apretando el pulsador

Aunque el IRF1404 soporta hasta 200W de disipación , el motivo por el que se usan 10 transistores en paralelo es para evitar usar un voluminoso radiador pues en esta configuración la disipación por elemento se divide por 10 ,lo cual hacen innecesario cualquier disipador térmico.

Alternativamente a los supercondensadores se pueden emplear dos viejas baterías de gel de 12V /7Ah , aunque el conjunto ya no sera tan liviano ,pero incluso será mas efectivo dado que no es necesario cargar los condensadores tras cada soldadura pues las baterías almacenan suficiente energía para bastantes soldaduras ( en el montaje de condensadores tras varias descargas si que los es)

El circuito montado, lo podemos ver en la imagen siguiente,donde se observa una peculiaridad importante: dada la gran intensidad que va a pasar por el circuito ,los bornes de las dos conexiones de los mosfet , deben ser metálicos de buena sección para evitar que esto se quemen por el paso de la corriente:

Asimismo los cables de salida del circuito deben ser de una sección adecuada , y deberían terminar en una punta de cobre macizo para facilitar la soldadura

En la imagen se puede ver como se puede soldar dos pequeñas laminas de níquel

Por ultimo en la siguiente imagen podemos ver una versión del conjunto ya montado apreciándose claramente el pulsador de pie, y en este caso el uso de las dos baterías que sustituyen a los supercondensadores dado su mayor autonomía y rendimiento: