Carga de baterías

Es raro tener hoy algún dispositivo que no tenga una batería recargable, ya sea el coche, el móvil o cualquier otro dispositivo que funcione con batería recargable.

Desde aquellas baterías de NiCd que tenían el temido efecto memoria, ha llovido mucho y ahora disponemos de distintas tecnologías que o tienen un efecto memoria muy reducido (Ni-MH o níquel-metal hidruro) o directamente ya no tienen efecto memoria como las de ion de litio (Li-Ion) de nuestros móviles.

Esto último es importante recordar: las baterías de Li-Ion, las de nuestros móviles, no tienen efecto memoria. Por tanto no es necesario esperar a que se descarguen por completo para cargarlas, es más, estas baterías no se pueden descargar por completo porque se estropean.

De las baterías siempre hay un dato que nos habla de su capacidad: los miliamperios-hora (mAh). Básicamente consiste en la corriente que puede suministrar una batería para quedar descargada en una hora. Por sí solo este dato no nos indica la cantidad de energía que puede almacenar una batería, el otro dato necesario es la tensión nominal que en los móviles suele rondar los 3,7V. Lo de que los cargadores sean a 5V era una cuestión práctica por los siguientes motivos (entre otros):

• Se necesita una tensión de carga superior a la tensión de la batería para realizar la carga.
• 5V era un valor típico en la industria electrónica: la electrónica para conseguir 5V/1A era ya hace 20 años muy barata, fiable y eficiente.
• Se sumaba que 5V era la tensión de trabajo del que ya empezaba a ser ubicuo USB.

Que los fabricantes se pusieran de acuerdo en utilizar el USB como estándar de carga fue en gran medida por abaratar costes, aunque nos lo vendieran como que sólo buscaban facilitar la vida a los usuarios, que probablemente también tuvo su peso.

Y ya tenemos un poco el lío montado, porque calcular el tiempo que va a tardar en cargar la batería del móvil se vuelve una misión imposible por la cantidad de datos que desconocemos.

Para empezar necesitamos saber la energía que es capaz de almacenar nuestra batería, podemos poner que la batería del móvil sea de 3,8V/3000mAh:

E = P \cdot t = V \cdot I \cdot t = V \cdot (I \cdot t) \\\mathstrut\\
E = 3.8V \cdot 3000mAh = 11400mWh = 11.4Wh

La energía es potencia por tiempo, la potencia eléctrica es tensión (V) por corriente (I), como nos dan la capacidad de la batería como mAh, tenemos que nos están dando el producto de corriente (mA) por tiempo (h).

Si tenemos un cargador que da 5V y 1A podemos decir que tiene una potencia igual a 5W:

P = V \cdot I = 5V \cdot 1A = 5W

Y finalmente para saber cuanto tiempo tardará en cargar la batería por completo:

t = E / P = 11.4Wh / 5W = 2.25h

Es decir, poco más de dos horas y cuarto.

Hay que tener en cuenta que en estos cálculos estamos obviando las perdidas que pueden tener los circuitos de carga además del consumo del propio móvil, que a veces no es nada despreciable.

Un powerbank sencillo suele utilizar una batería 18650. Su tensión típica es de 3,7V, y la capacidad máxima de dichos elementos suele rondar los 3000mAh. La electrónica que llevan es sencilla y dispone de un circuito de carga y otro para suministrar 5V a un puerto USB estándar.

En el caso de cargar el móvil con un powerbank podemos obviar su interior, ya que el puerto USB nos dará 5V y sólo deberemos averiguar la corriente de carga, que podremos suponer en la mayoría de los casos de 1A.

Sin embargo hay cargadores que se anuncian como rápidos. Estos cargadores corresponden a distintos estándares propietarios como el Quick Charge de Qualcomm o el USB Power Delivery (USB-PD) que es un estándar no propietario.

Dichos estándares de carga rápida se basan en aumentar las corrientes de carga, superando los 5W de los primeros “cargadores rápidos” (el estándar USB 1.1 era 5V/500mAh, 2,5W). Primero se hizo que pudieran cargar a 5V/2A, y luego se mejoro aumentando la tensión de carga.

Aumentar la tensión de carga es una buena idea porque sin aumentar la corriente estamos aumentando la energía transferida y lo más importante: la temperatura de la batería depende directamente de la corriente de carga, sin embargo la tensión de carga apenas afecta a la temperatura de la batería. Así nos encontramos con cargadores que nos entregan una tensión y corrientes que se ajustan al estado de la batería eligiendo los valores que cargarán la misma de la forma más rápida sin incrementar demasiado su temperatura, lo que alarga su vida útil.

En estos casos deberemos saber qué estándar de carga soporta nuestro móvil y comprar el cargador y cable adecuados. En el estándar de Qualcomm tenemos QC1 que nos brinda hasta 10W, QC2/3 que aumenta a 18W  y los recientes QC4 y QC4+ que basados en USB-PD que nos dan 28W y 45W según algunas fuentes. Conociendo la potencia máxima ofrecida por el cargador ya podemos calcular el tiempo de carga… pero nunca será exacto, ya que la potencia entregada por el cargador se ajustará constantemente a las necesidades de nuestra batería.

Para saber cómo carga nuestro móvil con nuestro cargador es muy útil disponer de un tester usb:

Son aparatos baratos, es fácil conseguirlos por menos de 5€ y nos ayudará a saber si necesitamos un cargador/cable de carga nuevos. Me he encontrado con un cargador que puede cargar el móvil a 5V/1A pero por culpa de un cable malo/defectuoso sólo cargaba a unos pocos miliamperios-hora.

Sólo queda comentar el porqué se indica la capacidad de la batería en mAh. Es muy simple, un circuito alimentado por una batería tiene la tensión ya definida por ésta. Por tanto con conocer el consumo del circuito sabemos rápidamente la autonomía que nos da la batería… el mundo de los móviles y gadgets tan sólo ha heredado, una vez más, la nomenclatura que se utilizaba en electricidad/electrónica.

Entrada inspirada en mis comentarios en la review de Guti de un powerbank de 8000mAh.