Porque mi powerbank no da las cargas esperadas? todo sobre powerbanks, seguridad, calidad, capacidad, fakes

 

Cada vez los teléfonos incluyen mejores pantallas, cámaras y CPUs pero esto conlleva a un mayor consumo energético, y las baterías de los celulares parecen no dar abasto para un dia completo de actividades, los Powerbanks son un accesorio que nos ha facilitado enormemente la vida pero mucha gente ignora detalles sobre la calidad y seguridad de estos.

En este artículo hablaremos sobre el funcionamiento, calidad y precauciones de seguridad en cuanto a los Powerbanks

Estructura basica de un powerbank

Un powerbank estandar consiste principalmente de 3 elementos, la celda interna de litio, la tarjeta con circuitos de carga y control, y una carcaza protectora.

 

 

Celda interna de Iones de Litio

Powerbank con celdas cilindricas 18650

La celda de iones de litio es la que almacena la energia que luego sera usada para cargar los telefonos, segun la capacidad en miliamperios de esta sera la capacidad utilizable para cargar nuestros dispositivos.

Las hay de forma cilindrica como la popular 18650 y prismáticas con mayor densidad energética. La referencia por lo general indica las dimensiones de la celda.

Las celdas cilindricas 18650 nuevas vienen en capacidades desde 1500 hasta 3600 mah, entre sus ventajas estan su bajo costo, mejor disipacion termica y mayor resistencia a explosiones pero tienen poca densidad energetica.

Las celdas prismaticas aprovechan mejor el espacio dando mayor capacidad pero son mas costosas de producir.

Las celdas pueden conectarse en serie incrementando así el voltaje que proveen, o en paralelo incrementando el amperaje, para aplicaciones de elevado amperaje como taladros se usan celdas especiales con electrodos y conexiones de mayor tamano. En los powerbank  por lo general los circuitos de protección de sobrevoltaje, temperatura (NTC) y corto circuito vienen incorporados en la tarjeta de control y no en la celda.

Powerbank con celdas prismaticas

 

Estructura interna de una celda de litio

Las celdas de litio constan de un electrodo Negativo “Anodo” hecho de grafito y de un electrodo Positivo “Catodo” hecho de Oxido de Litio+Cobalto, de la composicion del catodo dependen las propiedades de la celda, entre el Anodo y Catodo ocurre un intercambio de Iones (atomos cargados)que se desplazan por medio del electrolito, este es substancia viscosa que contiene sales de litio en un solvente y facilita este intercambio de Iones (en las baterias de litio-polimero el electrolito es un gel), tambien contiene una barrera separadora semipermeable (polietileno/polipropileno) que permite el paso de solo iones, y una cubierta para aislar el contenido del exterior. Al moverse iones positivos del catodo al anodo por medio del electrolito/membrana separadora, se produce una corriente electrica en los electrodos de la bateria.

 

Tarjeta de control

Powerbank brightside 10000mah tarjeta interna

1-Buck-Boost converter + 2-Inductor, este circuito realiza las conversiones de voltaje necesarias para la carga y descarga de la celda, consta de un integrado que posee un transistor switchable MOSFET(en este caso el IP5306), un condensador externo y un inductor externo(en este caso bobina japonesa de alta calidad-capacidad), entre mayor el tamaño y calidad de este inductor mayor la capacidad de corriente del powerbank (en este caso soporta 5V 2.4A). Al cargar la celda se usa el circuito interno Buck (reductor de voltaje de 5V a 3.7V) y al descargarla el circuito Boost (elevador de voltaje de 3.7V a 5V). Circuitos de calidad poseen eficiencias alrededor de un 90% (91-92% en este caso), circuitos de baja calidad solo un 70% o menos desperdiciando buena parte de la energía en forma de calor.

 

Cargador de la bateria, es un circuito que controla precisamente el voltaje y tasa de carga de la bateria, al comienzo la carga se realiza con corriente costante incrementandose continuamente el voltaje, cuando la celda esta cerca de llenarse la corriente de carga disminuye y pasa a la fase de voltaje constante que es 4.2V en las celdas estandar, 4.35V en algunas de alta capacidad. Este voltaje maximo no debe sobrepasarse, cuando la celda esta totalmente llena este circuito para la carga. En el ejemplo de la foto el cargador de bateria va incorporado en el IP5306.

3-Circuitos de protección de la celda este monitorea continuamente la celda y la protege de sobrecarga, sobredescarga, sobrecorriente, etc. Este integrado va de la mano con un Transistor -switch MOSFET, en este caso se usa el IP3005 que incluye ademas el MOSFET.  En powerbanks de alta capacidad con multiples celdas este integrado incorpora también circuitos de balanceo de las celdas (sincronizar cargas-descargas entre ellas). Parte del circuito de protección está el NTC que en caso de detectar altas temperaturas aísla el circuito de la celda.

4-Display + 5-Integrado controlador de display, Algunos powerbank incorporan también un controlador del indicador LED o LCD, en otros este circuito están integrados con el IC BOOST/BUCK converter.

6-Integrado controlador de protocolo de carga, en powerbanks con sistema Quick charge o USB PD se incluye un integrado que maneja la configuración del sistema de carga rápida con los telefonos. En el powerbank de la foto la configuracion USB se maneja por medio de resistencias

 

Capacidad celda interna vs miliamperios usables, porque mi powerbank no me da las recargas esperadas?

Es practica en la industria dar la capacidad en miliamperios de la celda interna (a 3.7Voltios) y no la capacidad utilizable en la salida USB (a 5V o mas voltios).

Supongamos que tenemos un powerbank con una celda interna de 10000 mah (10A) de capacidad y para efectos prácticos un 100% de eficiencia. La capacidad en vatios de esta celda sería 37W ( 3.7V x 10A ). Al hacer la conversion en la salida USB a 5 Voltios, por simple ley de la conservación de la energía el vatiaje de 37W no cambia, pero los miliamperios si, a 5 Voltios el amperaje seria 7.4A (7400mah) ya que 5V x 7.4A = 37W, a mayor voltaje menor los miliamperios.

En el mundo real habría que restarle a estos 7400mah las pérdidas ocurridas en el circuito conversor de voltaje 3.7 a 5V que en powerbanks de muy alta calidad varía entre un 90-93%, la capacidad usable en nuestro ejemplo ya sería 7400mah – 740mah de perdidas = 6660mah en un powerbank de calidad.

En powerbanks de baja calidad estas pérdidas pueden llegar hasta un 30% o mas asi que la capacidad se vería reducida a 5180mah, esto suponiendo que la celda fuera realmente de 10000 mah pero muchos powerbanks económicos engañan con la capacidad de la celda así que la capacidad utilizable disminuye aún mas.

Para rematar, en la transmision por el cable de carga y el proceso interno de carga en el telefono podemos esperar perdidas adicionales entre un 5 y un 10%.

Para poder obtener al menos 2 cargas o mas recomiendo comprar Powerbanks de al menos 8000 mah de capacidad de celda real, y con eficiencia mayor a un 85%.

Test celda 10000mah brightside

Test celda 10000mah brightside

(PENDIENTE SUBIR RESULTADOS TEST A 5V, LISTA SALIDAS AMPERIOS 5V SEGUN CAPACIDAD

 

Que mirar en un powerbank

Lastimosamente testear varios parametros de los powerbank requieren herramientas especializadas, lo primero que debe mirarse es la capacidad real de la celda, escoger la mayor posible que se mantenga en tu presupuesto y peso-tamano aceptable. Mirar tambien el tipo de entrada y salida (tipoC-microusb-lightning) sea compatible con tus dispositivos y cargadores. Verificar tambien la corriente de salida ya que entre mayor sea esta mas rapido cargaran tus equipos, y por el ultimo que sean de bajo ruido electrico en el voltaje de salida (menor a 5% PK-pk) para asi alargar la vida util de la bateria y circuito de carga de tu telefono

Con un powermeter(calibrado) y una resistencia variable puedes testear facilmente la capacidad usable de un powerbank

 

ENGAÑOS CON LOS POWERBANKS

El engaño mas comun es marcar una capacidad mayor de la real de la bateria, en la experiencia que tengo en la industria veo que pasa frecuente con la mercancia enviada a Africa y Surmerica, a veces marcan mas del doble de capacidad falsa. En otros powerbanks economicos usan celdas de segunda mano, por lo general extraidas de portatiles viejos. Algunos powerbanks muy economicos reemplazan algunas de las celdas internas por celdas rellenas de arena, para “darles peso”. Tambien sucede que copian marcas y disenos conocidos como las SONY y Xiaomi y obtienes al final un producto de baja calidad y eficiencia ademas de posiblemente peligroso.

 

PRECAUCIONES

Las celdas de litio son muy sensibles al alto voltaje, jamas deben sobrepasar el voltaje maximo indicado que puede ser 4.2V en celdas estandar y 4.35V en nuevas celdas de mas capacidad. La sobredescarga tambien las afecta, no deben dejarse por mucho tiempo descargadas ya que despues no se van a poder cargar. El calor tambien afecta su duracion, tratar de almacenarlas en un sitio con temperatura moderada. Bajas temperaturas reducen el rendimiento.

Las celdas de litio pierden capacidad con el tiempo, incluso sin usarse. Es mejor no comprar celdas que han estado varios anos almacenadas ya que la capacidad va ser menor,  si las va a almacenar por largos periodos hagalo en un sitio fresco y libre de humedad, y cargela a una capacidad  de 50% aproximada.

luego de multiples cargas/descargas pierden capacidad ya que el grafito del catodo se fractura perdiendo su capacidad de mantener iones de Litio.

Las celdas de litio no deben ser perforadas ya que escaparía el electrolito y solventes siendo estos peligrosos además de posibilidad de incendiarse. Tampoco deben ser deformadas, no debe sobrepasarse el voltaje maximo de descarga.

El movimiento de Iones dentro de la celda genera calor, a mayor velocidad de carga/descarga mayor calentamiento, no sobrepasar las especificaciones del fabricante

No exponerlas a corto circuito ya que la celda se calentaria rápidamente y se incendiaria.

Algunos powerbanks usan tarjetas internas de baja calidad y producen una salida de voltaje con demasiado ruido electrico, esto al igual que un mal cargador reduce la vida util de la bateria y del circuito de carga de tu celular.

Para poder exportar y transportar celdas de litio y powerbanks el fabricante debe proveer ciertas licencias y certificaciones de test de seguridad para poder embarcarlas sea por aire o barco, muchas fabricas y comerciantes inescrupulosos falsifican los permisos, o las exportan de contrabando.

Los powerbank brightside que fabricamos poseen multiples certificaciones de seguridad para uso y transporte

1 pensamiento en “Porque mi powerbank no da las cargas esperadas? todo sobre powerbanks, seguridad, calidad, capacidad, fakes”

  1. Hola Hugo! Excelente trabajo, gracias por compartir la información. Tengo una consulta, ¿me puedes decir cuáles son esas certificaciones que indicas con una imagen en “precauciones”? Veo que está la hoja de seguridad y test report UN38.3 pero, las otras 3 cuáles son?

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