¿Existen baterías de corriente constante? Si no es así, ¿por qué no? Si no, ¿por qué no son muy comunes en el mercado?
No estoy hablando de una fuente de corriente ideal. Pero debería ser una fuente de corriente constante para pocos valores (carga, tensión o algo así). "Fuente de 1mA con una tensión máxima en los terminales de 20V" o algo así (no estoy seguro de las especificaciones).
¿Existen baterías de corriente constante?
[Se utiliza "batería" en lugar de "célula" en muchos lugares].
Esencialmente, no.
Se podría fabricar fácilmente una pila que tuviera esa característica añadiendo componentes electrónicos en la carcasa de la pila, y "por puntos extra" se podría idear una que hiciera un buen trabajo electroquímico de limitación de corriente a una corriente máxima diseñada, que sería entonces una pila de corriente constante. Pero tales dispositivos son raros o inexistentes.
Se puede hacer que una batería se aproxime a una fuente de corriente constante añadiendo una resistencia en serie -cuanto mayor sea la resistencia, mejor será la aproximación- y menor la corriente. Así, las baterías muy descargadas, con altas resistencias internas, son mejores aproximaciones a las fuentes de corriente constante que las cargadas total o parcialmente.
Una célula fotovoltaica cargada más allá de su punto de máxima potencia también actúa como un dispositivo de corriente constante. Es discutible si eso se puede considerar una "batería".
Imagen de Wikipedia - MPPT
Características V/I de una "célula solar". En este caso, para tensiones inferiores a unos 0,35 V, a medida que aumenta la carga, la tensión cae con una corriente aproximadamente constante. La familia de líneas muestra la salida a varios niveles de luz.
Las baterías tampoco son dispositivos de tensión constante (véase más abajo)
Si no es así, ¿por qué?
La respuesta es sencilla: Hay formas mucho mejores de implementar fuentes de energía de corriente constante cuando se requiere.
Una batería es esencialmente una fuente de energía con un perfil definido de voltaje y corriente en su rango de descarga. A excepción de las celdas de referencia extremadamente especializadas, como la "Weston Cell", que están diseñadas para ser fuentes de tensión constante, las baterías tampoco son fuentes de tensión constante: su tensión disminuye tanto con el aumento de la carga como con la disminución del estado de carga. Aunque una batería puede optimizarse para producir una curva de tensión frente a descarga más plana, el principal objetivo habitual del diseño de una batería es optimizar una combinación de densidad energética*, densidad de potencia*, velocidad de descarga, velocidad de recarga, longevidad y rentabilidad [*tanto por masa como por volumen]. La constancia de la tensión de descarga es útil, pero tiende a situarse por debajo de la mayoría de estos otros factores. Una batería de plomo-ácido es una aproximación razonable a una fuente de tensión constante, pero su sustituto preferido, el LiIon, lo es mucho menos (rango de descarga de 4,2 a 3V o disminución del 29% desde la carga completa).
El suministro de energía de corriente constante es mucho menos útil y puede ser incluso menos eficiente en términos de los parámetros de diseño habituales mencionados anteriormente.
Cuando se necesita una fuente de corriente constante, puede implementarse electrónicamente de forma que se optimice una combinación de precisión, eficiencia energética y coste, según sea necesario, y el resultado será mucho mejor que el que se podría conseguir electroquímicamente. Esto permite optimizar el diseño de la batería en función de su capacidad de suministro de energía.
Una fuente de corriente constante tiene, por definición, una alta tensión de circuito abierto y funciona con poca o ninguna tensión de salida si se necesita cuando está muy cargada. La eficiencia energética de un producto electroquímico con esta característica sería abismal a bajas resistencias de carga, ya que la mayor parte de la energía producida tendría que disiparse dentro de la batería. La única alternativa sería reducir de algún modo el electropotencial de las "reacciones motrices" cuando la corriente de carga superara la corriente de diseño. Es posible que los alquimistas hayan sido capaces de conseguirlo, pero la ciencia moderna puede ponerlo en entredicho.
Relacionado:
Células de tensión constante:
Wikipedia - Célula de Weston
Camión feo
Aunque las pilas no son las fuentes de tensión ideales, son mucho mejores como fuente de tensión constante que como fuente de corriente constante.
Gracias por la respuesta. Dado que se trata de un elemento de circuito básico, alguien habría intentado fabricar uno. ¿Alguna información?
@nidhin - No hay que intentar, sólo hacer - véase la respuesta anterior. Re "¿alguna información?" - ver respuesta anterior.
Russell está en lo cierto para las baterías electroquímicas convencionales, lo que tiene sentido porque la electroquímica funciona con voltajes.
Sin embargo, hay algo que se considera una batería que intrínsecamente produce una corriente constante. Véase esta presentación .
Betavoltaico se basan en fuentes radioisotópicas como el tritio. Incluso hay algunos productos comerciales, aunque no está claro que su sitio cuáles son las características I-V.
Por lo tanto, existe una batería de corriente constante y está en camino de salir al mercado.
@nidhin - Se aplica mi 1ª respuesta resumida, es decir, "Esencialmente no". | En camino al mercado desde 1968: 1968-74: El Dr. Larry Olsen de los laboratorios Douglas desarrolló la primera batería betavoltaica semicomercial (BetaCel). | Abandonó el mercado: La energía betavoltaica se inventó hace más de 50 años. Los primeros marcapasos utilizaban baterías betavoltaicas basadas en Promethium,[3] pero se fueron retirando a medida que se desarrollaban baterías de iones de litio más baratas. || es.wikipedia.org/wiki/Betavoltaica || Disponible 2012 - 6-8 semanas de plazo de entrega, 1000's de $. Nanovatios de potencia - ...
Quizás esto sea hacer trampa, pero cualquier batería con una resistencia interna muy alta conectada a una carga con una resistencia proporcionalmente menor es una buena fuente de corriente constante. El esquema ilustra un ejemplo algo extremo:
La corriente está limitada principalmente por la resistencia en serie de 9,9M y los cambios en la resistencia de la carga tienen poco efecto. Incluso si la carga incluye fuentes de tensión inferiores a 10V la corriente es constante dentro del 1%.
Las pilas suelen ser muy buenas fuentes de tensión porque su resistencia interna está diseñada para ser bastante baja. Su salida disminuirá con la carga suministrada, pero la baja resistencia interna no da lugar a una gran variación de la tensión de salida con la resistencia de la carga, siempre que ésta sea grande en comparación con la resistencia interna.
Una fuente de corriente constante mucho más simple y bastante precisa puede hacerse a partir de un amplificador de instrumentación con una resistencia en serie con la salida y el lado lejano atado a la entrada REF. El amplificador tratará de mantener una tensión constante a través de la resistencia, lo que resulta en una corriente constante a través de ella que puede ser dirigida a la carga
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