Chispa al conectar la batería: el papel de los condensadores del controlador

La chispa que salta al conectar una batería grande a un patinete no es un defecto: es la carga, en una fracción de segundo, de los condensadores situados en la entrada del controlador. Estos condensadores son indispensables para el funcionamiento del controlador. La chispa, en cambio, no lo es: con el tiempo, corroe los conectores y fatiga los condensadores. Aquí explicamos qué hacen, por qué provocan esta chispa y cómo cuidarlos.

Por qué un controlador necesita condensadores

El controlador no extrae una corriente regular de la batería. Sus transistores conmutan decenas de miles de veces por segundo: en cada conmutación, la corriente demandada en la entrada pasa bruscamente de un valor a otro. Esta corriente picada se denomina corriente de rizado.

Los cables que vienen de la batería tienen una inductancia: se oponen a las variaciones rápidas de corriente. Sin un depósito local, cada conmutación haría caer o disparar la tensión en los terminales de los transistores, con picos que podrían destruirlos. Los condensadores, soldados lo más cerca posible del puente de transistores, suministran estos impulsos y absorben los retornos. Vista desde la batería, la demanda se vuelve casi continua.

Esta guía complementa nuestra visita al interior de un controlador de motor, que presenta el puente de transistores y sus otros componentes.

Qué hace que un condensador se caliente y envejezca

Un condensador real no es perfecto: presenta una pequeña resistencia interna, llamada ESR (resistencia serie equivalente). La corriente de rizado que lo atraviesa produce calor, proporcional al cuadrado de esta corriente. Por lo tanto, las fichas técnicas indican, además de la capacidad y la tensión, una corriente de rizado máxima admisible.

En los controladores de patinete, se encuentran sobre todo condensadores electrolíticos de aluminio, a veces asociados a condensadores cerámicos o de película. Los electrolíticos contienen un electrolito líquido que se evapora lentamente, tanto más rápido cuanto más calientes estén. Con el tiempo, su capacidad disminuye y su ESR aumenta: filtran peor y se calientan más, un círculo vicioso.

Tres elementos determinan su vida útil:

• la temperatura: un condensador pegado a un disipador caliente o encerrado sin aire envejece mucho más rápido;
• la corriente de rizado, que depende de la corriente demandada al motor y de la forma en que el controlador conmuta;
• el margen de tensión: un condensador utilizado cerca de su tensión nominal, con los picos de frenado por encima, sufre más que un condensador ampliamente dimensionado.

Un condensador al final de su vida útil puede hincharse (la parte superior abombada), tener fugas o simplemente dejar pasar más rizado, lo que se traduce en fallos aleatorios y transistores que sufren.

La chispa al conectar, explicada

En reposo, con el controlador desconectado, los condensadores están vacíos. En el momento en que el conector de la batería entra en contacto, se encuentran conectados directamente a una fuente de varias decenas de voltios. Un condensador vacío se comporta, en el primer instante, casi como un cortocircuito.

La corriente de irrupción está limitada solo por las resistencias del circuito: la de las celdas, del BMS, de los cables, del conector y de los propios condensadores. En una batería potente, todas estas resistencias son bajas, precisamente para dejar pasar mucha corriente. Por tanto, la corriente de irrupción alcanza valores muy elevados durante un tiempo muy corto, y el arco eléctrico salta entre las dos partes del conector que se acercan.

Cuanto mayor sea la tensión de la batería y mayor sea la capacidad total del controlador, más fuerte será la chispa. Un patinete con dos controladores acumula los condensadores de ambos.

Por qué la chispa daña los conectores

Un arco eléctrico funde localmente el metal. En cada conexión, deja pequeños cráteres y depósitos negros en las superficies de contacto del conector. La superficie realmente en contacto disminuye, la resistencia del conector aumenta y se calienta más bajo una corriente fuerte. Tras muchas conexiones, un conector de batería picado y ennegrecido puede calentarse hasta el punto de ablandar su plástico.

El choque de corriente también fatiga los condensadores y puede, en algunos montajes, hacer que reaccione la protección contra cortocircuitos del BMS, que entonces corta la batería al conectarla. Nuestra guía cables y conectores de potencia explica cómo elegir y mantener estos conectores, y nuestra guía sobre la precarga y el anti-chispa presenta las soluciones para eliminar el arco.

Longitud de los cables y rizado

Cuanto más largos sean los cables entre la batería y el controlador, mayor será su inductancia y más tendrán que suministrar los condensadores por sí solos los picos de corriente. Una batería externa conectada por un cable largo, o un controlador alejado de la batería, añade por tanto tensión a estos condensadores. Las buenas prácticas:

• acortar al máximo los cables de la batería;
• mantener el cable positivo y el cable negativo uno al lado del otro, o incluso trenzados, para reducir la inductancia del bucle;
• cuando el alargamiento sea inevitable, pedir consejo a un especialista: algunos montajes añaden capacidad lo más cerca posible del controlador.

En el lado del motor, los cables de fase no pasan por los condensadores, pero deben permanecer apretados y bien conectados: este es el papel de los conectores de fase dimensionados, como los bullets AMASS 8 mm que montamos en nuestros motores MHS, MHT, XHS y XHT.