Cuando quieres hacer un proyecto con ESP8266 que sea realmente inalámbrico necesitas utilizar algún tipo de batería.

Hace unos días recibí una consulta de alguien que quería diseñar un sensor que enviara un dato a un servidor MQTT cada 5 segundos. No tenía problema en conectar una batería grande, de unos 10000 mAh pero necesitaba una duración lo más larga posible puesto que iba a colocarlo en un lugar un tanto inaccesible. Pues incluso con esa batería no duraría mas de 15 días.

Y es que en un primer momento esto parece sencillo. Una batería con tensión suficiente, una placa con circuito de carga y listo ¿no?. Pues depende de cuánto quieres que dure la batería. Si te conformas con cargarla cada pocos días sí, eso es suficiente. Pero si necesitas que dure lo máximo posible, meses o incluso años, tienes por delante todo un reto.

La primera decisión que debes tomar es qué tipo de batería utilizar. El ESP8266 necesita una tensión de entrada de entre 3.0 V y 3.6 V.

Comparar la capacidad de baterías con diferente tensión

Cuando se da la capacidad de una batería es habitual hacerlo en unidades de mAh. Esto puede inducir a errores porque cuando queremos comparar baterías diferentes este dato solamente sirve si esas baterías tienen la misma tensión nominal.

Podemos decir, por tanto, que una batería de 2000 mAh tiene más capacidad que una de 1600 mAh. Solamente podemos estar seguros de que esto es cierto si ambas baterías son del mismo tipo.

Ya te digo que una batería LiPo de 2000 mAh no tiene la misma capacidad que una alcalina de 2000 mAh. Esto se debe a que tienen tensiones diferentes.

La unidad de Ah es una unidad de carga eléctrica y depende de la corriente, por lo que no dice nada de la tensión.

En cambio la unidad de Wh es una unidad de energía que depende de la potencia, y la potencia equivale a la tensión por la intensidad según la Ley de Ohm, por lo que esta unidad tiene en cuenta tanto la corriente como la tensión.

Pasar de Ah a Wh es muy sencillo si sabemos la tensión nominal de la batería. Simplemente multiplicaremos el dato de Ah por la tensión indicada en la batería. Por ejemplo, una batería de 2800 mAh y 3.7 V tiene una capacidad de acumulación de energía de 10360 mWh, o lo que es lo mismo 10.36 Wh. Otra batería de 12 V con los mismo 2800 mAh de capacidad tendrá 33600 mWh, o 33.6 Wh.

Con el valor en Wh sí se pueden comparar baterías diferentes.

Baterías LiPo

Las baterías más habituales en este tipo de proyectos son las de polímero de iones de litio (LiPo). Tienen una tensión nominal de 3.7 V pero cuando están cargadas al máximo pueden llegar a 4.2 V y se consideran completamente descargadas a unos 3.4 V. Una gran parte del rango de este tipo de baterías excede los valores del ESP8266.

A continuación tienes la curva de descarga de una batería con formato 18650 y una capacidad de 2800 mAh, con una corriente de descarga de 80 mA.

Para solventar esto se utilizan reguladores de tensión, que convierten el voltaje de la batería al que necesita nuestro circuito. Los reguladores tienen un consumo intrínseco que los fabricantes suelen dar en forma de valor de eficiencia, es decir, la relación entre la corriente que ofrecen respecto a la que consumen. También hay que tener muy en cuenta cuánto consumen cuando estén en reposo. Este parámetro oscila entre unos pocos microamperios hasta varios miliamperios. Eso son mil veces más.

Las baterías LiPo se ofrecen en muchísimas formas y tamaños, algo que puede tener relevancia también en tu proyecto. Uno de los factores de forma es el 18650 (estos números indican las medidas: 18 mm de diámetro y 65 mm de largo), que ofrece una capacidad de unos 2000 a 3000 mAh, que equivale a 7.4 a 11.1 Wh.

Estas baterías tienden a comportarse de forma inestable cuando salen de sus márgenes de trabajo, por lo que hay que tener que tener cuidado de que no excedan sus valores de carga máxima o mínima o de temperatura.

Es muy importante que nunca, repito, NUNCA intentes manipular una batería de litio. Puedes provocar un fuego difícil de sofocar.

Baterías alcalinas

Otro tipo de batería muy común son las baterías alcalinas no recargables. Éstas ofrecen una tensión de 1.5 V por lo que tendrás que colocar al menos 3 en serie para alcanzar los 4.5 V. Una batería recargable puede llegar a los 1.55 V completamente cargada y 1.0 V cuando está descargada, por lo que en tu conjunto de 3 baterías tendrás entre 4.65 y 3 V. Te hace falta también un regulador del mismo tipo que con las baterías LiPo.

A continuación puedes ver la curva de descarga de unas baterías alcalinas, en este caso 2. La tensión es menor de los 3.3 V que hacen falta, sí. En otra ocasión te enseñaré qué tienes que utilizar para conseguir esto. Como ves, la duración ha sido de 17 horas con una corriente de carga de 80 mAh a una tensión de 3.3 V, lo que equivale unos 4.5 Wh.

Las baterías alcalinas se ofrecen en varios tamaños, el más habitual el el AA o 14500 (14 mm de diámetro y 50 mm de largo), con una capacidad de unos 2800 mAh, equivalente a 4.2 Wh.

Un problema que puedes encontrar en este tipo de baterías es que entregan menos energía si se la pedimos muy rápido, es decir tendrán menos capacidad aparente cuanta más corriente les pidas.

Baterías de níquel metal hidruro

Las baterías de níquel metal hidruro o NiMH son baterías recargables que se utilizan como sustitución de las alcalinas no recargables en algunos usos. Están disponibles en los mismos tamaños que las alcalinas.

Tienen una tensión nominal algo menor, de 1.2 V. Oscilando entre 1.4 y 1 V y tienen una capacidad de unos 2000 mAh, que equivale a 2.4 Wh.

No he tenido buenas experiencias con este tipo de baterías, aunque he visto opiniones diferentes en algunos sitios por lo que puedes probar si crees que este tipo de baterías pueden adaptarse a tu proyecto.

El principal problema que he observado es que se descargan con cierta velocidad si no se usan, por lo que en aplicaciones de muy bajo consumo no creo que duren mucho a pesar de su capacidad.

Necesitarás al menos 4 baterías en serie para conseguir la tensión suficiente para atacar a un regulador. Puedes intentarlo con 3 pero no puedo trasmitirte buenas experiencias en este sentido.

Baterías LiFePo4

Las baterías de litio-ferrofosfato son parecidas a las LiPo tradicionales. Su tecnología y uso son similares pero tienen algunas diferencias.

La primera es la tensión que proporcionan. Su tensión nominal es de 3.2 V y su rango oscila entre los 3.6 y los 2.5 V, pero ofrecen la tensión nominal de forma muy estable durante una gran parte de su ciclo de descarga. Por esto son unas pilas muy adecuadas para alimentar un ESP8266 directamente, sin necesidad de regulador.

Ésta es la curva de descarga de una batería LiFePo4 con formato 14500 y una capacidad de 600 mAh con una corriente de descarga de 80 mA.

En contrapartida estas baterías tienen menor capacidad que las baterías LiPo a igualdad de tamaño. Una de tipo 18650 tiene unos 1500 mAh o 4.8 Wh.

Las baterías LiFePo4 se usan bastante en la industria de la automoción porque tienen mucha menor tendencia a inflamarse cuando se sobrecargan. Esto es algo a tener en cuenta.

FOTO LIFEPO4

Baterías LTO

Las baterías de titanato de litio son un tipo de baterías que aún no están muy extendidas, pero lo serán pronto porque tiene muchas ventajas.

La principal diferencia es que su tensión nominal es de 2.4 V, que proporcionan de forma muy estable. Tienen una capacidad de carga inferior, en tamaño de 18650 tienen una capacidad de 1500 mAh ó 3.6 Wh. Pero ahí se acaban sus inconvenientes.

Son unas baterías muy seguras. Puedes encontrar vídeos donde taladran una de estas baterías y sigue funcionando sin que aparezca ningún humo. De todas formas le sigo teniendo respeto a las baterías.

También aguantan un enorme número de ciclos de carga descarga sin degradarse. Y algo muy importante para algunos usos: soportan unas corrientes de carga y descarga enormes comparadas con otros tipos de batería. Por lo que pueden entregar su energía de forma muy rápida y cargarse completamente en minutos.

La industria de la automoción le ha echado el ojo a estas baterías por estas características. Probablemente tu próximo coche eléctrico usará baterías LTO.

Como la tensión es inferior a lo que necesita un ESP8266 tendremos que utilizar dos baterías en serie para conseguir 4.8 V. Y mediante un regulador conseguiremos bajar la tensión a los 3.3 V

Tabla resumen

Tipo de bateríaTensiónCapacidadNúmero de celdasNecesita regulador
LiPo4.2 - 3.49 Wh (18650)1 (9 Wh)
LiFePo43.6 - 2.55 Wh (18650)1 (5 Wh)No
LTO2.6 - 1.83.5 Wh (18650)2 (7 Wh)
Alcalinas1.5 - 1.04 Wh (14500 - AA)3 (12 Wh)
NiMH1.4 - 1.02.4 Wh (14500 - AA)4 (9.6 Wh)

Conclusión

No te puedo dar una opinión objetiva porque la elección depende mucho del tipo de proyecto.

Mi elección para proyectos sencillos es sin duda una batería LiFePo4. No tener que añadir un regulador y poder alimentar el microcontrolador directamente a través de la entrada de 3.3 V hace que te quites muchos problemas. Añade un condensador electrolítico de 470uF cerca de la entrada de alimentación del ESP8266 y ya tendrás todo.

Si necesitas mucha autonomía un par de celdas LiPo con un regulador te darán tiempo de uso para rato.

No he probado aún las baterías LTO, pero pueden ser una buena elección cuando las baterías pueden estar expuestas a temperaturas extremas, ya que funcionan bien entre -30 y 55ºC.