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Vehiculo Personal Electrico

Les presento a RoseWheel, un vehiculo auto-balanceado electrico implementado por cuatro estudiantes de Ingenieria (Brazileños y Franceses) como parte de un concurso en el marco de Telecom ParisTech.

El mismo puede ser controlado remotamente vía BlueTooth usando un teléfono celular con Android.

El vehiculo fue construido a partir del zzaag project y se realizo la adaptación para que puede ser controlado remotamente para el transporte de cargas.

El hardware y software desarrollado se encuentra totalmente liberado y pueden consultarlo en la pagina oficial de RoseWheel.

Arquitectura del Hardware

Arquitectura del Software

Limitaciones:

  • Máxima Carga: 90 kg
  • Máxima Velocidad: 20km/h
  • Punto G: La carga debe estar a una altura comparable a ala se un ser humano.

¿Como Cargar una Bateria de Plomo Acido?

como cargar bateria

La carga de una batería es el proceso inverso de la descarga y, por lo tanto, debemos devolverle la misma energía que le fue extraída más (y aquí viene algo que solemos olvidar) un porcentaje adicional. ¿Por qué un porcentaje adicional y no exactamente lo que le sacamos? Porque, como toda máquina del mundo real, su rendimiento no es 1 (o 100%), si entendemos por este término a la relación entre la energía entregada en la descarga y la devuelta en la carga.

Valores típicos de rendimiento para las baterías de plomo-ácido son los siguientes: 80 a 85% para baterías de electrolito líquido o abiertas y 90 a 95% para baterías selladas. Las variaciones de estos porcentajes se deben a las distintas modalidades de carga y descarga con las que podemos encontrarnos de acuerdo con la aplicación. Dicho esto, vamos a la pregunta concreta

¿Cómo Cargamos una Batería?

La respuesta es que existen varios métodos de carga, entre los que citamos:

  • Suministrar corriente constante
  • Suministrar tensión constante
  • Suministrar una tensión creciente con corriente decreciente.

¿Y cuál es el que más conviene?

Digamos, en primer lugar, que el tercer método debería descartarse porque corresponde a cargadores muy elementales, sin ningún tipo de control electrónico. La mayoría de los cargadores de bajo costo son de este tipo y no son aptos para una batería que pretendemos que nos dure lo que nos dice el fabricante, por ejemplo, cinco años.

La mayoría de las baterías no fallan cuando se las usa como tales, es decir, entregando corriente durante un cierto tiempo. Por el contrario, se les hace daño al cargarlas con cargadores inadecuados como estos que mencionamos. Se trata de cargadores que al no tener ningún tipo de regulación, cargarán según como esté la red. En lugares donde la red esta baja, simplemente, no cargarán nada. Y cuando la red esté alta, provocarán una sobrecarga. Y, cuando la red esté normal cargarán en un tiempo mucho más largo del razonable.

Nos quedan, entonces, los primeros dos métodos. El cargador ideal es el que combina ambos métodos. A este tipo de equipo se lo suele designar como “cargador de corriente constante-tensión constante” o “cargador de tensión constante con corriente limitada”. Es muy frecuente encontrar esta denominación en los manuales de baterías.

¿Cómo funciona un cargador de este tipo?

El proceso es así: en un primer estado, al inicio de la carga, entregará corriente constante, manteniéndose así hasta que la batería alcance un determinado nivel de tensión. A partir de ese momento, el cargador pasará a un segundo estado en el que mantendrá constante ese nivel de tensión. Al mantenerse estable la tensión, la corriente comenzará a disminuir hasta que, al cabo de un tiempo, habrá llegado hasta un valor mínimo que también se mantendrá aproximadamente estable. Este será el momento de considerar cargada a nuestra batería y un cargador correctamente diseñado debería desconectarse indicando “fin de carga”.

Pero hay otra posibilidad, muy útil cuando se trata de baterías que, luego de cargadas, no serán utilizadas por algún tiempo. Esta es que, al finalizar la carga, el cargador pase a un tercer estado, también de tensión constante, pero de un nivel más bajo, denominado tensión de flotación. ¿Qué función cumple este estado de funcionamiento de un cargador? Mantiene la batería perfectamente cargada, compensando su auto-descarga. Y, entonces, estaremos seguros que, el día que la necesitemos, nuestra batería estará perfectamente cargada.

Este tipo de cargador es totalmente adecuado para cualquier batería de electrolito líquido y también para baterías selladas que se utilizan en aplicaciones de ciclado. Los valores de ajuste del mismo pueden llegar a ser diferentes según el tipo de batería a utilizar pero los estados de funcionamiento son los mismos.

¿Cómo sabremos cuando la batería ya está cargada?

Es una de las preguntas más frecuentes y engorrosas para contestar. Porque no es algo que se pueda determinar sin realizar mediciones. La primera respuesta a esta pregunta sería: “la batería estará cargada cuando hayamos devuelto los Ah que sacamos en la descarga más un porcentaje adicional debido al rendimiento de todo el proceso, por ejemplo un 10% más”.

Lo complicado es que no es fácil medir los Ah entregados. Ningún cargador de los que habitualmente se consigue mide este parámetro. ¿Y calcularlos en base al tiempo? Esto puede hacerse mientras estamos en la etapa de corriente constante (Ah entregados = corriente constante x tiempo transcurrido) pero ¿cómo hacemos el cálculo cuando la tensión se estabiliza y la corriente está disminuyendo permanentemente? No es algo fácil.

Recurriremos, entonces, a una regla práctica que da muy buen resultado. Consideraremos que la batería ha completado su carga cuando la corriente permanece estable, sin disminuir, durante un intervalo mínimo de tres horas. En las baterías con rejillas de aleación de plomo-antimonio, este valor de corriente mínima suele ser del 1% de la capacidad de la batería. Y en una con aleación de plomo-calcio, el valor es bastante menor, entre el 0,1 y el 0,3% de la capacidad, según el estado de la batería (aumenta con el envejecimiento).

Otra regla práctica, pero aplicable solo a baterías de electrólito líquido, y con nivel suficiente por encima de las placas como para poder extraer una muestra con un densímetro, es la de monitorear la densidad del mismo en la etapa final de carga y durante un intervalo de tiempo que también es de 3 horas. Si durante este tiempo, en el que la batería estará en franca gasificación y, por lo tanto, el electrólito en constante burbujeo, la densidad permanece aproximadamente estable, sin incrementarse, significa que la batería ya está plenamente cargada.

El gráfico que sigue a continuación muestra esta estabilización para el caso de la corriente de carga. Se muestra la carga a corriente constante-tensión constante y para dos regímenes de corriente constante, 0.1C y 0.2C, valores bastante típicos para cargar una batería.

carga corriente horas bateria

Lo primero que vemos es que al incrementar la corriente límite del cargador de 0,1C a 0,2C se logra una reducción significativa del tiempo de carga. En ambos casos se ha supuesto que la descarga fue completa. Se puede observar que el tiempo para completar la carga se reduce en no menos de seis horas. (considerando la estabilización de la corriente durante 3 horas) en ambos casos, la capacidad devuelta es un 105% de la nominal.

Más Información sobre las Baterías de Plomo Ácido

¿Como Medir la Capacidad de una Bateria de Plomo Acido?

ensayo capacidad bateria plomo acido

Instrumento portátil que mide valores de Capacidad, Conductividad y Estado de carga sin necesidad de realizar la descarga de la batería.

Cómo se Realiza un Ensayo de Capacidad

Generalmente después de un tiempo de uso apreciable de una batería de plomo-ácido nos solemos preguntar ¿cómo estará la batería? Existen en nuestro mercado una serie de instrumentos que permiten medir diferentes parámetros que ayudan a tener una idea del estado de una batería estacionaria,  la resistencia interna, la impedancia o, incluso, la conductancia. Sin embargo, no existe nada más efectivo para conocer el estado de una batería que llevar a cabo un ensayo capacidad.

La primera medida a tomar es la de asegurarnos que la batería se encuentre bien cargada.

La carga se debe realizar a tensión constante con corriente limitada. La tensión adecuada para realizar esta carga previa al ensayo de capacidad es de 2,4 VPC y la corriente puede estar comprendida entre el 10 y el 20% de la capacidad nominal. Suponiendo que la batería se encontraba cargada, a los pocos minutos de conectado el cargador, la corriente comenzará a disminuir. La carga se debe mantener hasta que la corriente que toma la batería se mantenga constante, sin disminuir, durante un intervalo de, por lo menos, tres horas. El valor de corriente puede ser tan bajo como el 0,2% de la capacidad (ej: para una batería de 100 Ah, la corriente será de 0,2A). A continuación la batería debe quedar en reposo durante un lapso de tiempo.

Las normas de ensayos hablan de un tiempo mínimo de una hora y un máximo de 24.

¿Qué elementos se requieren para realizar un ensayo de capacidad?

Si se trata de un ensayo para determinar la capacidad en Ah, se debe contar con una carga resistiva ajustable, que permita mantener la corriente de descarga en un valor constante a lo largo de todo el ensayo. Esto se puede lograr mediante resistencias de alambre de Kantal u otra aleación que tenga muy bajo coeficiente de variación con la temperatura. Además, como a medida que disminuye la tensión de la batería, la resistencia debe ajustarse (disminuirse) de manera que la corriente se mantenga constante, el banco de resistencias debe armarse de manera tal que permita realizar ajustes bastante “finos” una vez iniciado el ensayo. Las normas piden que la corriente se pueda ajustar y mantener con una precisión del 1% (se tolera salir de este porcentaje durante lapsos de algunos segundos mientras se logra el ajuste).

Si el ensayo pretende determinar la capacidad en Wh, lo más adecuado es conseguir un equipo UPS. En ese caso, la cosa se facilita ya que la carga que tomará la potencia de descarga se puede lograr mediante estufas eléctricas, lámparas y otros consumos de corriente alterna (siempre del tipo resistivo puro). Se debe tener en cuenta la potencia de pérdida del inversor de la UPS (el rendimiento de esta etapa de una UPS suele estar entre el 85 y el 90%, dependiendo del tamaño).

El inversor está diseñado para entregar una potencia constante a la carga y, entonces, facilita la realización de este ensayo que, de otra manera, resulta casi imposible de llevar a cabo (salvo que se cuente con un descargador automático para potencia constante, fabricado a pedido). Entendemos que la pretensión de contar con una UPS para este ensayo no es desmedida porque los usuarios que desean determinar la capacidad en Wh de un banco de baterías, en general, es porque desean utilizarlas como fuente de energía de reserva en una UPS. Para medir la tensión de las celdas o monobloques se debe utilizar un voltímetro de clase 1 (o mejor).

Para medir la corriente de descarga, se requiere de un shunt de clase 0,5 y un milivoltímetro de la misma clase 0,5 o mejor. Un buen multímetro digital (de 41/2 dígitos, por ej) es un buen sustituto de ambos voltímetros. Para medir la potencia, en descargas a potencia constante, se puede realizar un cálculo con los valores de tensión y corriente que alimentan el inversor (los instrumentos para medir potencia en forma directa son más difíciles de obtener). Otra posibilidad, si la UPS cuenta con un panel digital de medición, es tomar la potencia que indique el display e incrementarla utilizando el valor de rendimiento del inversor, como ya se mencionó (obviamente, la precisión de este método será muy inferior pero puede, de todas maneras, servir a nuestro propósito de determinar el estado de la batería para nuestro requerimiento). También es necesario contar con un termómetro con la posibilidad de apreciar 0,5ºC y escala comprendida entre 0 y 40ºC, por lo menos.

medicion capacidad bateria plomo acido

Por supuesto, lo ideal sería contar con un termómetro digital, ya sea del tipo punta de contacto o infrarrojo. Si la batería es de electrolito líquido también hay que tener un densímetro con escala comprendida entre 1000 y 1300 g/l.

Recinto para Realizar el Ensayo

En primer lugar, debe ser un lugar aislado de cualquier otra actividad, con alguna ventilación o renovación de aire (sobre todo si la batería es de electrolito líquido), libre de polvo, de humedad no superior al 80% y temperatura lo más estable posible. Lo ideal es que esta última sea de 25ºC pero, de no ser posible, que su rango de variación esté entre 20 y 30ºC. Si bien se pueden realizar correcciones de la corriente de descarga, la densidad o la capacidad, lo más aconsejable es realizar el ensayo a temperaturas que estén lo más cerca posible de las de referencia, de manera que las correcciones sean mínimas.

Régimen de Descarga

El régimen de descarga significa elegir la corriente (o la potencia) constante a la que realizaremos el ensayo. Siempre se debe elegir un valor que figure en las especificaciones del fabricante y se acerque lo más posible al uso que nosotros le estamos dando a la batería. En otras palabras, si la batería la utilizamos en una descarga de 1h, no es aconsejable realizar un ensayo para verificar la capacidad nominal que, generalmente, viene expresada para tiempos más largos, como 8h, 10h o 20h. Busquemos, en las tablas de descarga, el valor de corriente (o potencia) correspondiente a 1h y realicemos el ensayo con este valor.

Otro dato importante a tomar de las hojas de datos es la tensión final o mínima del ensayo, o sea, cuál es la tensión a la que el fabricante especifica que el ensayo se debe interrumpir para no sobredescargar la batería. Los valores más utilizados, son 1,75VPC o 1,8VPC. En el caso de monoblocks para UPS, dado que se trata de descargas en tiempos inferiores a 1h, se suelen especificar valores de 1,67; 1,6 o incluso menores, como 1,3 VPC (Volt por celda).

Lo recomendable es realizar el ensayo a la temperatura nominal que se especifica para la batería. Es decir, 20 o 25ºC. Y que dicha temperatura se mantenga lo más estable que sea posible durante el ensayo.

Si no se puede lograr esto, entonces es inevitable realizar correcciones. Revisando las normas para baterias de plomo-acido, nos encontraremos ante dos alternativas.

La primera, utilizada por las normas internacionales (por ejemplo IEC-896/EN-60896), es registrar la temperatura real del ensayo y proceder a realizarlo como si estuviéramos a la temperatura nominal, sin corregir nada, hasta alcanzar la tensión final. Se registra el tiempo real de descarga y se calcula la capacidad que ha resultado a esa temperatura. Por último, se procede a corregir la capacidad obtenida mediante una expresión matemática. Un detalle a mencionar es que la temperatura ambiente real a registrar es la inicial del ensayo, para ensayos de hasta 5 horas. En cambio, si la duración del ensayo es superior, la temperatura a registrar es la media aritmética de todas las registradas a lo largo del ensayo.

La segunda, preferida en normas americanas (como la IEEE-1188), requiere una corrección inicial de la corriente de acuerdo con un factor k, suministrado por el fabricante o tomado de la tabla de normas como la mencionada. El ensayo se realizará durante el tiempo elegido con la corriente corregida, debiendo las celdas o batería terminar con una tensión mayor o igual a la mínima especificada para no ocasionar daños.

¿Como se realiza el Ensayo?

Primero se conecta la carga y se inicia la descarga a la corriente o potencia previstas. Si la descarga se realizará con la idea de corregir la capacidad al final, registrar las mediciones de tensión de todas las celdas o monoblocks y la temperatura de las que se elijan como piloto (por ejemplo, una celda cada 6 o cada 12) a lo largo de la descarga, como mínimo, al 0%, 10%, 20%, 50% y 80% de la duración esperada para la misma. A partir de este último porcentaje, se deberán tomar lecturas que permitan determinar con exactitud el pasaje por la tensión final o mínima.

La duración esperada, para no equivocarse, puede tomarse como la que figura en las tablas del fabricante para la temperatura de referencia, con un porcentaje en más (si la temperatura es mayor que aquella) o en menos (si la temperatura es menor) igual a la diferencia entre la temperatura real y la de referencia. Por ej, si no hay más remedio que realizar el ensayo a 15ºC y la temperatura de referencia es 25ºC, la duración esperada del ensayo será la que hemos elegido (por ej 5h=300 minutos) menos un 10% (que surge de la diferencia: 25 – 15). O sea, 270 minutos. Pero, reiteramos, esta es una duración esperada: el ensayo se debe cortar cuando alguna celda o monoblock llega a la tensión final fijada.

Si la descarga se realizará corrigiendo de entrada la corriente de descarga, efectuar esta corrección de acuerdo con el factor k y proceder de la misma manera que en b) pero, ahora, la duración esperada es la que se ha elegido (1h, 5h, etc.). Al cumplirse este tiempo, las celdas o monoblocks deberían estar por encima del valor de tensión mínimo. Recordar que es importante seguir de cerca la caída de tensión de las celdas o monoblocks a partir del momento en que llegamos al 80% del tiempo de descarga.

Corrección de Capacidad según Normas Internacionales

C25 = Ct / [ 1 + λ (T – 25) ]

Siendo C25 la capacidad a la temperatura de referencia 25ºC y Ct la capacidad calculada con los datos obtenidos en el ensayo a la temperatura T.

Por su parte el coeficiente k de las normas IEEE, asume los valores típicos que figuran en la tabla siguiente (la corriente de descarga a la temperatura indicada se obtiene dividiendo la corriente de la tabla del fabricante a la temperatura de 25ºC por este factor).

factor correccion capacidad baterias plomo acido

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Capacidad Nominal de una Bateria de Plomo Acido

capacidad nominal baterias plomo acido

El parámetro más importante a la hora de especificar una batería industrial es la capacidad nominal. También es el más conocido. Sin embargo, y a pesar de ambas razones, el concepto de capacidad no termina de ser bien comprendido y esto lleva a muchas confusiones cuando se comparan productos de diferentes fabricantes.

Pero comencemos desde el principio, es decir, definiendo qué entendemos como capacidad de una batería. En términos sencillos, diremos que es la cantidad de electricidad contenida en ella y que podemos aprovechar para entregar corriente a una carga durante un cierto tiempo. Se la simboliza con la letra “C”.

¿Y en que unidades se mide?

Si nos atenemos a la definición que hemos dado, y hacemos un poco de memoria, resulta que la cantidad de electricidad se designaba por la letra “Q” y se medía en Coulomb. Sin embargo, el Coulomb resulta ser una unidad poco práctica para el uso con baterías, por lo que en la práctica se utiliza el Ampere hora, que se abrevia Ah. Dejamos como un ejercicio para el lector la comprobación de que 1 Ah = 3600 Coulomb.

Esta definición de capacidad y su medición en Ah fue la primera y continúa siendo la más utilizada debido a su practicidad: en la mayoría de las aplicaciones la corriente es el factor importante y sujeto a control.

El torque ejercido por un motor, el calentamiento del filamento de una lámpara, la intensidad de campo dentro de una bobina solenoide…, todos ellos son proporcionales a la corriente. En las centrales telefónicas la corriente de una central telefónica se calculaba conociendo el consumo por línea (en mA) y la cantidad de líneas que se podrían en servicio. Sin embargo, en los últimos años se han difundido mucho las aplicaciones donde lo que se toma de la batería no es una corriente constante sino una potencia constante. Un caso típico es el de los equipos que suministran energía interrumpida, denominados UPS.

En este caso, se debe entregar una potencia constante durante un tiempo breve, en general, inferior a una hora. En otras palabras, lo que se está entregando es una determinada cantidad de energía. Resulta útil, entonces, expresar la capacidad de la batería en Wh (Watt hora). La misma unidad en la que se mide la energía eléctrica que consumimos en nuestros domicilios.

Pero, ¿existe alguna relación entre ambas capacidades? Si, por supuesto, la capacidad en Wh de una batería se puede obtener multiplicando la capacidad en Ah por la tensión media durante el período de descarga. La tensión media puede obtenerse en forma aproximada mediante algunos cálculos sencillos pero para facilitarnos las cosas, la mayoría de los fabricantes, hoy en día, publican ambos valores de la capacidad.

Consultemos, por ejemplo, el manual “rojo” de Vision (el de la serie CP) para el caso de un “caballito de batalla” en todos los mercados, el monoblock de 12V/7Ah (en nuestro caso el modelo CP1270). En la página 30 del manual, el fabricante menciona en el cuadro denominado “Especificaciones” (Specifications) que la tensión nominal es de 12 V y la capacidad nominal (en 20 h) es de 7Ah.

capacidad nominal bateria plomo acido

Y, en la parte inferior de la página, nos encontraremos con un cuadro más pequeño cuyo título es “Descarga a potencia constante especificada en W por celda a 25ºC” (Constant power discharge ratings-watts per cell at 25ºC). Así, para una descarga de 15 minutos y hasta una tensión final por celda de 1,75V (o 10,5V para todo el mono-block), el cuadro indica que la potencia constante que puede obtenerse por celda es de 24.8 W.

tabla descarga baterias plomo acido

Si efectuamos la misma búsqueda para una batería de plomo acido de mayor tamaño, como la 6FM100 de Vision (manual azul, serie FM), encontramos que la capacidad nominal es de 100Ah o 271 W/celda para descargas de 15 minutos y hasta 1,75 VPC (Volt por celda) a 25ºC.

Dado que ambos monoblocks tienen 6 celdas, la potencia total disponible por batería para esa descarga se obtiene multiplicando los valores anteriores por esta cantidad. Ocurre que en las UPS, por ejemplo, se asocian en serie un importante número de monoblocks (por ejemplo 10, si la UPS trabaja con 120V) y entonces es más útil dividir la potencia necesaria por el número total de celdas que tendría la batería completa (en esta caso, 60).

A esta altura, alguien podría preguntarse por qué el fabricante dice (para la CP1270) “7 Ah en 20h” cuando especifica la capacidad en Ah o “24.8W en 15 minutos y hasta 1,75V” cuando especifica la potencia. En otras palabras, si la descargo en 5h, ¿la capacidad no es de 7Ah? Y si la descargo hasta 1.8V ¿Qué pasa con los 24.8W que me especifican en potencia? ¿Siguen siendo válidos? Y la respuesta es “NO”.

La capacidad que un fabricante especifica para una batería es válida en determinadas condiciones que deben ser indicadas claramente. De otra manera, el número aislado de Ah o Wh puede no corresponder a nuestras condiciones de uso. Digamos entonces que la capacidad de una batería depende, básicamente, de tres parámetros: a) régimen de descarga; b) tensión final y c) temperatura. Decimos básicamente porque, si quisiéramos hilar fino, hay otros factores que influyen en el desempeño de estos productos. Pero, a los fines prácticos y de la mayoría de las aplicaciones, es suficiente con tomar en cuenta los tres anteriores.

Comencemos a analizarlos uno por uno

El primero, el régimen de descarga, significa que si una batería del tipo monoblock de 12V tiene una capacidad especificada de 100Ah, ello no implica que pueda descargarla a

  • 1A durante 100 horas
  • 10A durante 10 horas
  • 100A durante 1 hora

Obsérvar que, en todos los casos, y suponiendo que se trata de una descarga a corriente constante, el producto “corriente x tiempo” daría una capacidad de 100Ah, igual a la especificada. Sin embargo, una batería no podrá satisfacer todos los casos anteriores. Dependiendo de la construcción, en el primer caso, probablemente nos entregue hasta un 10% de capacidad adicional, en el segundo caso obtendremos el 95% de la capacidad (o sea, la descarga se “caerá” a las 9,5 horas) y, por último, en el tercero, a esa corriente de 100A difícilmente nos dure más de 35 minutos.

La mayoría de las baterías del tipo monoblock tienen su capacidad definida para un régimen de descarga de 20 horas. En el caso de nuestra batería de 100 Ah, eso significa que el fabricante también nos está diciendo que la corriente de descarga es de 5A (100Ah/20h = 5A). Si volvemos al ejemplo anterior, parecería correcto decir que cuan-do el régimen de descarga es inferior al nominal (tiempos más largos o corrientes más pequeñas que las nominales), la capacidad será mayor que la nominal. Por el contrario, si el régimen de descarga es superior al nominal (tiempos menores o corrientes mayores que las nominales), la capacidad que se obtendrá será menor que la nominal. Los porcentajes mencionados más arriba son más o menos típicos: cuando la capacidad de una batería definida para 20 horas se extiende a 100 horas (caso típico de baterías monoblock utilizados en sistemas de energía solar u otros no convencionales) aumenta un 10%; si la descarga es en 10 horas todavía obtendremos cerca de un 95% de la nominal; por último, si la descarga se realiza en una hora, solo el 65% de la capacidad, aproximadamente, estará disponible.

Se puede consultar el manual de cualquier batería y comprobará lo dicho. Volviendo al ejemplo que realizamos con el “caballito de batalla”, la batería de 12V/7Ah, en el manual de Vision de esta serie (la CP) de baterías encontramos lo siguiente:

  • Capacidad nominal en 20h: 7Ah
  • Capacidad nominal en 10h: 6.5Ah (93% de la nominal)
  • Capacidad nominal en 1h: 4.7Ah (67% de la nominal)

curva capacidad corriente baterias plomo acido

Otra forma de presentar la variación de capacidad en función del régimen de descarga es la que muestra el gráfico de arriba, suministrado por Trojan Batteries para sus baterías utilizadas en vehículos eléctricos (capacidad nominal en 20h).

La curva azul, indica una capacidad de 210Ah en 20h, que se reduce a 195Ah para 10h. La relación 195/210 = 0,928 nos da un valor similar al ya indicado. La curva roja indica la corriente de descarga que corresponde a la capacidad para un determinado tiempo.

La pregunta que sigue, entonces, es ¿por qué ocurre esto?. Antes de contestar, recordemos una situación que conocemos bien: la cantidad de Km por litro de combustible que obtenemos en un vehículo cuando circulamos a 80 o 90 Km/h y cuando decidimos ir rápido, a 120 Km/h o aún más. Sabemos muy bien que el rendimiento baja drásticamente cuando vamos a mucha velocidad. Algunos fenómenos (como la resistencia aerodinámica que el vehículo ofrece al aire) pasan a tener una gran influencia cuando pasamos de 100 Km/h. En el caso de una batería, ocurre algo similar: al aumentar la corriente de descarga, las pérdidas se hacen más importantes. Considerando, para simplificar, solo las pérdidas óhmicas, recordemos que las mismas aumentan con el cuadrado de la corriente. Duplicar la corriente de descarga significa, entonces, que las pérdidas se incrementan cuatro veces.

Por último, antes de pasar al segundo parámetro que influye en la capacidad, digamos que todo lo dicho para descargas a corriente constante es válido cuando la descarga es a potencia constante. Por ejemplo, en el caso de la CP 12V/7Ah, como vimos en la nota anterior, si en 15 minutos nos entregaba 24.8 W/celda, al reducir el tiempo de descarga al 67% (descarga en 10 minutos), la potencia constante que podemos obtener, de ninguna manera, se incrementa en este porcentaje. Por el contrario, solo obtenemos 29.6 W/celda, o sea, un 19% más.

Pasemos ahora a considerar la influencia de la tensión final de descarga en la capacidad que podemos obtener de una batería. Es decir, la tensión a la cual el fabricante recomienda interrumpir la descarga de manera que la batería no se dañe. Este valor puede variar entre 1,9 VPC (Volt por celda) para descargas de muy larga duración (100h) y 1,6VPC para descargas muy breves (minutos). No es posible descargar la batería hasta cero Volt porque la sulfatación podría no revestirse por completo durante la carga. Es por esta razón, que el fabricante impone un límite del que sugiere no pasar. Los valores de tensión mínima que más se utilizan, cuando las descargas se realizan a regímenes comprendidos entre 5h y 20h, son estos: 1,8 VPC (o 10,8V para un monoblock de 12V) en el caso de baterías que responden a normas europeas o internacionales (como las IEC) y 1,75 VPC (10,5V para un monoblock) en el caso de las baterías que responden a normas de USA.

De esta manera, si a una determinada corriente o potencia de descarga, se disminuye la tensión final de corte se podrá prolongar la duración de la misma. Es una forma de “sacarle más jugo” a la batería. Por supuesto, esto se podrá hacer siempre y cuando el equipo alimentado por la batería admita un funcionamiento con una tensión más baja.

Veamos un ejemplo de lo anterior para que se comprenda mejor lo que decimos. Tomaremos los datos de este ejemplo del manual de Vision, serie CL (color verde).

tension carga bateria plomo acido

En el gráfico de arriba se ha representado para una celda CL de 2V/300Ah la capacidad (Wh, eje y) en función de la tensión final de descarga (en el eje x) y para diferentes duraciones de la descarga. Consideremos la curva magenta, de descarga en 30’. La celda puede entregar 477 W hasta 1,8V y 509W hasta 1,75V.

En otras palabras, si admitimos que la tensión final sea un 2,8% menor, la potencia que podemos obtener puede ser un 6,7% mayor y estamos aprovechando mejor la energía almacenada en la celda.

Análogamente, en el caso de descargas a corriente constante, se puede lograr una descarga a una corriente mayor si permitimos que la tensión de corte sea menor. Recordemos, no obstante, que las descargas a mayor profundidad (menores tensiones finales) también producen una disminución en la vida útil de la celda o batería. Como en muchas otras situaciones, se debe buscar el compromiso más conveniente.

Por último, el tercer factor con fuerte influencia en la capacidad disponible es la temperatura. Este parámetro tiene mucha influencia en las reacciones químicas y las que se producen dentro de una batería no son excepción. Por otra parte, la experiencia de poner en marcha un automóvil en invierno nos confirma que esto es así, dado que la batería se comporta como si tuviera menos energía disponible.

temperatura capacidad acumuladores plomo acido

El gráfico de arriba, realizado en base a la serie CP de Vision, muestra que la variación de la capacidad con la temperatura se puede dividir en tres zonas bien diferenciadas de variación casi lineal: a) por debajo de 0°C la capacidad disminuye 1,3% por cada grado centígrado; b) una zona intermedia, entre 0°C y 25°C, donde la capacidad varía la mitad, con un coeficiente de 0,6% por grado centígrado y c) por encima de 25°C, donde la capacidad aumenta con un coeficiente pequeño de 0,15% por grado centígrado.

Los fabricantes especifican la capacidad nominal a una temperatura de referencia. Las temperaturas que se encuentran en los manuales son de 20°C o 25°C.

Para un cálculo rápido, con un buen factor de seguridad, se puede adoptar directamente una variación del 1% por grado centígrado, entre 0°C y la temperatura de referencia. Pero, siempre que esté disponible, recomendamos consultar la información que da el fabricante de la batería.

Sin embargo, la operación de una batería a temperaturas superiores a 30°C está completamente desaconsejada, puesto que la corrosión interna se incrementa significativamente. Como regla general, podemos decir que por cada 10°C de incremento de la temperatura de operación por encima de la de referencia, la vida útil se reduce a la mitad. Es decir, que si la temperatura de operación de una batería especificada para 25°C resulta ser de 35°C, el aumento de capacidad será de apenas el 1,5% (0,15% x 10), mientras que, si la vida útil a 25 °C era de 5 años, difícilmente nos dure más de 2,5 años. Se ve que operar las baterías a temperaturas elevadas es un pésimo “negocio”.

Especificaciones de las Baterias de Plomo Acido

especificaciones baterias plomo acido

La especificación más importante de una Batería o Acumulador de Plomo-Ácido es la Capacidad Nominal de Carga, por ello es que le dedique un articulo exclusivo, pero existen otras características o especificaciones que también son importantes conocer para poder realizar una correcta elección cuando necesitemos emplear una batería. Vamos a analizarlas una por una

Características Generales que Definen a las Baterías

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Descarga de 20 hs. (C20)

La descarga de 20 horas, es el tiempo que transcurre durante la descarga de una batería hasta llegar a una tensión de 1,75 Vpc (volts por celda) a una intensidad de descarga constante. Se expresa en a/h (amper/hora).

Esta es una descarga del tipo lenta y mide prácticamente la capacidad total de amp. que pueda acumular una batería. Es realizada bajo normas standard (SAE, IRAM,CETIA,IEEE, etc.). Una curva típica de descarga de una batería de 60 Ah sería

curva descarga bateria plomo acido

Reserva de capacidad. ( RC )

Es el tiempo en minutos, que transcurre durante la descarga a una intensidad constante de 25 amp., hasta una tensión de 1,75 Vpc. Se expresa en minutos.

Esta prueba es una especie de simulación que refleja el comportamiento de la baterías en el supuesto caso de un vehículo varado en un camino, necesitando sus ocupantes utilizar todos los elementos eléctricos (radio, calefactor, luces, etc. aprox. 25 amp. de consumo) sin poder poner en marcha el motor.

Descarga intensa en frío a -18ºC ( CCA )

La descarga en frío, es el tiempo que dura la descarga intensa de un batería a una intensidad de descarga constante, hasta una tensión de 1.2 vpc. Con una temperatura de – 18ºC. Se expresa en amperes.

Este es un ensayo que varía significativamente según la norma que se aplique, lo cual hace que este valor confunda a la gente. Hay que conocer muy bien las normas para poder comparar productos apropiadamente. Como regla general recuerde que la batería pierde rendimiento con el frío, de manera que cuando más fría esté, menos energía entregará.

Descarga intensa en frío a 0ºC ( CA )

Últimamente se está empezando a difundir en el mercado el valor de la descarga CA, que no es más que una descarga idéntica a la descripta para –18ºC pero a 0ºC, y que es siempre un valor mayor que el CCA.

Alta descarga

Es la cantidad de amperes que entrega una batería, durante una descarga intensa con un tiempo preestablecido (entre dos a tres segundos). Se expresa en amperes.

Normalmente utilizado por las fábricas de baterías como último ensayo al 100 %, para detectar problemas de armado y carga generales (ronda entre los 800 y 1500 amp. dependiendo del tamaño y tipo de batería).

Ciclo de una Batería

Se denomina ciclo de una batería a la sucesión de una descarga seguida de su posterior recarga hasta recuperar completamente la energía extraída. Las normas definen la duración de ciclos normalizados para probar una batería. Por ejemplo, en la norma IEC 60896, el período de descarga es de 3 horas, mientras que el de carga dura 21 horas. Es decir, la norma permite realizar un ciclo completo por día.

Se denomina profundidad de una descarga a la relación entre la capacidad descargada y la capacidad nominal de la batería. Cuanto mayor la profundidad de la descarga, menor será la cantidad de ciclos que la batería nos podrá entregar. Por ejemplo, si una batería de tipo monoblock para aplicaciones estacionarias entrega 180 ciclos con una profundidad de descarga de 80%, reduciendo las descargas a un 30%, la misma batería entregará más de 1000 ciclos.

Influencia de la Temperatura en el Desempeño de una Batería

Las altas temperaturas aceleran la corrosión de las rejillas y la degradación de los materiales activos.

A bajas temperaturas, la capacidad de entregar corriente disminuye pero la vida útil aumenta. Esto se debe a que todos los procesos de corrosión interna se hacen más lentos. A la inversa, si bien durarán menos tiempo, el rendimiento de las baterías se incrementa con las altas temperaturas.

Como regla general para la vida de las baterías, podemos decir que por cada 10ºC de aumento de la temperatura ambiente por encima de la de referencia, la vida útil se reduce a la mitad. Por ejemplo, una batería de cinco años de duración a 25ºC, solo durará 30 meses si la temperatura en el ambiente es de 35ºC.

Expectativa de Vida Útil de una Batería

Es el tiempo de funcionamiento que el fabricante pronostica para ella si se mantienen las condiciones especificadas. Por ejemplo, funcionamiento en condiciones estacionarias a una temperatura de 25ºC y una tensión de flote estabilizada. En algunos casos, el tiempo ha sido extrapolado a partir de los datos obtenidos en un ensayo denominado de “vida acelerada”: la batería se ensaya a una temperatura elevada (por ejemplo, 70 ºC) hasta llegar al 80% de su capacidad. El tiempo obtenido (por ejemplo, 6 meses) se convierte luego a las condiciones de operación nominales de 25ºC (en USA) o 20ºC (en Europa).

Régimen de Corriente de Carga para Baterías

El régimen de corriente de carga normal utilizado en baterías es de 10% de la capacidad nominal (0.1C). Se recomienda no hacerlo a menos del 5% (0.05C) y a no más del 20% (0.2C).

Tensión de Carga de Baterías

Las baterías de electrolito líquido se mantienen cargadas a una tensión denominada de flote o mantenimiento y su valor depende de la densidad del electrolito. La mayoría de las baterías estacionarias de electrolito líquido se mantienen a una tensión de 2,2VPC (Volt por celda). Luego de una descarga, la tensión de carga debe aumentar hasta un valor comprendido entre 2,33 y 2,4VPC.

Las baterías VRLA o de electrolito inmovilizado para uso estacionario se cargan con un solo valor de tensión, normalmente, 2,27VPC. Cuando la aplicación es de ciclado, la carga se puede realizar con las mismas tensiones ya mencionadas para baterías de electrolito líquido.

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