Conexion de un Banco de Baterias de Plomo Acido

Al conectar o formar un banco de baterías, se puede realizar de 2 formas: serie o paralelo, con la 1º aumentamos la tensión y con la 2º aumentamos la capacidad.

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Existen dos formas de conectar un banco de celdas o baterías de plomo-acido.

  • En serie
  • En paralelo

Conexión en Serie

Esta  asociación en serie es la más conocida. En este caso, el borne positivo o negativo de una celda o batería, se conecta al borne opuesto de otra de idénticas características. De esta manera, la asociación resultante tendrá el doble de tensión y la misma capacidad que cada celda o batería en forma individual.

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Y si agregamos una celda o batería más a la serie anterior, la tensión resultante será el triple. Y así sucesivamente. Por ejemplo, una batería de 24V/100Ah puede obtenerse asociando en serie 12 celdas individuales de 2V/100Ah o dos baterías del tipo monoblock de 12V/100Ah.

Es importante resaltar que las celdas o baterías que se asociarán en serie deben ser de la misma capacidad y, preferentemente, de la misma marca y modelo. De no ser así, tanto en la descarga como en la posterior carga, habrá un comportamiento desparejo y esto afectará tanto el desempeño como la vida del conjunto.

Conexión en Paralelo

Asociar en paralelo significa vincular eléctricamente bornes de la misma polaridad. La asociación en paralelo se utiliza cuando no es posible obtener una batería de la capacidad deseada. O, a veces, dicha capacidad existe en un determinado modelo o tipo constructivo y resulta más económico utilizar una asociación en paralelo de otros modelos más baratos.

Un caso típico es el de algunas capacidades intermedias (200, 300 o 400Ah en tensiones de 12 o 24V), donde las mismas se pueden obtener asociando en serie y paralelo baterías monoblock de 100Ah, según necesidad, y esto resulta más económico que utilizar celdas de 2V y de la capacidad deseada.

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Reglas para Conectar en Paralelo un Banco de Baterias

  • Solo deben asociarse en paralelo series completas. La conexión en paralelo de celdas o baterías intermedias de una serie está totalmente desaconsejada. Un ejemplo aclarará este concepto: supongamos que necesitamos armar una batería de 48V/300Ah y disponemos solo de monoblocks de 12V/100Ah. Lo correcto es formar tres series de cuatro baterías cada una. De esta manera, cada serie tendrá 48V/100Ah.

Para lograr la batería que necesitamos, lo que debemos hacer ahora es asociar en paralelo los bornes positivo y negativo de cada serie completa (o sea, los bornes extremos). Y lo que no se debería hacer es asociar en paralelo tres monoblocks de 12V, para obtener una batería equivalente de 12V/300Ah y luego asociar en serie cuatro de estos paralelos. Obsérvar que en este segundo caso puede enmascarar celdas o baterías con fallas (por ejemplo, una batería abierta), además de sobrecargar las conexiones en paralelo.

  • Al igual que en el caso de las asociaciones en serie, solo se deben utilizar celdas o baterías del mismo diseño (o sea, de la misma marca, del mismo modelo).

Si esto no se respeta, las celdas o baterías con menor resistencia interna se descargarán en forma más profunda.

  • Las condiciones ambientales entre las diferentes series a asociar en paralelo deben ser tan idénticas como sea posible. Nos referimos a la temperatura ambiente y a las posibilidades para disipar calor. Por ejemplo, si las series a poner en paralelo se encuentran dentro de un gabinete (y esto ocurre en el caso de las UPS) es fundamental que no haya diferencias de niveles entre las series. De otra manera se producirá un gradiente de temperatura que afectará a las que estén a mayor altura.
  • Las conexiones entre series en paralelo deben proporcionar la misma resistencia en el recorrido que va del rectificador a cada una de las series, de manera de asegurar una distribución uniforme de corriente. Para lograr esto, es lícito realizar algún truco, como dejar enrollados algunos tramos del cable que alimenta a la serie más cercana, de manera de compensar la mayor distancia al rectificador de otra de las series.
  • Si bien no existe una razón teórica para limitar el número de paralelos, los fabricantes recomiendan que el número máximo no sea superior a cuatro o cinco.

La experiencia muestra que es muy difícil reproducir condiciones idénticas en las conexiones cuando el número es mayor. Obtener la capacidad de una batería mediante la asociación de dos en paralelo (cada una de la mitad de la capacidad necesaria) es sumamente beneficioso desde el punto de vista de la confiabilidad.

En efecto, en caso de falla de alguna celda en una de las series en paralelo, solo habremos perdido la mitad de la capacidad y, consecuentemente, de la autonomía de funcionamiento en caso de corte de red. Por otra parte, dividir la capacidad necesaria en dos mitades permite probar por separado a cada una de ellas, sin afectar la característica de no interrupción que todo sistema debe mantener.

Conexión en Serie de un Banco de Baterías

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Conexión en Paralelo de un Banco de Baterías

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Conexión Serie-Paralelo de un Banco de Baterías

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¿Como Cargar una Bateria Sellada?

Una batería que no se carga correctamente, se degrada químicamente de distintas formas y su desempeño comienza a verse afectado. Si la práctica de cargarla inadecuadamente se prolonga a lo largo de varios ciclos de carga y descarga, el fin de la vida útil se acercará de manera inexorable.

como cargar bateria sellada

Una batería que no se carga correctamente, se degrada químicamente de distintas formas y su desempeño comienza a verse afectado. Si la práctica de cargarla inadecuadamente se prolonga a lo largo de varios ciclos de carga y descarga, el fin de la vida útil se acercará de manera inexorable.

¿Qué significa “que no se carga correctamente”?

Nos referimos tanto al hecho de cargarla más o menos de lo necesario. En el primer caso, la sobrecarga conduce a una degradación prematura de las rejillas y la materia activa de las placas. En el segundo caso, la sulfatación producida durante la descarga no llega a revertirse por completo, haciendo de la misma algo permanente. En los dos casos, la batería pierde su capacidad para entregar corriente.

Hasta aquí, todo lo que hemos dicho es válido para cualquier batería y, en el caso de las de plomo–ácido, tanto para las de electrolito líquido como inmovilizado (normalmente llamadas baterias selladas).

¿Pero qué es lo que ha ocurrido en el caso de estas últimas?

En un comienzo, cuando su empleo comenzó a generalizarse debido a las grandes ventajas que tenían frente a las baterías de electrolito líquido, se difundió la información de que solo debían mantenerse a tensión de flote y que, luego de una descarga, esta tensión no debía modificarse, llevándola a un valor más alto (tensión de recarga). Hablando en términos prácticos, se decía que el rectificador de carga debía estar ajustado a una tensión de, por ejemplo, 2,27 V por cada celda (o sea, 13,62 V en el caso de los monoblocks de 12V).

Lo que no se aclaró debidamente es que lo anterior solo es válido para las aplicaciones llamadas estacionarias, es decir, aquellas en las que el rectificador se encuentra alimentando al consumo y la batería durante la mayor parte del tiempo de servicio, digamos más del 95% de ese tiempo. Otra forma de decir lo anterior sería señalar que la batería se descargará muy pocas veces a lo largo de su vida útil.

Sin embargo, ¿qué ocurre cuando una batería de este tipo se emplea en una aplicación donde se ve sometida a reiterados ciclos de carga y descarga? Podría tratarse de una aplicación de tracción (carros de golf, triciclos o bicicletas eléctricas), de una aplicación de energía solar o, sencillamente, de una aplicación donde se supuso que la red sería muy buena y luego resulta que se corta más de la cuenta.

En estos casos, según se puede ver en los manuales de varios fabricantes, es lícito incrementar la tensión de carga hasta 2,4 V por cada celda (o 14,4V en el caso de un monoblock de 12V). En otras palabras, se mantiene el procedimiento de carga (tensión constante con corriente limitada) pero la tensión puede incrementarse hasta el mismo valor que se emplea en cualquier batería líquida.

¿Por qué puede hacerse esto sin el riesgo de que la batería se dañe a pesar de ser sellada?

Sencillamente por el hecho de que estamos hablando de un tiempo de carga limitado a unas horas. La batería no permanecerá con el cargador “eternamente” conectado, como en el caso de las aplicaciones estacionarias, sino que, al cabo de su carga, volverá a descargarse.

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Los tiempos de carga pueden acortarse si se incrementa la corriente a la que limita el cargador. Las curvas presentadas en el número anterior correspondían a la corriente típica de 0,1C. Pero este valor puede duplicarse sin que se ocasionen daños a las baterías.

En el gráfico de abajo se ve 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. En ambos casos, la capacidad devuelta es un 105% de la nominal, aproximadamente.

Valores superiores a 0,25 ºC pueden provocar calentamientos excesivos y no se recomiendan. Y no debe dejarse de lado que incrementar la corriente de carga también hace que el cargador sea de mayor potencia y, por lo tanto, más caro.

Los fabricantes de estos productos recomiendan, como mencionamos, el procedimiento de tensión constante con corriente limitada dado que, aún sin atención del usuario, no ocasiona daños en las baterías.

El procedimiento de cargar a corriente constante está totalmente desaconsejado y solo puede utilizarse bajo control de personal especializado dado que puede llevar las baterías a tensiones muy elevadas, provocando un excesiva gasificación. La gasificación es un fenómeno relacionado con la electrólisis del agua que forma parte del electrólito de la batería. Comienza a observarse a una tensión de 2,2 VPC, incrementándose de manera importante por encima de 2,3 VPC. Esto no es contradictorio con la tensión que se recomienda para aplicaciones de ciclado que, según vimos, es de 2,4 VPC. ¿Por qué? Porque las baterías en aplicaciones de este tipo permanecerán un corto tiempo conectadas al cargador y antes de las 24 horas volverán a la situación de descarga.

Hasta aquí, los conceptos que hemos visto se refieren a la carga normal durante la operación de la batería.

Sin embargo, existe otra situación en la que una batería requiere carga: cuando ha estado almacenada durante un período superior a los seis meses o, también, cuando al ponerla en servicio existe la posibilidad de que deba entregar su energía antes de haber permanecido conectada al equipo de carga durante al menos 24 horas. Esta carga se denomina de refresco y su objeto es devolver a la batería la carga perdida debido a su propia auto-descarga.

Las baterías selladas se construyen utilizando aleaciones de plomo-calcio por lo que su auto-descarga es muy inferior a la de las antiguas baterías con aleación de plomo antimonio. Un valor típico de auto-descarga para estos productos es 3% a una temperatura 20 ºC en el depósito donde se encuentren almacenadas. Las temperaturas mayores incrementan esta tasa de autodescarga.

¿Cómo se realiza una carga de refresco en una batería sellada?

De la misma manera como se procede a cargar la batería después de una descarga normal: aplicando tensión constante (la recomendada es de 2,4VPC) con corriente limitada a los valores ya mencionados y durante un tiempo que depende del tiempo de almacenamiento. Consultando el manual de la serie CP de baterías Vision, encontramos la siguiente información:

  • Hasta 6 meses de su fecha de fabricación (o si se la ha retirado de servicio y permaneció almacenada durante ese tiempo), el tiempo de carga debe ser de 20 hora.
  • Entre 6 y 12 meses de la fecha de fabricación (o si se la ha retirado de servicio y permaneció almacenada durante ese tiempo), el tiempo de carga debe ser de 24 horas.

La fecha de fabricación se encuentra grabada en la tapa del monoblock mediante un código alfanumérico que varía de fabricante en fabricante.

Veamos ahora qué ocurre ante una descarga accidental de mucha profundidad (también denominada sobre-descarga). Por ejemplo, esto ocurre si el sensor de mínima tensión de un equipo no funciona bien y la descarga continúa por debajo del valor mínimo recomendado por el fabricante, por ejemplo, 1,75VPC.

Cuando una batería se descarga por completo, a) la utilización de ácido sulfúrico del electrólito es total y el electrólito ahora se compone solo de agua. Durante la recarga, esta condición puede producir dendritas metálicas que pueden penetrar el separador y ocasionar un cortocircuito en la celda.; b) la sulfatación de las placas y la resistencia interna asumen sus máximos valores.

Una batería, normalmente, puede tolerar esta situación si la misma se produce una o dos veces en el transcurso de su vida útil.

La batería se debe cargar a tensión constante de 2,27VPC, con la corriente limitada a los valores que hemos mencionado en los números anteriores, es decir, cómo máximo a 0,25C. La recarga de la batería debe realizarse durante un mínimo de 24 horas . También, puede ocurrir que, debido a la profunda sulfatación y gran resistencia interna, la batería al principio del proceso de recarga no tome corriente. Se debe tener paciencia y esperar y, salvo que la sulfatación ya sea irreversible, se observará, al cabo de unos 30 minutos, que la corriente comienza a incrementarse hasta llegar al valor máximo ajustado en el cargador.

placas sulfatadas mal carga descarga

La fotografía muestra un paquete de placas (en posición vertical), con sulfatación debido a descarga excesiva o carga inadecuada. Se observa el sulfato de plomo (en las placas retiradas, en posición horizontal). El sulfato está disuelto en el electrolito, pero termina precipitando sobre las placas y les da el aspecto blanquecino que es característico cuando está cristalizado y fuertemente adherido a la superficie. El sulfato incrementa la resistencia interna.

¿Cómo saber si la batería se ha recuperado al cargarla?

La única forma de saberlo, a ciencia cierta, es realizando una descarga a corriente constante, según alguna de las curvas que suministra el fabricante. En general, conviene elegir la curva que más se acerca a nuestra aplicación.

Si el resultado del ensayo anterior es que la batería tiene entre un 70 y un 80% de la capacidad nominal, se puede intentar realizar un nuevo ciclo de carga-descarga para ver si la recuperación es todavía mayor. El proceso puede repetirse hasta que ya no se obtenga ninguna mejora adicional en el desempeño. Con baterías que tenían poco uso antes de sufrir la sobre-descarga es frecuente que se logre una buena recuperación, a veces, de hasta el 90% de la capacidad nominal.

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¿Que es Cold Cranking?

La Capacidad de Arranque en Frío, también conocida como Cold Cranking (C.C.A.) es la corriente de alta intensidad que la batería puede proporcionar a muy baja temperatura. Para medirla, la batería se debe someter a una descarga de corriente constante, bajo condiciones dadas de temperatura (-18º C), tensión final y tiempo. El criterio de aceptación para este ensayo es que la tensión entre terminales sea mayor o igual que 1,2 Volt por celda (VPC) o 7,2 Volt de tensión para baterías de 12 Volt, transcurridos 30 segundos de iniciada la descarga.

Diferencia entre Capacidad de Arranque y Capacidad de Arranque en Frio

La diferencia está dada por la temperatura a la que se realiza el ensayo. La capacidad de arranque en frío o cold cranking (C.C.A), como vimos, se mide a -18º C, mientras que la capacidad de arranque (C.A) se mide a 0º C. Este valor siempre es mayor, ya que la batería a mayor temperatura tiene un mejor rendimiento.

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