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Tutorial de la batería 0

Si bien existen muchas químicas de baterías en la actualidad y nuevos tipos se vuelven comercialmente viables con el tiempo, nos ocupamos de los tipos de plomo ácido, inundados, AGM y gel verdadero, ya que se usan ampliamente en las aplicaciones en las que nos especializamos. La tecnología de baterías de plomo ácido ha se ha utilizado comercialmente durante más de un siglo. Algunos hallazgos arqueológicos de los materiales apropiados en una configuración hecha por el hombre sugieren que el principio se conoce y se usa desde mucho antes. Su construcción es de placas de aleación de plomo y un electrolito de ácido sulfúrico y agua. Una batería se compone de varias celdas, y la química del ácido de plomo dicta un voltaje completamente cargado de aproximadamente 2,12 voltios por celda. Así, una batería de 6 voltios nominales tiene tres celdas con un voltaje de carga total de 6,3 a 6,4 voltios, y una batería de 12 voltios tiene seis celdas y un voltaje de carga total de 12,7 voltios. Las baterías de plomo ácido de alta calidad y alto rendimiento pueden exhibir un voltaje de celda más alto.

La celda tiene dos tipos de placas, una de plomo y otra de dióxido de plomo, ambas en contacto con el electrolito de ácido sulfúrico como líquido, absorbido en una estera o como gel. La placa de dióxido de plomo (PbO ₂ ) reacciona con el electrolito de ácido sulfúrico (H ₂ SO ₄ ) dando como resultado iones de hidrógeno e iones de oxígeno (que forman agua) y sulfato de plomo (PbSO ₄ ) en la placa. La placa de plomo reacciona con el electrolito (ácido sulfúrico) y deja sulfato de plomo (PbSO ₄ ) y un electrón libre. La descarga de la batería (permitiendo que los electrones salgan de la batería) da como resultado la acumulación de sulfato de plomo en las placas y la dilución del ácido en agua. Más sobre la sulfatación y sus problemas más adelante. La gravedad específica del electrolito, medida con un hidrómetro en baterías inundadas, indica su carga relativa (fuerza) o nivel de dilución (descarga). La reversibilidad de esta reacción nos da la utilidad de una batería de plomo ácido. Las versiones selladas contienen el agua, el hidrógeno, etc. bajo uso normal, para la recombinación y eliminan el mantenimiento de la verificación de los niveles de agua y la corrosión alrededor de los terminales.

Cargar la batería es invertir el proceso anterior e implica someter la batería a voltajes más altos que el voltaje existente. Cuanto mayor sea el voltaje, más rápida será la tasa de carga, sujeto a algunas limitaciones. Hay un punto de gasificación a considerar, y las baterías de gel verdaderas tienen un voltaje de carga máximo más bajo, porque pueden ocurrir burbujas en el gel que no se disipan y dañan la batería. Más sobre esto en el tutorial de carga.

El electrolito puede absorberse en un material tipo tapete para que no haya electrolito libre (batería AGM), o puede estar en un formato de gel que también lo estabiliza (batería de gel real). Las baterías de plomo-ácido actuales se distinguen básicamente como ciclo profundo/almacenamiento (nominal en amperios hora), o automotriz SLI tipo (arranque/iluminación/encendido), nominal en amperios de arranque. También hay tipos combinados, clasificados para ambas tareas, pero generalmente tienen una clasificación de amperaje de arranque más baja que una batería de arranque del mismo tamaño de grupo.

Baterías SLI

SLI Las baterías están diseñadas para liberar una gran cantidad de amperios durante un período breve (una secuencia de arranque) y luego recargarse con relativa rapidez desde el sistema de carga del equipo (alternador). Normalmente, una secuencia de arranque descarga menos del 3 % de la capacidad de la batería. Las baterías SLI no están diseñadas para descargas profundas repetidas y su vida útil se reduce considerablemente cuando se someten a ellas. Hay baterías húmedas (inundadas) y totalmente selladas, libres de mantenimiento (AGM - fibra de vidrio absorbida) en esta clase. Estos generalmente tienen un alto número de placas y las placas son relativamente delgadas. Están clasificados en CA, amperios de arranque (a 32 grados F) y CCA, amperios de arranque en frío (a 0 grados F).

Baterías de ciclo profundo

Las baterías de ciclo profundo están diseñadas con placas más gruesas, para tener una tasa de descarga constante y para descargarse profundamente y luego aceptar recargas. Se denominan baterías para vehículos recreativos, marinas, de ciclo profundo, de almacenamiento y, a veces, para carritos de golf, ya que estos son los mercados típicos a los que se aplican, así como a otros. No hay ningún beneficio en descargar profundamente las baterías de ciclo profundo como procedimiento de mantenimiento, y no tienen efecto memoria. Por lo general, se clasifican en amperios por hora (ah), pero pueden tener una clasificación CA y CCA, si tienen un propósito doble o se usan ocasionalmente para propósitos de arranque.

Las baterías de ácido de plomo de ciclo profundo están disponibles en dos configuraciones: húmedas y selladas. Una batería de celda húmeda tiene una mayor tolerancia a la sobrecarga; sin embargo, liberará gas hidrógeno cuando se cargue, lo que debe ventilarse adecuadamente y los niveles de agua deben verificarse con frecuencia. Las baterías de ácido de plomo selladas pueden ser de AGM (esterilla de fibra de vidrio absorbida) o de gel, y ambas se denominan a veces baterías VRLA (ácido de plomo reguladas por válvula). Con frecuencia, el término "Gel" se usa para referirse a cualquier batería verdaderamente sellada y libre de mantenimiento, y esta práctica causa confusión a los consumidores de baterías, ya que la AGM y la verdadera Gel tienen algunas características diferentes, particularmente en los requisitos de carga de la verdadera Gel. Ambos tipos no requieren mantenimiento, no derraman líquido y la emisión de gases es mínima. Otros nombres para los tipos sellados son electrólitos hambrientos, libres de mantenimiento, de celda seca y a prueba de derrames. La mayoría de estos están aprobados por el Departamento de Transporte (DOT) para el transporte aéreo y están clasificados como no peligrosos.

El Gel es el menos afectado por las temperaturas extremas, el almacenamiento en estado de carga bajo y tiene una tasa de descarga interna más baja, pero tiene requisitos de voltaje de carga máximo que son considerablemente más bajos que una batería inundada o AGM. Una batería AGM manejará la sobrecarga un poco mejor que la celda de gel. En la categoría AGM se incluyen Optima™ y Odyssey™, así como varias otras baterías selladas de alto rendimiento. Las baterías más pequeñas que se encuentran en los sistemas de alarma de las casas, las cajas de UPS (fuente de alimentación ininterrumpida) de la computadora, etc., que dicen "ácido de plomo sellado", "a prueba de derrames" o "libre de mantenimiento", son casi siempre baterías de tipo AGM. Si no dice "gel" o tiene una "G" en el número de pieza, no es un gel.

Baterías de alto rendimiento

Mencionamos las baterías de alto rendimiento Optima™ y Odyssey™. También hay otros, como el Rock Racing™. Estas baterías utilizan materiales y técnicas de construcción de primera calidad y logran excelentes resultados, que el precio tiende a reflejar. Las unidades Odyssey exhiben amperios de ráfaga extremadamente altos durante los primeros 5 segundos, una característica crítica en el arranque de motores de alta cilindrada o alta compresión. También se pueden descargar y recargar por completo muchas veces (con una capacidad nominal de 400 ciclos al 80 % de profundidad de descarga). Para doble propósito, arranque y ciclo profundo, estos son difíciles de superar. Mantenemos una Odyssey PC1500 cargada y lista en el taller para saltos de emergencia u otras situaciones y pruebas. Basta de charla.

Capacidad de la batería

La capacidad de la batería es una medida de la energía que la batería puede almacenar y entregar a una carga. Está determinado por la cantidad de corriente que una batería puede entregar durante un período de tiempo estándar de la industria. La unidad de medida se llama "amperio hora" (ah). El estándar de la industria de las baterías es una tasa de 20 horas, es decir, cuántos amperios de corriente puede entregar la batería durante 20 horas a 80 grados F hasta que el voltaje cae a 10,5 voltios para una batería de 12 V y 21 voltios para una batería de 24 V. Por ejemplo, una batería de 100 ah entregará 5 amperios durante 20 horas. Ocasionalmente, una empresa o comercializador utilizará una tarifa de 10 horas o alguna otra tarifa, así que asegúrese de qué tarifa le dan al comparar marcas y tamaños de grupos.

La capacidad de la batería también se expresa como capacidad de reserva (RC) en minutos. La capacidad de reserva es el tiempo en minutos que una batería puede entregar 25 amperios a 80 grados F hasta que el voltaje cae a 10,5 voltios para una batería de 12 V y 21 voltios para una batería de 24 V. La relación entre los amperios por hora (ah) y la capacidad de reserva (RC) se puede aproximar con esta fórmula: ah = RC por 0,6

Altas tasas de descarga de la batería

A medida que la tasa de descarga aumenta por encima de la tasa estándar de la industria de 20 horas, la capacidad utilizable disminuye debido al "Efecto Peukert". La disminución no es lineal y se muestra en el siguiente gráfico.

Esto debe tenerse en cuenta al dimensionar una batería para una aplicación en particular. Si se trata de un consumo elevado de corriente, la capacidad de la batería debe aumentarse por encima del requisito de amperios por hora calculado simplemente.

Duración de la batería y profundidad de descarga (DOD)

La vida útil de la batería se acorta cuanto más profundamente se descarga en cada ciclo. Aumentar la capacidad del banco de baterías por encima de los requisitos mínimos aumentará la vida útil del banco. Las baterías True Gel tienden a tener una mayor cantidad de ciclos que las AGM cuando se someten a ciclos profundos, por lo que se usan con frecuencia en carritos de golf y sillas de ruedas/scooters cuando se usan baterías selladas y se descargan profundamente todos los días.

Efectos de la temperatura en las baterías

Las baterías de plomo ácido pierden capacidad a bajas temperaturas. A 32 grados F, una batería entregará alrededor del 75 % de su capacidad nominal a 80 grados F. Esto debe tenerse en cuenta al dimensionar un banco de baterías de la capacidad requerida para entornos más fríos. Se recomienda un compartimento calentado o aislado para climas muy fríos. La temperatura alta mantiene la química de la batería más activa y reduce considerablemente la vida útil de la batería. Una batería que puede durar 5 años en un entorno de 60 F a 80 F, puede durar solo 2 años en un entorno desértico.

Descarga interna

Las baterías están sujetas a una descarga interna, también llamada autodescarga. Esta tasa está determinada por el tipo de batería y la metalurgia del plomo utilizado en su construcción. Las celdas húmedas, con las cavidades internas para el electrolito, utilizan una aleación de plomo y antimonio para aumentar la resistencia mecánica. El antimonio también aumenta la tasa de descarga interna a entre 8% y 40% por mes. Por esta razón, las celdas húmedas no deben dejarse sin mantenimiento o descargadas durante períodos prolongados. El plomo utilizado en la construcción de baterías de Gel y AGM no requiere alta resistencia mecánica ya que es estabilizado por el material de gel o mat. Por lo general, el calcio se alea con el plomo para reducir la formación de gases y la tasa de descarga interna, que es solo del 2% al 10% por mes para las baterías AGM y Gel.

Cualquier descarga de la batería, incluida la descarga interna, produce sulfatación en las placas de la batería como parte del ciclo químico y, con el tiempo suficiente, esta sulfatación se endurece y provoca, en el mejor de los casos, una disminución de la capacidad de la batería o la pérdida total de funcionamiento. La carga de rutina después del uso, o el uso de un cargador "flotante" durante largos períodos de almacenamiento (baterías de botes, vehículos todo terreno, etc.) evita esta capacidad disminuida y maximiza la vida útil de la batería. Una gran parte (cerca del 50 %) de las baterías de plomo ácido tienen una capacidad reducida o se vuelven inutilizables debido a la sulfatación, y nunca alcanzan su vida útil nominal. Hay dispositivos electrónicos (cargadores y dispositivos autónomos) para hacer frente a la sulfatación, pero la mejor práctica es evitar la situación en primer lugar con una gestión adecuada de la batería, incluido el uso de cargadores "inteligentes" de calidad.

Resumen sobre cómo alcanzar la duración máxima de la batería

De la discusión anterior, se puede ver que hay varios problemas relacionados con la duración de la batería. La recarga oportuna después del uso, evitando la descarga total si es posible, la carga de mantenimiento de rutina o el uso de un cargador "flotante" en baterías almacenadas o fuera de temporada (jetski, moto de nieve, ATV, etc.) son cosas que contribuyen al buen duración de la batería. Evitar las temperaturas extremas, especialmente el calor, cuando sea posible, y controlar los niveles de agua en las baterías inundadas también son esenciales. Hay algunas aplicaciones que tienen más probabilidades de llegar al final del ciclo de vida de una batería y, como resultado, tienen una capacidad decreciente. Las sillas de ruedas y los scooters que se usan a diario y en gran medida entran en esta categoría.

Conexión serie y paralelo de baterías.

Cuando se conectan dos o más baterías en serie (positivo a negativo en una cadena), sus voltajes se suman pero su capacidad AH permanece igual. Entonces, dos baterías de 12 V, 100 ah conectadas en serie dan como resultado un paquete de 24 V, 100 ah. El negativo de una batería se conecta al positivo de una segunda batería y los terminales restantes son las conexiones del sistema.

Cuando se conectan dos o más baterías en paralelo (positivo con positivo, negativo con negativo), su capacidad AH (amperaje) se suma pero su voltaje permanece igual. Entonces, dos baterías de 12 V, 100 ah conectadas en paralelo dan como resultado un paquete de 12 V, 200 ah.

Tutorial de carga de la batería 0

La tecnología actual de carga de baterías se basa en microprocesadores (chips de computadora) para recargar, usando carga regulada de 3 etapas (o 2 o 4 etapas). Estos son los "cargadores inteligentes", y las unidades de calidad generalmente no se encuentran en las tiendas de descuento. Las tres etapas o pasos en la carga de una batería de plomo/ácido son volumen, absorción y flotación. La calificación o igualación a veces se considera otra etapa. Una unidad de 2 etapas tendrá etapas a granel y de flotación. Es importante utilizar las recomendaciones del fabricante de la batería sobre los procedimientos y voltajes de carga, o un cargador de calidad controlado por microprocesador para mantener la capacidad y la vida útil de la batería.

Los "cargadores inteligentes" se perfilan teniendo en cuenta la filosofía de carga contemporánea y también toman información de la batería para proporcionar el máximo beneficio de carga con la mínima observación. Algunas baterías de celdas de gel y AGM pueden requerir configuraciones o cargadores especiales. Nuestras unidades se seleccionan por su idoneidad en los tipos de batería que especifican. Las baterías de gel generalmente requieren un perfil de carga específico, y se requiere un cargador específico para gel, seleccionable para gel o adecuado para gel. El voltaje máximo de carga para las baterías de gel es de 14,1 o 14,4 voltios, que es inferior a lo que necesita una batería húmeda o tipo AGM para una carga completa. Exceder este voltaje en una batería de gel puede causar burbujas en el gel electrolítico y daños permanentes.

La mayoría de los fabricantes de baterías recomiendan dimensionar el cargador a aproximadamente el 25 % de la capacidad de la batería (ah = capacidad de amperios por hora). Por lo tanto, una batería de 100 ah necesitaría un cargador de 25 amperios (o menos). Se pueden usar cargadores más grandes para disminuir el tiempo de carga, pero pueden disminuir la duración de la batería. Los cargadores más pequeños están bien para la flotación a largo plazo, por ejemplo, se puede usar un "cargador inteligente" de 1 o 2 amperios para el mantenimiento de la batería entre usos de ciclos de amperios más altos. Algunas baterías especifican el 10 % de la capacidad (0,1 XC) como índice de carga y, aunque esto no afecta a nada, un buen cargador de microprocesador con el perfil de carga adecuado debería estar bien hasta el 25 %. Hablas con diferentes ingenieros, incluso en la misma empresa, obtienes respuestas diferentes.

Carga de batería de tres etapas

El A GRANEL La etapa implica aproximadamente el 80% de la recarga, en la que la corriente del cargador se mantiene constante (en un cargador de corriente constante) y el voltaje aumenta. El cargador del tamaño adecuado le dará a la batería tanta corriente como acepte hasta la capacidad del cargador (25 % de la capacidad de la batería en amperios por hora), y no elevará una batería húmeda a más de 125 °F, o un AGM o GEL (regulado por válvula) batería a más de 100° F.

El ABSORCIÓN (el 20% restante, aproximadamente) tiene el cargador manteniendo el voltaje en el voltaje de absorción del cargador (entre 14.1 VDC y 14.8 VDC, dependiendo de los puntos de ajuste del cargador) y disminuyendo la corriente hasta que la batería esté completamente cargada. Algunos fabricantes de cargadores llaman a esta etapa de absorción una etapa de ecualización. No estamos de acuerdo con este uso del término. Si la batería no retiene la carga, o la corriente no cae después del tiempo de recarga esperado, la batería puede tener algo de sulfatación permanente.

El FLOTAR etapa es donde el voltaje de carga se reduce a entre 13.0 VDC y 13.8 VDC y se mantiene constante, mientras que la corriente se reduce a menos del 1% de la capacidad de la batería. Este modo se puede utilizar para mantener una batería totalmente cargada de forma indefinida.

El tiempo de recarga se puede aproximar dividiendo los amperios por hora que se reemplazarán por el 90 % de la salida nominal del cargador. Por ejemplo, una batería de 100 amperios hora con un 10 % de descarga necesitaría 10 amperios reemplazados. Con un cargador de 5 amperios, tenemos 10 amperios-hora divididos por el 90 % de 5 amperios (0,9x5) amperios = 2,22 horas de tiempo de recarga estimado. Una batería muy descargada se desvía de esta fórmula y requiere más tiempo por amperio para ser reemplazada.

Las recomendaciones de frecuencia de recarga varían de un experto a otro. Parece que la profundidad de la descarga afecta la duración de la batería más que la frecuencia de recarga. Por ejemplo, recargar cuando el equipo no se va a usar por un tiempo (pausa para comer o lo que sea), puede mantener la profundidad promedio de descarga por encima del 50% para un día de servicio. Esto se aplica básicamente a las aplicaciones de batería donde la profundidad promedio de descarga cae por debajo del 50 % en un día, y la batería se puede recargar por completo una vez durante un período de 24 horas.

Igualdad

La ecualización es esencialmente una sobrecarga controlada. Algunos fabricantes de cargadores llaman voltaje de ecualización al voltaje máximo que alcanza el cargador al final del modo BULK (voltaje de absorción), pero técnicamente no lo es. Las baterías húmedas (inundadas) de mayor capacidad a veces se benefician de este procedimiento, en particular las baterías físicamente altas. El electrolito en una batería húmeda puede estratificarse con el tiempo, si no se recicla ocasionalmente. En la ecualización, el voltaje se eleva por encima del voltaje máximo de carga típico (de 15 a 16 voltios en un sistema de 12 voltios) hasta bien entrada la etapa de gasificación y se mantiene durante un período fijo (pero limitado). Esto agita la química en toda la batería, "igualando" la fuerza del electrolito y eliminando cualquier sulfatación suelta que pueda haber en las placas de la batería.

La construcción de las baterías AGM y Gel prácticamente elimina cualquier estratificación, y la mayoría de los fabricantes de este tipo no lo recomiendan (lo desaconsejan). Algunos fabricantes (especialmente Concorde) enumeran un procedimiento, pero el voltaje y el tiempo son críticos para evitar daños a la batería.

Prueba de batería

La prueba de la batería se puede hacer de varias maneras. El más popular incluye la medición de la gravedad específica y el voltaje de la batería. La gravedad específica se aplica a las celdas húmedas con tapas removibles, que dan acceso al electrolito. Para medir la gravedad específica, compre un hidrómetro compensador de temperatura en una tienda de autopartes o en una tienda de herramientas. Para medir el voltaje, use un voltímetro digital en la configuración de voltaje de CC. La carga superficial debe eliminarse de una batería recién cargada antes de realizar la prueba. Un lapso de 12 horas después de la carga califica, o puede eliminar la carga de superficie con una carga (20 amperios durante más de 3 minutos).

La prueba de carga es otro método para probar una batería. La prueba de carga elimina los amperios de una batería (similar a arrancar un motor). Algunas compañías de baterías etiquetan su batería con la carga de amperios para la prueba. Este número suele ser la mitad de la calificación CCA. Por ejemplo, una batería de 500 CCA cargaría la prueba a 250 amperios durante 15 segundos. Solo se puede realizar una prueba de carga si la batería está cargada por completo o cerca de ella. Algunos probadores de carga electrónicos aplican una carga de 100 amperios durante 10 segundos y luego muestran el voltaje de la batería. Este número se compara con un gráfico en el probador, basado en la clasificación CCA para determinar el estado de la batería.

La sulfatación de las baterías comienza cuando la gravedad específica cae por debajo de 1,225 o el voltaje mide menos de 12,4 (batería de 12 V) o 6,2 (batería de 6 voltios). La sulfatación puede endurecerse en las placas de la batería si se deja el tiempo suficiente, reduciendo y eventualmente destruyendo la capacidad de la batería para generar voltios y amperios nominales. Existen dispositivos para eliminar la sulfatación dura, pero la mejor práctica es prevenir la formación mediante el cuidado adecuado de la batería y la recarga después de un ciclo de descarga. La sulfatación es la razón principal por la que una parte importante de las baterías de plomo-ácido no alcanzan su vida útil química.

Carga de baterías conectadas en paralelo

Las baterías conectadas en paralelo (positivo con positivo, negativo con negativo) son vistas por el cargador como una gran batería de la capacidad combinada de amperios por hora de todas las baterías. Por lo tanto, tres baterías de 12 voltios y 100 amperios-hora (ah) en paralelo se ven como una batería de 12 voltios y 300 ah. Se pueden cargar con una conexión positiva y negativa de un cargador del amperaje recomendado. También se pueden cargar con un cargador de salida múltiple, como una unidad de tres bancos en este caso, y cada batería tiene su propia conexión al voltaje de la batería. El amperaje de carga sería la suma de los amperios de salida individuales.

Carga de baterías conectadas en serie

Las baterías conectadas en serie son una historia diferente. Tres baterías de 12 voltios y 100 amperios por hora conectadas en serie (positivo a negativo, positivo a negativo, positivo a negativo) harían un paquete de baterías de 36 voltios y 100 ah. Esto se puede cargar en el paquete con un cargador de salida de 36 voltios de la salida de amperaje adecuada. También se pueden cargar con un cargador de salida múltiple, como una unidad de tres bancos en este caso, con cada batería obteniendo su propia conexión al voltaje de la batería (12 voltios en este caso). Cualquier método está bien, A MENOS QUE una o más de las baterías están conectadas a un voltaje inferior al del sistema. Un ejemplo sería conectar una de las baterías en esta cadena de 36 voltios a 12 voltios para la radio o algunas luces, etc. Esto desequilibra el paquete y la carga al voltaje del sistema (36 V) no corrige el desequilibrio. El cargador de banco múltiple que se conecta a cada batería es la forma correcta de manejar esta cadena de baterías en serie, ya que corrige el desequilibrio con cada ciclo de carga.