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.
