Baterías de reserva y carga por flotación
Las baterías utilizadas en el suministro de energía de emergencia para equipos de telecomunicaciones, sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI), etc., se cargan continuamente (o flotan) a una tensión constante igual a OCV + x mV. El valor de x depende del diseño y del fabricante de Standby. Normalmente, el valor de flotación será de 2,23 a 2,30 V por célula. Una batería en servicio de flotación es la que está sometida a una carga continua y sólo se le pide que actúe en caso de interrupción del suministro eléctrico. Este valor de potencial constante es suficiente para mantenerlos en condiciones de plena carga. Además de cargar para compensar la descarga anterior, la carga a potencial constante (CP) compensa los procesos de autodescarga que se producen cuando la batería está en reposo.
¿Cómo funciona el cargador de flotador?
Un cargador de flotación carga continuamente las baterías a tensiones preestablecidas, independientemente del estado de carga. El aparato no está desconectado del cargador. Las condiciones locales, como los cortes de energía y la temperatura ambiente, se tendrán en cuenta para decidir un ajuste más exacto de la tensión de flotación. La capacidad es el aspecto más importante de este escenario. El cargador también puede tener una función de refuerzo para preparar la batería para el siguiente corte de energía en los casos en los que se produzcan frecuentes cortes de energía.
Las condiciones de carga son:
- Tipo de carga: Potencial constante de 2,25 a 2,30 V por célula, con una compensación de temperatura de – mV a – 3 mV por célula
- Corriente inicial: Máximo 20 a 40% de la capacidad nominal
- Tiempo de carga: continuo, independientemente del SOC
Algunos fabricantes afirman que la carga de las baterías de plomo-ácido es más eficiente en el rango de 15-30°C y que no es necesario compensar la temperatura si la temperatura ambiente está en el rango de 0 a 40°C. De lo contrario, se puede considerar un circuito de compensación de temperatura integrado para mejorar la eficiencia de la carga. Es deseable una compensación de temperatura de menos 2 a menos 3 mV por oCpor célula basada en 20-25°C.
La siguiente tabla es una guía para la compensación de la temperatura.
Tabla 1. Compensación de temperatura para la tensión de flotación de una batería de 12 V
[http:// www. eastpenn-deka.com/assets/base/0139.pdf]
Temperatura, °C | Tensión de flotación, voltios | |
Óptimo | Máximo | |
≥ 49 | 12.8 | 13 |
44-48 | 12.9 | 13.2 |
38-43 | 13 | 13.3 |
32-37 | 13.1 | 13.4 |
27-31 | 13.2 | 13.5 |
21-26 | 13.4 | 13.7 |
16-20 | 13.55 | 13.85 |
10-15 | 13.7 | 14 |
05-09 | 13.9 | 14.2 |
≤ 4 | 14.2 | 14.5 |
¿Qué es la carga por flotación y la carga por impulso?
El equipo de carga puede tener dos tasas de carga normalmente. Lo son:
- Carga rápida
- Carga por goteo
Normalmente se incorporan instalaciones de refuerzo rápido para la recarga de la batería después de una descarga de emergencia. La parte de refuerzo tiene invariablemente una salida de hasta 2,70 V por célula para la recarga de la batería para un tipo inundado y hasta 2,4 a 2,45 para las baterías VRLA. La salida de carga lenta es capaz de compensar la autodescarga y otras pérdidas internas de la batería, a un nivel de tensión de 2,25 V por celda. Las salidas necesarias, en términos de corriente, dependerán del tamaño de la batería.
Estación de carga con estante flotante
En el caso de las baterías que no pueden ser enviadas durante varias semanas, es necesario mantener la batería completamente cargada hasta su envío. Para este tipo de baterías, existen dos opciones de carga lenta cuando se espera en la estantería. O bien se conectan varias baterías en serie y se cargan a una densidad de corriente de 40 a 100 mA/100 Ah de capacidad nominal, o bien puede haber varios circuitos individuales para cargar cada batería por separado. Todas estas baterías se cargan a flote un poco por encima de su OCV como se ha comentado anteriormente.
Carga flotante de baterías AGM VRLA
La carga por flotación de las baterías AGM no difiere de la carga por flotación de las baterías inundadas convencionales. Pero hay varias diferencias en el funcionamiento del proceso de carga del flotador que se da en las dos variedades.
Las baterías VRLA tienen una baja resistencia interna y, por lo tanto, pueden aceptar la carga muy bien en la parte inicial del período de carga.
Un cargador de potencial constante, con tensión regulada y temperatura compensada es el mejor cargador para las baterías VRLA.
La tensión de carga de flotación CP es normalmente de 2,25 a 2,30 V por célula. No hay límite para la corriente de carga de flotación. Pero, para la carga de refuerzo a una tensión CP de 14,4 a 14,7 para las baterías VRLA, la mayoría de los fabricantes (tanto de tipo inundado como VRLA) estipulan una corriente máxima inicial del 30 al 40 por ciento de la capacidad nominal en amperios. La mayoría de los fabricantes prescriben una variación de ± 1 % en el valor de la tensión de flotación y de ± 3 % para la tensión de carga de refuerzo.
[1. https://www.thebatteryshop.co.uk/ekmps/shops/thebatteryshop/resources/Other/tbs-np65-12i-datasheet.pdf 2. https://www.sbsbattery.com/media/pdf/Battery-STT12V100.pdf 3. https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf]
Efectos de la temperatura en la vida útil de las baterías VRLA
La temperatura influye enormemente en la vida de las baterías de plomo-ácido reguladas por válvula. Por cada 10°C de aumento de la temperatura de funcionamiento, la esperanza de vida se reduce a la mitad. Las cifras que figuran a continuación confirman este hecho. La vida útil del flotador a 20°C es de unos 10 años para un producto particular de Panasonic. Pero a 30°C, la vida es de unos 5 años. Asimismo, la vida útil a 40°C es de unos 2 años y 6 meses [Figure 10 in https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf].
Página 6 en http:// news.yuasa. co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf].
Por lo tanto, si un consumidor quiere comprar una batería nueva, debe tener en cuenta la temperatura ambiente media y la vida útil a esa temperatura. Si quiere que una batería dure 5 años a 30 o 35oC, debería optar por una batería diseñada para 10 años de vida a 20oC.
Fig. 1 Duración de la flotación a diferentes temperaturas de los productos VR de Panasonic
https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf
Fig. 2 Duración de la flotación a diferentes temperaturas de los productos VR de Yuasa (Reino Unido)
http://news.yuasa.co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf
La norma británica 6240-4:1997, indica la dependencia de la vida útil de la temperatura entre 20 y 40°C.
Vida cíclica de las baterías VRLA
En comparación con la vida de flotación, la vida cíclica de las baterías de RV será más corta debido a la cantidad de materiales activos utilizados por ciclo. En el funcionamiento de flotación, las baterías son llamadas a suministrar energía sólo cuando hay interrupciones de energía. Pero, en el modo cíclico, la batería se descarga hasta la profundidad de descarga(DOD) requerida cada vez y se carga inmediatamente. Esta descarga seguida de la carga se denomina «ciclo». La duración del ciclo depende de la cantidad de materiales convertidos por ciclo, es decir, de la DOD. Cuanto menor sea la conversión, mayor será la vida. La siguiente tabla muestra las vidas de los productos VRLA de Panasonic hasta el 60 % y el 80 % de capacidad al final de la vida útil DOD para tres niveles de DOD.
Tabla 2. Ciclos de vida aproximados de los productos VRLA de Panasonic hasta el 60 % y el 80 % del final de la vida útil para tres DOD a una temperatura ambiente de 25oC. [Adaptado de https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf Figura en la página 22]
DOD al final de la vida | Ciclos de vida al 100 % de DOD | Ciclos de vida al 50 % de DOD | Ciclos de vida al 30 % de DOD |
Vida a 60 % DOD | 300 | 550 | 1250 |
Vida a 80 % DOD | 250 | 450 | 950 |
- Temperatura y corriente de flotación
Tabla 3. Corriente de flotación a 2,3 V por célula para tres tipos de células de plomo-ácido a diferentes temperaturas
[[Adaptado de C&D Technologies https://www. cdtechno. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
Figura 19, página 22]
| Temperatura, °C | Corriente aproximada, mA por Ah20 |
Células de calcio inundadas | 25 | 0.25 |
30 | 0.35 | |
40 | 0.6 | |
50 | 0.9 | |
60 | 1.4 | |
Células VR gelificadas | 25 | 0.6 |
30 | 0.75 | |
40 | 1.5 | |
50 | 3 | |
60 | 6 | |
Pilas AGM VR | 25 | 1.5 |
30 | 2 | |
40 | 3.5 | |
50 | 8 | |
60 | 15 |
- Prueba de idoneidad para el funcionamiento con flotador [IEC 60896-21 y 22:2004]
La CEI ofrece un procedimiento de prueba para comprobar la idoneidad de las células VR para el funcionamiento en régimen de flotación. Las celdas o baterías se someterán a una tensión de flotación de VFloat que será especificada por el fabricante en el rango típico de 2,23 a 2,30 VOLTIOS POR CELDA. Se medirá y anotará la tensión inicial de cada célula o batería monobloque. Después de 3 meses, se medirá y anotará la tensión de cada célula o batería monobloque. Tras 6 meses de funcionamiento en flotación, las celdas o monobloques se someterán a la prueba de capacidad. La capacidad real en el momento de la descarga deberá ser mayor o igual a la capacidad nominal.
- Variación de la tensión de flotación de célula a célula
Debido a las variables inherentes al proceso, las tensiones de las celdas o baterías individuales están destinadas a variar en un rango de tensión de funcionamiento de flotación. Las pequeñas diferencias en los parámetros internos de las placas, como el peso de los materiales activos, la porosidad de los materiales activos, y las diferencias en la compresión de las placas y la compresión de los AGM, la variación del volumen del electrolito, etc., provocan esta variación. Incluso con estrictos pasos de control de calidad (tanto en los materiales como en los controles del proceso en las operaciones unitarias), los productos de RV muestran variaciones de célula a célula que dan lugar a una distribución «bimodal» de los voltajes de las células durante el funcionamiento en flotación.
En una célula convencional con exceso de electrolito inundado, las dos placas se cargan independientemente la una de la otra. Los gases de oxígeno e hidrógeno tienen bajas tasas de difusión en las soluciones de ácido sulfúrico. Los gases desprendidos durante la carga salen de las células porque no tienen tiempo suficiente para interactuar con las placas.
En las células VRLA, el fenómeno del ciclo del oxígeno hace que este panorama sea complejo. Como en el caso de las células inundadas, la descomposición del agua se produce en la placa positiva; también se produce la corrosión de la rejilla. Aunque algo de gas de oxígeno se escapa de las celdas de RV en las primeras etapas de la carga del flotador (debido a las condiciones de no inanición), la creación de caminos de gas se produce después de que el nivel de saturación se reduce del 90 al 95 % inicial a niveles más bajos.
Ahora, la reacción inversa de descomposición del agua que se produjo en la placa positiva comienza a tener lugar en la placa negativa:
Descomposición del agua en el PP: 2H2O → 4H+ + O2 ↑ + 4e-………………………. (1)
Reducción de O2 (= recombinación de O2) en NP: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O + (Calor) …………. (2)
[2Pb + O2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O+ Calor] …….. (3)
De las reacciones anteriores se desprenden los siguientes puntos:
- Se ve que el resultado neto es la conversión de energía eléctrica en calor.
- Así, cuando una batería de RV entra en la fase de ciclo de oxígeno, las baterías se calientan.
- El gas oxígeno no se pierde en la atmósfera
- El plomo en el NAM se convierte en sulfato de plomo y por lo tanto el potencial del NP se vuelve más positivo; esto dará lugar a la prevención de la evolución del hidrógeno
- Para compensar la disminución de la tensión del PN, las placas positivas se vuelven más positivas y se produce una mayor evolución del oxígeno y la corrosión (para que no se altere la tensión de flotación aplicada). El oxígeno así producido se reducirá en el PN, que además experimenta una polarización que resulta en un potencial más positivo para el PN.
Debido al consumo de corriente para la recombinación de oxígeno, las corrientes de flotación son aproximadamente tres veces mayores en las baterías VRLA que en las inundadas, como ha señalado Berndt [D. Berndt, 5th ERA Battery Seminar and Exhibition, Londres, Reino Unido, abril de 1988, sesión 1, ponencia 4. 2. R.F. Nelson en Rand, D.A.J; Moseley, P.T; Garche. J ; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Chapter 9 , page 258 et seq.].
Tabla 4. Carga por flotación: Comparación de las corrientes de flotación, la evolución del calor y la eliminación del calor para una batería ventilada y una VRLA
Detalles | Celda inundada | Células de RV | Observaciones |
Tensión de flotación por célula, voltios | 2.25 | 2.25 | La misma tensión de flotación |
Corriente de flotación de equilibrio, mA/100 Ah | 14 | 45 | Aproximadamente 3 veces más en baterías de RV |
Entrada de energía equivalente, mW | 31,5 mW (2,25 V X 14 mA). | 101,25 mW (2,25 V X 45 mA). | Aproximadamente 3 veces más en baterías de RV |
El calor eliminado a través de la gasificación, mW | 20,72 mW (1,48 V X 14 mA). (20.7/31.5 – 66 %) | 5,9 (1,48 V x 4 mA) (5.9/101.25 = 5.8 %) | Una décima parte de las células inundadas |
Balance térmico, mW | 31.5-20.72 = 10.78 | 101.25 – 5.9= 95.35 | |
Conversión de la corriente de carga de flotación en calor, en porcentaje | 10.8 | 95 | Aproximadamente 9 veces en baterías VR |
- Tensión de gaseado y de carga
Normalmente, la eficiencia del ciclo de oxígeno a la tensión de flotación recomendada recombina todo el oxígeno generado en la placa positiva en agua en la placa negativa y, por lo tanto, no se produce ninguna pérdida de agua o ésta es insignificante, y se inhibe la evolución del hidrógeno.
Pero, si se sobrepasa la tensión o la corriente recomendada, comienza a producirse la gasificación. Es decir, la generación de oxígeno supera la capacidad de la célula para recombinar el gas. En casos extremos, se evolucionan tanto el hidrógeno como el oxígeno y se produce una pérdida de agua, acompañada de una mayor generación de calor.
Tabla 5. Emisión de gas y corriente de flotación a diferentes tensiones de flotación de la célula VR de electrolito gelificado, 170 Ah
[Adaptado de C&D Technologies www. cdtechno .com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
Figura 17, página 21]
Tensión de carga, voltios | Generación aproximada de gas, ml por minuto | Generación aproximada de gas, ml por Ah por minutoº | Corriente aproximada, amperios | Corriente aproximada, miliamperios por Ahº |
< 2.35 | Nil | Nil | — | |
2.35 Comienza el gaseado | — | — | 0.4 | 2.35 |
2.4 | 1.5 | 0.0088 | 0.45 | 2.65 |
2.46 | 3.5 | 0.0206 | 0.6 | 3.53 |
2.51 | 10 | 0.0588 | 1.4 | 8.24 |
2.56 | 24 | 0.1412 | 3 | 17.65 |
º Valores calculados
- Tensión y corriente de carga
Tabla 6. Tensión de flotación frente a la corriente de flotación para baterías VRLA gelificadas y AGM
[Adaptado de C&D Technologies www. cdtechno.com /pdf/ref/41_2128_0212.pdf
Figura 18, página 22]
Tensión de flotación (voltios) | Corriente, mA por Ah | |
Batería de gelatina VR | Batería AGM VR | |
2.20 | 0.005 | 0.02 |
2.225 | 3 | 9 |
2.25 | 6 | 15 |
2.275 | 9.5 | 22 |
2.30 | 12 | 29 |
2.325 | 15 | 39 |
2.35 | 25 | 46 |
2.375 | 30 | 53 |
2.40 | 38 | 62 |
2.425 | 45 | 70 |
2.45 | 52 | 79 |
Tabla 7. Corriente de flotación para baterías VRLA inundadas de calcio, gelificadas y AGM a diferentes temperaturas para una carga de flotación de 2,3 voltios por celda
[Adaptado de C&D Technologies www. cdtechno. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
Figura 19, página 22]
Temperatura de la celda, °C | Corriente, mA por Ah20 | ||
Batería de calcio inundada | Batería de gelatina VR | Batería AGM VR | |
25 | 0.25 | 0.65 | 1.5 |
30 | 0.375 | 0.9 | 2 |
35 | 0.425 | 1.25 | 3 |
40 | 0.55 | 1.6 | 4.1 |
45 | 0.7 | 2 | 6 |
50 | 0.875 | 3.5 | 7.5 |
55 | 1.15 | 3.75 | 11.1 |
60 | 1.4 | 6 | 15 |
- Tensión de flotación, temperatura de funcionamiento y vida útil
La sobrecarga a una tensión de flotación superior a la recomendada reducirá drásticamente la vida útil de las baterías. Este gráfico muestra el efecto en la vida útil de la sobrecarga de una batería de gel.
Tabla 8. Porcentaje de vida útil de las células de gel en función de la tensión de recarga (tensión recomendada para la carga de 2,3 a 2,35 V por célula)
www. eastpenn-deka. com/activos/base/0139.pdf
Tensión de recarga | Porcentaje de vida útil de las células de gel |
Recomendado | 100 |
0,3 V más | 90 |
0,5 más | 80 |
0,7 más | 40 |
Ron D. Brost [Ron D. Brost, Proc. Decimotercera Conf. Anual de Baterías Applications and Advances, California Univ., Long Beach, 1998, pp. 25-29]. ha informado de los resultados de los ciclos de 12V
VRLA (Delphi) al 80% de DOD a 30, 40 y 50 oC. Las baterías se sometieron a una descarga del 100% a 2 h cada 25 ciclos a 25pC para determinar la capacidad. Los resultados muestran que la duración del ciclo a 30oC es de unos 475 mientras que, la cifra se reduce a 360 y 135, aproximadamente a 40 y 50oC respectivamente.
La interrelación entre la tensión del flotador, la temperatura del flotador y la vida útil
Figura 3. La dependencia de la vida del flotador de la tensión y la temperatura del flotador
[Malcolm Winter,3rd ERA Battery Seminar, 14 de enero de 1982, Londres, (ERA Report No. 81-102, pp. 3.3.1.) a
- Volumen del electrolito y aumento de la temperatura durante la carga por flotación
El aumento de temperatura durante la carga es el menor en las pilas inundadas y el mayor en las pilas AGM VR. La razón radica en el volumen del electrolito que tienen los diferentes tipos de células. El siguiente cuadro ilustra este hecho. Debido al mayor volumen de electrolito en comparación con las celdas AGM, las celdas de gel pueden soportar más descargas profundas.
Tabla 9. Tipo de batería y volúmenes relativos de electrolitos
sv-zanshin .com/r/manuals/sonnenschein _gel_handbook_part1.pdf]
Células inundadas, OPzS | Células gelificadas, células Sonnenschein A600 | Células AGM, Absolyte IIP | Células gelificadas, células Sonnenschein A400 | Células AGM, Marathon M, FT |
1 | 0,85 a 0,99 | 0,55 a 0,64 | — | — |
— | 1 | 0,61 a 0,68 | 1 | 0,56 a 0,73 |
— | 1,5 a 1,7 | 1 | 1,4 a 1,8 | 1 |
- La tensión se extiende en la carga de flotación
La dispersión de la tensión en una cadena de baterías VR de flotación varía en diferentes periodos tras el inicio de la carga de flotación. Inicialmente, cuando las células tienen más electrolito que en la condición de inanición, las células experimentarán voltajes más altos y aquellas con buena recombinación exhibirán voltajes de célula más bajos (debido a la disminución de los potenciales de las placas negativas); las células con un mayor volumen de ácido tendrán placas negativas polarizadas que exhibirán voltajes de célula más altos que conducen a la evolución del hidrógeno.
Mientras que la suma de todos los voltajes individuales de las células es igual al voltaje de la cadena aplicada, los voltajes individuales de las células no serán los mismos para todos; algunos tendrán voltajes más altos (debido a la condición de no inanición y a la evolución del hidrógeno) que el voltaje impresionado por célula y otros tendrán voltajes más bajos (debido al ciclo de oxígeno). Un ejemplo
de este fenómeno es dado por Nelson [1. R.F. Nelson en Rand, D.A.J; Moseley, P.T; Garche. J ; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Chapter 9 , page 266 et seq. 2. R.F. Nelson, Proceedings of the 4th International Lead-Acid Battery Seminar, San Francisco, CA, USA, 25-27 de abril de 1990, pp. 31-60].
Tabla 10. Datos de propagación de voltaje de celdas individuales para celdas VR prismáticas de 300 Ah en un conjunto de 48-V/600-Ah flotado a 2,28 voltios por celda.
[R.F. Nelson en Rand, D.A.J; Moseley, P.T; Garche. J ; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Chapter 9 , page 266 et seq].
Tensión original | Después de 30 días de carga de flotación | Después de 78 días de carga de flotación | Después de 106 días de carga flotante | ||||
Rango de tensión, V | Dispersión, mV | Rango de tensión, V | Dispersión, mV | Rango de tensión, v | Dispersión, mV | Rango de tensión, V | Dispersión, mV |
2,23 a 2,31 | 80 | 2,21 a 2,37 | 160 | 2,14 a 2,42 | 280 | 2,15 a 2,40 | 250 |
Se puede observar que algunas células pueden llegar a la fase de gaseado (2,42 V) y otras a una tensión inferior a la impresionada de 2,28 V por célula.
Algunos autores consideran que los voltajes de las células se estabilizan en seis meses de funcionamiento en régimen de flotación y que la variación de los voltajes de las células estará dentro del ±2,5% del valor medio. Esto significa que para el valor medio de 2,3
VOLTS PER CELL, la variación estará en el rango de 2,24 – 2,36 (es decir, 60mV menos o más para el funcionamiento de 2,3V). [Hans Tuphorn, J. Power Sources, 40 (1992) 47-61].
Lorem fistrum por la gloria de mi madre esse jarl aliqua llevame al sircoo. De la pradera ullamco qué dise usteer está la cosa muy malar.
Lorem fistrum por la gloria de mi madre esse jarl aliqua llevame al sircoo. De la pradera ullamco qué dise usteer está la cosa muy malar.
Figura 4. Variación de la célula a una tensión de célula de un nuevo SAI de 370V Batería cargada a flote con tensión de flotación = 2,23 Vpc
[Hans Tuphorn, J. Power Sources, 40 (1992) 47-61].
- La carga por flotación y la importancia de controlar los voltajes de las células:
Es muy importante controlar los voltajes de las células durante los períodos de carga de flotación. Experimentos realizado con una batería de RV de 48V/100Ah para telecomunicaciones ilustran este hecho.
Las células se hicieron flotar a 2,3 V por célula con una corriente de 0,4 – 0 ,6mA/Ah y la temperatura del extremo
células, la célula central y los alrededores eran iguales). La tensión de flotación de la cadena es de 2,3 V x 24 células = 55,2 V.
Tabla 11. 2,3 V Carga flotante de baterías de telecomunicaciones 48 V, 100 Ah, con una corriente de 0,4 – 0 ,6mA/Ah
[Matthews, K; Papp, B, R.F. Nelson, en Power Sources 12, Keily, T; Baxter, B.W.(eds) International Power Sources Symp. Committee, Leatherhead, Inglaterra, 1989, pp. 1 – 31].
No. de células en cortocircuito | El voltaje de las células se eleva a, voltios | La corriente de flotación aumenta a (mA por Ah) | La temperatura de la célula aumentó, °C | Duración al aumento de dicha temperatura, horas | Observaciones |
Una | 2.4 (55.2 ÷ 23) | 2.5 | 1 | 24 | No hay aumento de temperatura |
Dos | 2.51 (55.2 ÷ 22) | 11 | 5 | 24 | Aumento mínimo de la temperatura |
Tres | 2.63 (55.2 ÷ 21) | 50 | 12 | 24 | Comienza a entrar en fuga térmica |
Cuatro | 2.76 (55.2 ÷ 20) | 180 | 22 | 1 | Entra en una condición de fuga térmica. Gas H2S generado |
Los datos anteriores indican que el cortocircuito de 1 o 2 células no sería desastroso desde el punto de vista térmico.
Siempre que las células de RV no se utilicen en condiciones abusivas (por ejemplo, > 60°C y altas corrientes de carga o tensiones de flotación superiores a 2,4 V por célula), no emiten gases H2S o SO2. Si se producen estos gases, los componentes de cobre y latón circundantes y otras piezas electrónicas se contaminarán y empañarán. Por lo tanto, es esencial controlar los voltajes de las celdas de las baterías en el flotador.
- Desenfreno térmico
Las altas tensiones de flotación y las corrientes de flotación conducen a una mayor temperatura de las células. Por lo tanto, una buena ventilación es imprescindible para todos los tipos de baterías. Cuando la temperatura producida en el interior de una célula de RV (debido al ciclo del oxígeno y otros factores), no puede ser disipada por el sistema de la célula, la temperatura aumenta. Cuando esta condición persiste durante un tiempo prolongado, la desecación del electrolito y el aumento de la temperatura debido a la generación de gases (O2 y H2) provocarán daños en el tarro de la célula y puede producirse la rotura.
Las figuras que se presentan a continuación muestran algunos ejemplos de los resultados del fenómeno de desbordamiento térmico:
Figura 5. Efectos de desbordamiento térmico
[https://www. cpsiwa. com/wp-content/uploads/2017/08/14.-VRLA-Battery-White-Paper-Final-1.pdf]
- Tensión de carga del flotador y factor de aceleración de la corrosión de la placa positiva
La tensión de carga tiene una gran influencia en la vida de los VRLA como la temperatura. La velocidad de corrosión de la faja positiva depende del potencial al que se mantenga la placa. Figura[Piyali Som y
Joe Szymborski, Proc. 13ª Conf. Anual de Baterías Applications & Advances, enero de 1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290La tabla 1 muestra que la tasa de corrosión de la rejilla tiene un rango de valores mínimo que es el nivel óptimo de polarización de la placa (es decir, de 40 a 120 mV). Este nivel de polarización de la placa corresponde a un ajuste óptimo de la tensión de flotación. Si el nivel de polarización positiva de la placa (PPP) está por debajo o por encima del nivel óptimo, la tasa de corrosión de la red aumenta rápidamente.
Figura 6. Aceleración de la corrosión de la rejilla positiva frente a la polarización de la placa positiva
[Piyali Som y Joe Szymborski, Proc. 13ª Conf. Anual de Baterías Aplicaciones y Avances, Jan
1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290].
- Potencial de placa y polarización
La relación entre la tensión de flotación y la polarización positiva de la placa (PPP) es muy importante. La figura 7 muestra un ejemplo de los niveles de polarización positiva de la placa (PPP) para varias tensiones de flotación a cuatro temperaturas diferentes. La polarización es la desviación de la tensión de circuito abierto (VCA) o del potencial de equilibrio. Así, cuando una célula de plomo-ácido que tiene un OCV de 2,14 V (el OCV depende de la densidad del ácido empleado para llenar la batería (OCV = gravedad específica + 0,84 V) se hace flotar a una tensión de 2,21 V, se polariza en 2210-2140 = 70 mV. Los niveles óptimos de polarización de las placas oscilan entre 40 y 120 mil voltios. La tensión de flotación recomendada es de 2,30 V por célula.
Figura 7. Ejemplo de los efectos de la tensión de flotación en la polarización positiva de la placa [Piyali Som y Joe Szymborski, Proc. 13th Conf. Anual de Baterías Applications & Advances, enero de 1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290].
- Carga de la batería de un coche
Si uno quiere cargar a flote una batería de coche (o una batería de arranque de automóvil o SLI), debe optar por un cargador de potencial constante que también pueda establecer el límite de corriente. El sistema de a bordo para automóviles está diseñado para cargar la batería del coche en un modo de carga de potencial constante modificado. Este modo nunca permitirá que la batería supere el límite de tensión establecido, por lo que es seguro.
El tiempo necesario para cargar completamente la batería del coche depende de su estado de carga, es decir, si la batería está totalmente descargada o medio descargada o totalmente descargada y dejada durante unos meses sin recargar.
Dependiendo de la intensidad de corriente (amperios) del cargador y de la capacidad de la batería, unas horas o más de 24 horas.
Por ejemplo, una batería de coche de 12 V y 60 Ah de capacidad, si está totalmente descargada, puede recargarse en 25 o 30 horas siempre que el cargador sea capaz de cargar la batería a 2 o 3 amperios.
Si no conoce la capacidad Ah, puede averiguar la capacidad por varios métodos:
- De la etiqueta de la batería
- Conozca el modelo de la batería para ese coche en particular del concesionario.
- A partir de la capacidad de reserva (RC) si se indica en la batería
- A partir de la clasificación CCA (amperios de arranque en frío), si se indica en la batería (consulte la norma india o cualquier norma de baterías de arranque que indique las clasificaciones RC y CCA. Ejemplo IS 14257).
En consecuencia, podemos ajustar el tiempo de carga.
Siempre es aconsejable desconectar la batería del cargador cuando esté completamente cargada. El voltaje se mantendrá constante si la batería está completamente cargada. Además, el amperímetro del cargador mostrará una corriente muy baja en el rango de 0,2 a 0,4 amperios constante durante dos o tres horas.
- Carga flotante de baterías LiFePO4
La carga de las baterías VR y LiFePO4 son baterías similares en los aspectos:
- Etapa 1: Ambos pueden iniciar la carga en modo de corriente constante (CC) (hasta el 80 % de entrada)
- Etapa 2: Cambio al modo CP una vez que se alcanza la tensión establecida (carga completa)
- Etapa 3: La tercera etapa es la carga por goteo (opcional en el caso de las celdas VR y no necesaria en el caso de las celdas LiFePO4 debido al riesgo de sobrecarga y las reacciones nocivas que la acompañan en ambos electrodos).
La diferencia en la primera etapa para los dos tipos de baterías es la corriente de carga. En el caso de las células LiFePO4, la corriente puede ser de hasta 1 C amperios. Pero en el caso de las baterías VR, se recomienda un máximo de 0,4 C A. Por lo tanto, la duración de la primera etapa será muy corta en el caso de las baterías LiFePO4, tan solo una hora. Pero en el caso de las baterías VR, esta etapa durará 2 horas a 0,4 C A y 9 horas a 0,1 C A.
Al igual que en la primera etapa, la segunda etapa también lleva menos tiempo en el caso de las células LiFePO4 (tan solo 15 minutos), mientras que se necesitan entre 4 horas (0,4 C A) y 2 horas (0,1 C A).
Por lo tanto, en general, las células LiFePO4 tardan entre 3 y 4 horas, mientras que las células VR tardan entre 6 horas (a 0,4 C A y 2,45 V de carga CP) y 11 horas (a 0,1 C A y 2,30 V de carga CP)
Figura 8. Carga a tensión constante de las células VR de Panasonic a 2,45 V y 2,3V por célula a diferentes corrientes iniciales [https://eu.industrial. panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf]
Notas:
Condiciones de la prueba:
Descarga: 0,05 C A descarga de corriente constante (tasa de 20 h)
Tensión de corte: 1,75 V por célula
Carga: 2,45 V por célula —————–
2,30 V por célula ___________
Temperatura: 20°C
Figura 9. Perfil de carga de la batería VRLA
[https://www. power-sonic. com/blog/how-to-charge-lithium-iron- phosphate-lifepo4-batteries/]
Figura 10. Perfil de carga de la batería LiFePO4
[https://www. power-sonic.com/blog/how-to-charge-lithium-iron-phosphate -lifepo4-batteries/]
Como se mencionó al principio, la etapa de carga lenta no es necesaria para las células LiFePO4. Puede ser necesario para las células de RV después de un período de almacenamiento de algunos meses. Pero si se prevé utilizarlas en algún momento, las celdas VR pueden ponerse en carga lenta a 2,25 o 2,3 V por celda.
Las células LiFePO4 no deben almacenarse al 100 % de SOC y es suficiente con que se descarguen y se carguen al 70 % de SOC una vez en 180 días a 365 días de almacenamiento.
La tensión de carga (por ejemplo, 4,2 V por célula como máximo) debe controlarse con un margen de ± 25 a 50 mV por célula, dependiendo de la química de la célula, el tamaño de la misma y el fabricante. Se aplica inicialmente una corriente de 1C amperios hasta alcanzar el límite de tensión de la célula. A partir de ese momento se activa el modo CP. Al acercarse a la tensión máxima, la corriente desciende a un ritmo constante hasta finalizar la carga con una corriente de aproximadamente 0,03 C, en función de la impedancia de la célula. Con una corriente inicial de 1 C amperio, una célula de iones de litio alcanza la carga completa en 2,5 o 3 horas.
Algunos fabricantes permiten aumentar la corriente inicial a 1,5 C amperios. Pero los fabricantes no suelen permitir una corriente inicial de 2,0 C amperios, porque las corrientes más altas no disminuyen el tiempo de carga de forma apreciable. [Walter A. van Schalkwijk en Advances in Lithium-Ion Batteries, Walter A. van Schalkwijk y Bruno Scrosati (Eds.), Kluwer Academic, New York, 2002, Ch 15, page 463 et seq.]
Aunque se afirman recargas de muy corta duración para las células LiFePO4, hay que tener en cuenta que la inversión será muy alta para un cargador de este tipo teniendo en cuenta la potencia del mismo.
En términos prácticos, podemos cargar una batería de iones de litio de 100 Ah a 100 amperios (1C amperios) mientras que una batería de RV equivalente puede cargarse a un máximo de 40 amperios (0,4 C amperios). La corriente de cola para las celdas de Li sería para esta batería de 3 amperios, mientras que para la batería VR la corriente de flotación de fin de carga sería de unos 50 mA. La duración total de la carga será de 3 a 4 horas para una célula de Li y una célula de RV, sería de unas 10 horas.
No hay necesidad de una carga de mantenimiento para las células de Li, mientras que para las células VRLA, pueden necesitar una carga de mantenimiento después de 3 a 4 meses. Las pilas de RV pueden almacenarse al 100 % de SOC, mientras que las de litio deben almacenarse a menos del 100 % de SOC.
Las células de iones de litio completamente cargadas no deben cargarse más. Cualquier corriente suministrada a una batería de iones de litio completamente cargada provocará daños en la batería. Se puede tolerar un poco de sobrecarga, pero las condiciones extremas llevarán a la explosión y al disparo si no están protegidas por el sistema de gestión de la batería (BMS)
Para más información, consulte https://battlebornbatteries.com/charging-battleborn-lifepo4-batteries/
https://www.electronicsweekly.com/market-sectors/power/float-charging-lithium-ion-cells-2006-02/
Figura 11. Etapas de carga para un algoritmo de carga estándar de iones de litio
[Walter A. van Schalkwijk en Advances in Lithium-Ion Batteries, Walter A. van Schalkwijk y Bruno Scrosati (Eds.), Kluwer Academic, Nueva York, 2002, Ch 15, página 464.].
- Carga flotante de baterías de iones de litio – tensión flotante de iones de litio
La carga por flotación no es necesaria para las baterías de iones de litio. Tampoco deben almacenarse en estado de plena carga. Pueden descargarse y cargarse hasta el 70% de SOC una vez cada 6 o 12 meses si se prevé un almacenamiento prolongado.
carga por flotación y carga por goteo
- ¿Cuál es la diferencia entre la carga por goteo y la carga por flotación?
Lacarga lenta es una carga de mantenimiento para completar la carga. La carga de mantenimiento sólo compensa la autodescarga. Dependiendo de la edad y el estado de la batería, una densidad de corriente de 40
a 100 mA/100 Ah de capacidad nominal puede ser necesario durante la carga de mantenimiento (carga de goteo). Estas baterías deben recargarse después de cada descarga. Una vez que la batería está completamente cargada, debe ser desconectada del cargador. De lo contrario, la batería se dañará.
La carga de flotación es una carga continua de tensión constante y la batería siempre está preparada para suministrar la energía necesaria, ya que siempre está en estado de carga completa.
¿Cuánto tiempo se puede cargar una batería a flote?
Los voltajes de carga de flotación se mantienen a un valor lo suficientemente alto como para compensar la autodescarga de la batería y para mantener la batería en una condición de carga completa en todo momento, pero lo suficientemente bajo como para minimizar la corrosión de la red positiva. La corriente de carga depende en gran medida del perfil de carga. La corriente será mayor después de un corte de carga. Las baterías nunca se sobrecargan en este modo. Cuando está en reposo durante mucho tiempo, la corriente de flotación sería de 200 a 400 mA por cada 100 Ah de capacidad.
La batería nunca se desconecta del cargador. La batería flota en el bus del cargador.
- Cómo calcular la corriente de carga del flotador
El cargador de flotación suministra corriente tras detectar la tensión de la batería. Por lo tanto, no es necesario calcular la corriente de carga de flotación. Sólo se puede limitar la corriente de arranque inicial a un máximo de 0,4 C amperios. Como la carga de flotación es un cargador de potencial constante, reducirá automáticamente la corriente al nivel requerido. Más bien, la batería recibirá sólo lo que quiera. Normalmente, todas las baterías VR flotan a 2,3 V por celda. La batería completamente cargada recibirá sólo de 0,2 a 0,4 A por cada 100 Ah de capacidad de la batería.
- Diferencia entre la carga de refuerzo y la carga de flotación
La carga de refuerzo es un método de carga de corriente relativamente alta al que se recurre cuando se necesita utilizar una batería descargada en caso de emergencia cuando no hay otra batería disponible, y el SOC no es suficiente para
las obras de emergencia. Así, una batería de plomo puede cargarse a altas corrientes en función del tiempo disponible y del SOC de la batería. Dado que los cargadores rápidos están disponibles hoy en día, la recarga de impulso es familiar hoy en día. Normalmente, estos cargadores boost comienzan a cargar a 100A y se reducen a 80A. Lo más importante es que la temperatura no supere los 48-50oC.
La carga de flotación es una carga continua de potencial constante de 2,25 a 2,3 V por célula VR. La carga de flotación mantiene la batería lista para suministrar energía en cualquier momento que se requiera. La batería se mantiene siempre a este nivel y, tras un corte de corriente, el cargador suministra una corriente elevada, que se reduce a unos 0,2 a 0,4 A por cada 100 Ah de capacidad de la batería cuando ésta está completamente cargada.
- Carga por absorción y carga por flotación
El Lacarga de corriente constante en un modo de carga CC-CP (IU) cuando la batería recibe la mayor parte de la entrada se denomina «etapa de carga masiva» y la La carga delmodo de potencial constante durante la cual la corriente disminuye se denomina «etapa de carga por absorción» y esta tensión de carga en modo CP se denomina tensión de absorción.
Espero que este artículo le haya sido de utilidad. Si tiene sugerencias o preguntas, no dude en escribirnos. Lea la carga del flotador en hindi en el menú de otros idiomas. Consulte el enlace para obtener más información sobre la carga del flotador
