Batería EFB
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¿Qué es una batería EFB? Significado de la batería EFB

En un esfuerzo por reducir las emisiones de CO2 de los vehículos con motor de combustión interna (ICE), los fabricantes utilizan cada vez más lo que ahora se denomina tecnología start-stop. En pocas palabras, se trata de una tecnología incorporada al sistema de gestión de un motor que lo apagará automáticamente cuando esté parado. El motor volverá a arrancar cuando se pise el acelerador y el conductor desee avanzar. La idea básica es reducir el tiempo en que el motor quema combustible innecesariamente, por ejemplo, cuando se detiene en semáforos o cruces durante un viaje.

Esto es más eficaz cuando el viaje se interrumpe con frecuencia, como en una ciudad o pueblo donde hay pausas frecuentes en el camino a un destino. Desgraciadamente, una consecuencia imprevista de esto fue el efecto sobre la batería SLI (arranque, iluminación, ignición) del vehículo. En efecto, en los primeros años de producción de estos coches se produjeron reclamaciones de garantía sin precedentes, con baterías SLI completamente nuevas que fallaban a los pocos meses de servicio.

Había varias causas de fallo: sobredescarga, sulfatación y problemas relacionados con el PSoC, como la pérdida prematura de capacidad (PCL). El problema básico era que las baterías no podían recargarse lo suficiente con el alternador en el tiempo disponible cuando se conducía el coche entre periodos de inactividad. En pocas palabras, cuando el coche se detiene el motor y, por lo tanto, la carga de la batería desde el alternador se detiene.

Sin embargo, la carga de la batería continúa con los distintos dispositivos que siguen funcionando, como la radio, la gestión del motor, las luces, el aire acondicionado e incluso la calefacción del parabrisas. Durante estos periodos de parada, se extrae más energía de la batería para alimentar estos dispositivos, que la que sustituye el alternador cuando el motor está en marcha. En estas condiciones, la batería se agotará gradualmente y pasará la mayor parte de su vida en un estado de carga bajo con un electrolito de baja SG.

Cargador de baterías EFB

El programa de pruebas comienza con un período de descanso de 10 segundos, seguido de la carga del alternador para simular la conducción. El periodo de carga se calcula en función de la capacidad de la batería (Fig. 2). Al final del periodo de conducción, el coche se detiene y se consume una corriente de 50 amperios. Esto se describe como la carga hospitalaria o la carga eléctrica esencial, como la calefacción, la ac, las luces, la radio, etc. Estos son los típicos dispositivos que pueden estar en funcionamiento mientras el coche está parado.

Qué es una batería EFB
Fig. 1. El principio básico de la prueba se muestra de forma esquemática

Esto supuso un gran problema para la batería y la industria del automóvil y en 2015 se añadió una nueva prueba estándar a la Norma Europea 50342 -6. que era una prueba de resistencia de microhíbridos para baterías de arranque. El principio básico de la prueba se muestra de forma esquemática en la Fig.1. Aquí se puede ver que los periodos en los que la batería se descarga y se carga son una simulación de un coche en un viaje en una zona congestionada o urbanizada como una ciudad.

Fig. 2. El periodo de carga se calcula en función de la capacidad de la batería del EFB
Fig. 2. El periodo de carga se calcula en función de la capacidad de la batería del EFB

El siguiente periodo es una descarga de un par de segundos a 300 amperios que simula la carga de corriente de arranque del motor en la batería del EFB. Todo este ciclo se repite continuamente. Sin entrar en el procedimiento absoluto de la prueba, se puede ver que esta prueba está diseñada para simular la conducción urbana. El número mínimo de estos ciclos que debe poder realizar una batería es de 8.000. Fig. 3 es un extracto de la norma provisional pr50342-6, que ha sido sustituida por la versión aprobada.

What is an EFB Battery Fig 3

Fig. 3 es un extracto de la norma provisional pr50342-6, que ha sido sustituida por la versión aprobada.

¿En qué se diferencia una batería EFB de una batería inundada?

La función principal de la prueba es poner de manifiesto el efecto que tiene en las baterías SLI la disminución progresiva del estado de carga (SoC) de una batería debido a las descargas frecuentes cuando el vehículo está parado y a la recarga inadecuada durante el tiempo de conducción entre paradas. En general, el agotamiento de la batería tiene consecuencias catastróficas y el fallo podría producirse en cuestión de meses debido a la sulfatación de las placas, a los efectos del PSoC, como la degradación del material activo, y a la estratificación del electrolito, que provoca la corrosión de la red y el desprendimiento de la pasta.

Hay que destacar que se trata de una simulación. Sin embargo, pone de manifiesto la necesidad de contar con una batería de EFB que pueda absorber energía en un plazo breve para reponer la energía extraída. Evidentemente, en términos absolutos, la capacidad de reponer la energía utilizada por una batería EFB en un vehículo de arranque-parada depende de factores externos. Algunos ejemplos son: en qué país vives, si conduces en una ciudad o en el campo, si es pleno invierno en Moscú con la calefacción y la luz a tope, o en Francia en primavera sin luces, calefacción o aire acondicionado en funcionamiento.

La pregunta fundamental es: con un vehículo de arranque-parada de la batería EFB, ¿cómo se puede conseguir que la batería EFB se cargue lo suficiente durante el tiempo disponible para, al menos, reponer la energía extraída?

Sabemos que el alternador del coche y el sistema de gestión del motor son fijos en su funcionamiento esto deja entonces sólo la batería EFB para ser modificado. Entonces, ¿qué propiedades de la batería EFB deben ajustarse para mejorar la absorción de la corriente y evitar las consecuencias perjudiciales de la baja SG, el funcionamiento del PSoC, la estratificación y la PCL, enumeradas anteriormente? Llegados a este punto, podemos enumerar las características de la batería que afectan a su absorción de corriente y a su propensión a sufrir los efectos enumerados.
Estos son:

  • Resistencia interna
  • Capacidad de la batería
  • Material activo
  • Movilidad de los electrolitos
  • Composición de la aleación de la rejilla

Para mejorar el rendimiento de la batería, podemos examinar cada uno de los aspectos anteriores para introducir las mejoras oportunas.

En primer lugar, la resistencia interna: cuanto más alta sea, menor será la corriente extraída a una recarga de tensión fija del alternador I = V/R. Cuanto menor sea la corriente, menor será el número de amperios-hora devueltos a la batería del EFB durante los periodos en los que el motor del coche está en marcha. En los primeros automóviles de arranque y parada, la batería del EFB estaba ciertamente infracargada en la mayoría de los viajes cortos. Esto llevó pronto a un fallo temprano de la batería con altas tasas de devolución en garantía. La resistencia interna es una función del diseño de la batería, de los materiales utilizados y de los procesos de producción empleados en su fabricación

Entre los aspectos de diseño se encuentra el de la rejilla, que si tiene una forma correcta, puede minimizar el recorrido de recogida de la corriente. La superficie total de las placas es otra característica importante: a mayor superficie, menor resistencia de la batería. Por lo general, un mayor número de placas y más finas maximizarán la superficie conductora. El área de la sección transversal y la calidad de todas las uniones metálicas, es decir, las soldaduras entre celdas, las uniones de los flejes de las lengüetas y las fusiones de las tomas/terminales, contribuirán a la resistencia interna total de la batería EFB. Las áreas transversales de las zonas fusionadas y soldadas deben maximizarse para proporcionar la menor resistividad metálica de los componentes.

Duración de la batería del EFB. ¿Cómo mejorar las propiedades de la batería EFB?

  • Algunos aspectos de la fabricación de baterías de plomo-ácido, como las fases de mezcla y curado de la pasta, requieren estrictos controles del proceso. El control de la temperatura es de vital importancia para producir la estructura cristalina óptima en el material activo preformado (AM). Las temperaturas de procesamiento más elevadas favorecen el sulfato tetrabásico de mayor tamaño, cuya menor superficie reduce las propiedades de aceptación de carga del AM y, por tanto, la eficacia de la batería EFB en el funcionamiento de arranque y parada.
  • La capacidad de la batería del EFB es otro factor importante para determinar la tasa de absorción de corriente. Cuanto mayor sea la capacidad, mayor será la corriente consumida en cualquier estado de carga. La capacidad está relacionada con el área del material activo en las placas (mencionado anteriormente). Aumentando la capacidad se obtiene una IR menor con un consumo de corriente mayor que el de una batería de menor capacidad cuando se carga a una tensión fija.
  • De nuevo, esto significa que se devuelve más capacidad a la batería del EFB cuando el motor está en marcha. También ofrece la ventaja de no descargarse demasiado durante una operación cíclica y, por tanto, de mantener un estado de carga (SOC) más alto durante su vida útil. La ventaja de un SOC más alto es que la batería tiene menos probabilidades de sufrir la estratificación del electrolito y los consiguientes daños por corrosión que ello provocaría.

  • La eficiencia del material activo es otro factor que está relacionado con el fallo de la batería. Las mejoras en la aceptación de la carga pueden realizarse mediante aditivos, principalmente carbono en varias formas, en el material activo negativo (NAM). Hay muchas especulaciones sobre el papel del carbono, y muchas empresas de aditivos tienen su propio producto patentado. Estos van desde los nanotubos de carbono hasta el grafito en escamas, y todos tienen la propiedad de mejorar la eficiencia del material activo para aceptar una carga.

Una vez más, se trata de una ganancia positiva para las baterías utilizadas en aplicaciones de arranque-parada. Las baterías inundadas EFB y, cada vez más, las baterías AGM están aumentando el contenido de carbono de su NAM. El uso de una batería inundada de mayor capacidad ayudaría a evitar la estratificación al reducir la profundidad de descarga durante el funcionamiento normal. Esto, a su vez, significa que la batería EFB tiene menos probabilidades de sufrir la dañina separación de ácido denso y de bajo SG durante los ciclos de carga y descarga.

  • La movilidad del electrolito se refiere a la capacidad de movimiento del electrolito en la batería EFB . Los diseños inundados tienen la máxima movilidad, mientras que las variantes AGM y GEL de las baterías de plomo-ácido tienen poca o ninguna movilidad. En estos casos, se dice que el electrolito está inmovilizado. Dejando a un lado las ventajas de la recombinación de gases, y por tanto la insignificante pérdida de agua inherente a estos diseños, confieren la ventaja de minimizar o prevenir la estratificación del electrolito debido a los ciclos de descarga profunda.
  • Los materiales, especialmente la aleación de plomo utilizada para fabricar la rejilla, tienen un impacto significativo en la resistencia interna (IR) de la batería EFB . El uso de plomo-calcio en lugar de plomo-antimonio dará una menor resistividad, principalmente porque la cantidad de elementos de aleación secundarios es mucho menor. Hay que tener mucho cuidado a la hora de elegir una aleación adecuada, ya que los métodos de fundición y los controles de procesamiento deben adaptarse a las combinaciones particulares de aleación.
  • Un procesamiento incorrecto de la rejilla puede hacer que se eliminen algunos de los ingredientes de la aleación de la rejilla, ya sea por precipitación o por oxidación en el estado fundido. Estas pérdidas pueden tener un grave impacto en la resistencia a la corrosión y a la fluencia de la red, lo que puede conducir a un grave crecimiento de la red y a una corrosión penetrante que contribuya a un fallo temprano de la batería EFB.

  • Hasta ahora se han enumerado muchos requisitos para producir la batería EFB óptima para el uso de arranque-parada. Inicialmente, la respuesta de los fabricantes de automóviles fue utilizar un diseño AGM de batería EFB que generalmente tiene una IR más baja debido a su aleación de rejilla y un ligero sobredimensionamiento para evitar la sobredescarga. También se pensó en reducir la incidencia de la estratificación debido a la inmovilidad del electrolito. Sin embargo, la reducción del coste también fue un factor importante para los fabricantes de equipos originales a la hora de encontrar una batería adecuada para esta aplicación. La solución más favorecida y quizás la más eficaz disponible actualmente en la batería inundada mejorada (batería EFB).

¿Qué es un EFB?

El blog ha descrito hasta ahora los problemas de un entorno micro-híbrido para una batería de plomo-ácido SLI. Las causas de los fallos están casi siempre relacionadas con la incapacidad de la batería del EFB para absorber la carga con la suficiente rapidez como para reemplazar la energía eliminada cuando el motor de un automóvil está parado. Esta es también la causa de la estratificación del electrolito, que desempeña un papel importante en el acortamiento de la vida útil de la batería SLI en los vehículos de arranque-parada. La solución EFB proporciona la mayoría de las características que necesita una batería EFB para mejorar significativamente la aceptación de la carga. La aceptación de carga de una batería SLI EFB en funcionamiento suele denominarse aceptación de carga dinámica o DCA.

Un breve resumen de las características de la EFB:

  • Baja resistencia interna mediante un mejor diseño de la rejilla y el uso de aleaciones de baja resistencia (Pb/Sn/Ca ternario).
  • Disminución de la resistencia interna mediante el aumento de la superficie de las placas (placas más finas).
  • Mayor capacidad (batería EFB más grande) para aumentar la magnitud de la corriente extraída en la recarga de tensión fija y limitar la profundidad de la descarga tanto para evitar la estratificación del electrolito como para aumentar la vida útil del ciclo.
  • Material activo mejorado (generalmente aditivos a base de carbono) para mejorar la aceptación de carga de la batería.

Estas medidas dan como resultado una batería EFB inundada que tiene una mayor capacidad (generalmente más grande) que las baterías estándar, tiene rejillas avanzadas de aleación de plomo, una mayor área de placas y material activo enriquecido con carbono. Este es, en la actualidad, el diseño preferido para las baterías SLI en los vehículos start-stop. Se favorece principalmente porque es más barato que la versión AGM. Las versiones AGM también tienden a tener alrededor de un 15% menos de capacidad que una versión inundada de tamaño similar. Esto significa una mayor DoD en funcionamiento, lo que se traduce en una menor vida útil del ciclo. Sorprendentemente, los diseños AGM también pueden sufrir la estratificación del electrolito si la DPM en el ciclo es de alrededor del 80%.

Es de vital importancia entender qué tipo de batería comprar si (y definitivamente cuando), la batería falla en su vehículo start-stop. Si necesita ayuda en este sentido, no dude en ponerse en contacto con Microtex, que cuenta con la experiencia y los conocimientos necesarios para guiarle en la compra de su batería. De hecho, si tiene algún problema de baterías con el que necesite ayuda u orientación, Microtex, en su mayor parte, será su ventanilla única para el asesoramiento y los productos de baterías.

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