Fig. 12 Partes de una batería de
Plomo-acido. [14]
A)
Bancos de baterías
Los bancos de baterías son
agrupaciones que conforman dos o más baterías interconectadas, con la finalidad
de almacenar y entregar una cierta cantidad de energía en específico,
dependiendo el voltaje y su intensidad. (ver Fig. 13)
Un banco de baterías es un
grupo de dos o más baterías, estas están conectadas en serie o en paralelo, estos
bancos se utilizan para hacer funcionar una fuente, equipo, subestación o
equipos auxiliares, principalmente cuando ocurre un fallo, así como el debido
mantenimiento que lo requiera.
Fig. 13. Banco de baterías para sistemas FV. [15]
Dentro de los bancos existen
tres tipos básicos entre sus configuraciones.
·
Conexión en serie. Conexión en
dónde el negativo de una batería se conecta al positivo de la otra y así
continuamente hasta formar las pilas que nosotros deseamos tener.
·
Conexión en paralelo. Ambas se
conectan en positivo, dependiendo la cantidad de baterías y así mismo con las
terminales negativas.
·
Conexión mixta. Se muestran más
híbridas, ya que las podemos conectar en función de lo que sea requerida, estás
las podemos conectar en las terminales positivas con positivas y negativas con
negativas y sus últimas terminales conectar en paralelo.
Al conectar las baterías en
paralelo, el amperaje (amperios hora) aumenta mientras el voltaje sigue siendo
el mismo. Estás baterías son fuentes de almacenamiento y su función varía
dependiendo de su conexión. El uso o eficiencia de un banco de baterías depende
del funcionamiento o duración en horas que se ha utilizado.
Para su
cálculo:
En general para calcular un banco de
baterías.
·
Es necesario conocer al voltaje en
qué trabaja el equipo o carga que se alimentará.
·
Depende la carga, conocer la
potencia del trabajo de carga o tipos de carga a alimentar.
·
También es importante determinar el
tiempo mínimo que deben permanecer las baterías abasteciendo la carga
·
Es importante también el determinar
la energía total necesaria para tener acumulada en el banco para dar
abastecimiento a la debida carga en un tiempo estipulado.
·
Conocer las características del
voltaje y corriente de la batería que serán utilizadas para el banco.
Es muy importante no tener una conexión
mal instalada, ya que disminuye su eficiencia, también una batería en mal
estado afecta la mayor eficiencia de todo el sistema, lo ideal es que todas las
baterías sean del mismo fabricante y modelo, en otras palabras, la misma vida
útil de todos los bancos de baterías.
Es necesario tener en completa
perfección una buena instalación y requerimiento de buen equipo para la
operación del banco, tener en supervisión el banco y verificar que no haya
ninguna falla que afecté todo el sistema del banco de baterías. (ver Fig. 14) [16]
Fig. 14. Instalación del banco de baterías FV. [17]
Arreglos de baterías
·
Conexión en serie
o
La
conexión en serie (ver Fig. 15) se lleva a cabo mediante la unión
del polo positivo con el polo negativo y viceversa obteniendo volts con
capacidad máxima. Se utiliza para aumentar el valor del voltaje de salida del
banco.
§ Ejemplo: Se conectan 2 baterías de 12
V en serie la salida del banco es de 24 V y si se conectan 4 baterías de 12 V
en serie la salida del banco es de 48 V. [18]
Fig. 15 Conexión en serie. [19]
·
Conexión en paralelo.
o
La
conexión de baterías paralelo se realiza al enlazar todos los polos positivos
por un lado y todos los negativos por otro, para así obtener el mismo
potencial. En este caso la ganancia es en corriente.
§ Conectar en diagonal.
§ Usar un positivo y un negativo, así
sacar los cables de las baterías.
§ Conectar en el centro del banco de
las baterías.
§ Se utiliza barras de cobre o busbars.
Fig.
16 Conexión en
paralelo. [19]
En
la figura anterior se puede observar un banco de baterías conectadas en
paralelo, la corriente circula por la primera batería y sus cables, después a
la siguiente batería y así continuamente tiene que transcurrir por cada una de
ellas hasta la última, esto nos causa que una batería estará cargada y la
última no alcanza a cargar. [20]
I.
CARGA DE BATERÍAS
A) Carga
a tensión constante
La tensión constante (ver Fig. 17) permite que toda la corriente fluya hacia la
batería hasta que la fuente de alimentación alcance su tensión preestablecida.
La corriente disminuirá hasta un valor mínimo cuando se alcance ese nivel de
tensión. [21]
Fig. 17 Diagrama de Carga a
tensión constante. [22]
La
batería no almacena toda la energía eléctrica que recibe por lo que la cantidad
de electricidad suministrada debe ser mayor que la teóricamente necesaria.
Trabajando entre 5 y 25 °C, el factor de carga es de 1.4, es decir debe
suministrarse una carga que sea un 40% superior a la deseada. [23]
Con
este sistema de carga la tensión se mantiene constante en los bornes de cada
elemento. La generatriz produce corriente continua a una tensión mayor que
necesitan los tres elementos de cada batería, por ejemplo 8.5 voltios, sería
suficiente para forzar el paso de la corriente aún en el final de la carga. [22]
B) Carga a intensidad constante
El principio básico se muestra en la Fig. 18, se extrae una derivación de la
línea de corriente continua (CC) y se hace una conexión de las baterías en
serie, de manera que la misma intensidad (I), las traspasa a todas de la misma
forma; un amperímetro (A) muestra el valor de la intensidad (I) y a diferencia
de un reóstato (R) este la regula.
En tanto que la carga
incrementa la contra tensión de cada componente obtiene valores cada vez más
altos, por consiguiente, es fundamental, para vencerla, o incrementar la
tensión aplicada, lo más conveniente, es usar un reóstato en serie con una
batería que admita mantener una corriente de carga con un valor constante. [24]
Fig. 18 Forma de carga de baterías
a intensidad constante. [24]
La corriente de carga
inicial de una batería permanece constante hasta que se desprenden gases; en
consecuencia, su valor se reducirá al 40% hasta que la carga es completa. [24]
La resistencia de un
reóstato debe tener la capacidad de disminuir la tensión a 2.5 V en cada
componente y su corriente de carga debe ser equivalente a la carga final en un
50 % es decir (0.4 de I) esto es igual a:
0.5
x = 0.4 *I igual a 0.2 I
Este valor corresponde a
KI
La batería y el valor
máximo de la resistencia en serie de ser:
·
La
tensión de la línea es representada por la letra V
·
El
número de elementos es representado por la letra N
·
La
corriente inicial es representada por la letra I
Por lo tanto, tenemos:
·
La
corriente inicial de la carga (constante) es igual a I
·
La
corriente final de la carga (constante) es igual a 0.4 I
La mitad de la corriente
final de la carga se representa con la letra KI y es igual a 0.2 I [24]
En el gráfico de la Fig. 19 podemos observar cómo ocurre el recorrido
general de los fenómenos en la carga a intensidad constante.
Fig. 19 Gráficos de la carga de
baterías a intensidad constante. [24]
·
La
intensidad (I) permanece a un valor constante, durante una cierta cantidad de
horas y posteriormente se reduce a 0.4 I equivalente al 40% hasta el final de
la carga.
·
El
valor de la densidad del electrolito persigue el ritmo del incremento de la
carga.
·
La
temperatura va incrementando, con una inflexión al reducir el régimen de carga.
·
La
tensión persigue la forma del diagrama de la fig.3, para padecer una variación
al reducir el régimen de carga. [24]
Fig. 20 Diagramas de carga de
baterías. [24]
Se entiende que la
tensión de la línea es de 220 V y que se pretenden cargar hasta 28 baterías,
con un total de 84 elementos, esto es, ser capaz de llegar a disponer de algo
más de 2.6 V por elemento. El reóstato se encuentra previsto con diversos
puntos para conseguir distintos regímenes de intensidad, indicados por el
amperímetro. Se refiere a una instalación netamente industrial-comercial,
destinada a conseguir un máximo rendimiento del gasto de la corriente, o sea,
que el coste de la carga de cada batería sea mínimo. Esto se logra gastando la
tensión de línea en su totalidad (conectando un amplio número de baterías en
cadena) y utilizando la menor resistencia posible en la regulación de la
intensidad.
Numerosos negocios,
instalaciones o establecimientos priorizan utilizar lámparas incandescentes en
vez de reóstato para regular el valor de la intensidad de la carga. En ambos
casos consumen energía eléctrica (R x I2) que se transforma en calor, o en luz. [24]
La Fig. 23 describe otro ejemplo de carga de
baterías a intensidad constante.
Fig. 21 Método industrial de carga de baterías a
intensidad constante. [24]
C)
Carga a intensidad y tensión constante
Se utilizan distintas formas para poder
cargar una batería, pero en los llamados sistemas fotovoltaicos, estas formas
varían ya que podemos encontrar distintos tipos de carga como son:
·
Carga de
ecualización: la cual es una carga que mantiene consistencia en las células que
se encuentran en la batería consiste principalmente en una carga a corriente
limitada.
·
Carga normal: es
la carga que no causa que el voltaje sobrepase el voltaje de gaseo.
·
Carga de
flotación: la materia activa se ha convertido a su forma original y se requiere
una limitación en la sobrecarga
El gaseo es cuando la
batería se encuentra casi completamente cargada en este punto casi todos los
materiales que se encuentran activos son convertidos a su composición en carga
y el voltaje aumenta rápidamente. [25]
Los métodos de carga
usados que son imprescindibles para obtener una buena vida útil de la batería
sin importar sus condiciones de uso, es sabido que el rendimiento de cualquier
batería, así como su vida útil depende en gran medida dependerá de la calidad y
algunos elementos del cargador. Sabemos que entre los tipos de recarga de
batería de plomo acido que son mediante voltaje constante, corriente constante,
entre otras.
La carga a intensidad y
tensión constante también es conocida como carga en dos pasos es una
combinación de la carga de corriente y tensión constante que funciona
principalmente en dos etapas (ver Fig.
22) en la primera etapa se busca
controlar que el cargador de dicha batería cargue en un tiempo muy corto y la
segunda etapa entra en función para proteger la batería de sobrecargas. [26]
Fig. 22 Representación del comportamiento de la carga a intensidad y
tensión constante. [27]
D) Carga
tensión creciente
La carga de una batería a
tensión creciente se lleva a cabo a través de un proceso controlado en el que
se suministra corriente eléctrica a la batería a una tensión ligeramente
superior a la tensión nominal de la batería. Durante la carga, la corriente fluye
hacia la batería y el ácido sulfúrico de la solución electrolítica se convierte
en agua, liberando oxígeno e hidrógeno gaseoso.
El proceso de carga se
divide en varias etapas:
·
Etapa de carga a
corriente constante (CC): Durante esta etapa, la batería se carga a una
corriente constante, lo que significa que la corriente suministrada a la
batería se mantiene constante mientras que la tensión aumenta gradualmente. En
esta etapa, la batería absorbe la mayor cantidad de energía posible.
·
Etapa de carga a
tensión constante (CV): Una vez que se alcanza la tensión nominal de la
batería, la corriente disminuye gradualmente y se mantiene constante mientras
que la tensión se mantiene constante. Durante esta etapa, se completa la carga
de la batería.
·
Etapa de mantenimiento:
Después de completar la carga, se mantiene la batería a una tensión constante
menor que la tensión nominal para evitar la sobrecarga y la posible liberación
de gases peligrosos.
Es importante destacar
que la carga de la batería a tensión creciente debe ser controlada y
monitoreada de cerca para evitar daños en la batería y garantizar una carga
completa y eficiente. Además, es importante utilizar un cargador específico
para el tipo de batería que se está cargando y seguir las recomendaciones del
fabricante.
La carga de una batería a
tensión creciente se lleva a cabo mediante un proceso en el que se va
incrementando progresivamente la tensión aplicada a la batería. Este proceso es
conocido como carga de corriente constante a tensión creciente (CC-CV).
En la etapa inicial de la
carga, se aplica una corriente constante a la batería, lo que permite que los
iones de litio se desplacen desde el cátodo hacia el ánodo y se depositen allí.
La corriente se mantiene constante hasta que la batería alcanza un determinado
nivel de tensión.
A partir de ese momento,
se inicia la fase de carga a tensión creciente, en la que se va incrementando
progresivamente la tensión aplicada a la batería, mientras se mantiene la
corriente constante. Esto se hace para que los iones de litio puedan
redistribuirse por la estructura de la batería y así aumentar su capacidad de
almacenamiento.
En esta etapa, es
importante controlar la temperatura de la batería ya que un aumento excesivo de
la misma puede afectar su rendimiento y vida útil. Por eso, el proceso de carga
debe estar controlado por un circuito de carga inteligente que sea capaz de
adaptarse a las características específicas de cada tipo de batería y que
además permita controlar y mantener la temperatura dentro de los límites
seguros.
Una vez que la batería ha
alcanzado su nivel máximo de tensión y la corriente comienza a disminuir, se
alcanza el final de la fase de carga. En este momento, la batería está lista
para su uso y se recomienda desconectarla del cargador.
En resumen, la carga de
una batería a tensión creciente se lleva a cabo mediante un proceso que consta
de dos etapas: carga de corriente constante y carga a tensión creciente. Para
lograr una carga eficiente y segura, es importante contar con un circuito de
carga inteligente y monitorear la temperatura de la batería durante todo el
proceso. [28]
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