Cómo cargar las baterías de plomo
Escrito por blogElectronica en 1.TECNOLOGÍAS (teórico), 3.GENERALHoy voy a poner un artículo sobre el proceso de carga de las baterías de plomo. Es un artículo que no he hecho yo, sino es una interesantísima traducción que se ha currado hace unos días mi compañero Jesús Santos y me parece oportuno ponerlo aquí.
El artículo original es de la empresa Silver Telecom (cuyo distribuidor en España es Matrix), una empresa que fabrica módulos POE, COIC, SLIC y módulos cargadores de baterías. En el artículo se muestra cuales son las diferentes técnicas para cargar baterías de plomo y muestra qué combinación de técnicas usaría el cargador óptimo que maximizase la vida de las baterías. Ese es el pequeño módulo AG102 que han creado los chicos de Silver.
Aquí tenéis el artículo …
Las baterías selladas de plomo son usadas en múltiples aplicaciones y equipos, pero la carga de ellas es un proceso complejo.
Cargar baterías de plomo (SLA, Sealed Lead Acid) no parece ser un proceso difícil, pero lo realmente complicado es maximizar la vida de la batería. Uno puede usar los simples cargadores de corriente constante o tensión constante, como puede ser conectándola a una fuente de alimentación. La batería se acaba cargando, pero la duración de su vida, los ciclos de carga y descarga que especifica el fabricante se acortarán sustancialmente. Para conseguir la vida esperada de la batería, deben usarse cargadores inteligentes, lo que al final se traduce en un importante ahorro de costes (y por supuesto, cuidamos el medio ambiente).
Antes de entrar en detalle de las diferentes técnicas de carga, es importante conocer los procesos químicos internos de la batería y qué es lo que ocurre en los ciclos de carga y descarga.
Típicamente, una batería de plomo sellada (SLA) está fabricada con placas de dióxido de plomo (PbO2) conectadas al polo positivo y con placas de pomo (Pb) que se conectan al polo negativo. Un electrolito, normalmente ácido sulfúrico (mezclado con un gel), separa y aísla las placas.
Cuando la batería se descarga, el plomo del polo negativo y el dióxido de plomo del polo positivo se convierten en sulfato de plomo (PbSO4). Al mismo tiempo, el ácido sulfúrico se convierte en agua (H2O).
En el proceso de carga, la reacción química es la inversa. El sulfato de plomo y el agua se convierte en plomo, dióxido de plomo y ácido sulfúrico. Durante este ciclo, se producen gases que necesitan ser reconvertidos en un “ciclo de oxigeno”. Se genera oxígeno en las placas positivas durante el final del ciclo de carga, y reacciona con descargas parciales en la placa de plomo bornes negativos. Como la carga continúa, el oxígeno producido también se combina con el hidrógeno produciendo agua en las placas negativas. Con un control adecuado de las tensiones en las celdas, el agua producida desaparecería de las placas negativas, y retornaría al electrolito.
Si una batería de plomo se sobrecarga, el exceso de tensión en las celdas puede revertirse en la conversión del electrolito en grandes cantidades de hidrógeno y oxígeno que no podrán ser recombinados por procesos normales. Las válvulas de seguridad de presión de las baterías se abrirán y expulsarán estos gases con la consecuente pérdida de electrolito y de capacidad de la batería.
Si la batería por el contrario no es cargada por completo, las bajas tensiones de las celdas causarán que la corriente de carga caiga a cero antes del proceso de carga total. Esto se traduce en que algo del sulfato de plomo producido en las descargas permanezcan en las placas de las celdas, donde se cristalizan, causando una permanente pérdida de capacidad.
Es importante recordar que las baterías de plomo SLA tienen una autodescarga propia de aproximadamente 5% al mes. Es mucho más que otro tipo de baterías recargables, y tiene que ser considerado. Los fabricantes recomiendan recargar la batería cuando alcance un 70% de su capacidad (aproximadamente 2.1 V por celda). Esto también interviene en maximizar la vida de la batería aunque es difícil de tener en cuenta en el mundo real.
Veamos las diferentes técnicas de carga:
• Carga con Tensión Constante. Este método es el más comúnmente usado. Las celdas de la batería dividen la tensión y ecualizan la carga entre ellas. Es importante limitar la corriente inicial de carga para evitar que se dañe la batería. Con esta técnica no se puede lograr el deseado balance de una carga rápida sin dañar o sobrecargar la batería.
• Carga con corriente constante. Este método se puede usar para cargar una simple celda de 2V, pero no es recomendado para cargar celdas en serie al mismo tiempo, ya que algunas celdas reaccionan al cargarse por completo antes que otras, siendo imposible saber cuando han llegado a su estado de carga completa. Si la carga continúa con la misma corriente por un periodo de tiempo elevado, algunas celdas se sobrecargarán, dañando la batería.
• Disminución gradual de la corriente de carga. No recomendamos este método ya que a menudo acorta la vida de la batería por el poco control sobre la tensión de carga máxima final. Sin embargo, la simplicidad de la circuitería y el bajo coste, hace que se use para cargar varias baterías (conectadas en serie) simultáneamente. Es recomendable que se tenga en cuenta tanto el tiempo de carga o el corte de corriente para prevenir daños.
• Carga dos estados tensión constante carga. Este método es el ideal para cargar baterías plomo en un corto periodo de tiempo y mantenerlas en una condición de carga flotante.
Cada una de estas técnicas tiene sus ventadas e inconvenientes, pero usar un cargador así traerá consecuencias económicas en un futuro, ya que comprobar la capacidad de la batería y el reemplazo de las que han perdido capacidad es costoso por los desplazamientos y costes de reciclado.
Un factor importante en las cargas de batería es la temperatura. Cuando la temperatura aumenta, la actividad química de la batería, también, con lo que la tensión de carga se debe reducir para prevenir la sobrecarga. Si la temperatura disminuye, se debe incrementar la tensión de carga para evitar no cargar al completo la batería.
El cargador perfecto es aquel que combinará las técnicas de carga de corriente constante con el de dos estados de tensión constante, monitoreando la tensión de la batería y su temperatura, para reducir el tiempo de carga y todos los estados de estrés comentados anteriormente.
Silvertel ha diseñado y fabricado este cargador perfecto, el módulo Ag102.
La siguiente figura muestra los múltiples estados de carga que el modulo Ag102 de Silvertel genera a una batería de 6 celdas (12V). La curva superior muestra la tensión de carga, y la inferior, la corriente de carga.
La primera parte del ciclo es el modo de carga de corriente constante “Bulk Charge”. El módulo Ag102 limita esta corriente a 0.25C Amperios (un cuarto de la capacidad de la batería), como especifica el fabricante. Durante este estado, el Ag102 monitorea la tensión de la batería hasta que se alcanzan la tensión de 14.4V (2.4V / celda).
Una vez que se alcanza este nivel de tensión 2.4V/celda, el Ag102 cambia el ciclo automáticamente al segundo estado, “Alta absorción de carga”. El Ag102 cambia de carga de corriente constante a carga de tensión constante y ahora mide la corriente de carga. Cuando ésta cae a 0.05C Amps, la batería habrá recuperado el 70-80% de su carga. En este punto, en una batería de 12V, la tensión de salida del Ag102 se reduce a 13.65V (2.275V/celda). Es el estado de “Baja absorción de carga”. El remanente de carga de 20-30% se llevará a cabo a este bajo nivel de tensión para prevenir la sobrecarga. El Ag102 permanecerá así hasta que se cargue la batería por completo.
El estado final del ciclo de carga es el de “Carga Flotante”. Este se realiza manteniendo el bajo nivel de absorción de carga, o como lo hace el Ag102, produciendo una carga flotante intermitente, como se muestra en la anterior figura. Estos métodos aseguran que la batería ni se sobrecargue, aumentando la vida de la batería. Durante todo este periodo, el Ag102 monitorea el estado de carga de la batería y la ofrece en sus pines de estado.
Todos los estados anteriores se basan en una temperatura ambiente de 20º a 25ºC. Para una mejor función, estas tensiones tienen que ser compensadas en 4mV/ºC/celda, reduciendo en más temperatura y aumentando en bajas temperaturas. El Ag102 tiene la posibilidad de obtener la temperatura mediante su entrada de termistor PTC (el cual debe estar conectado a la batería), y ajustará las tensiones de carga acorde a ella.
Alargar y llegar a obtener los ciclos de carga y descarga, la vida completa de una batería, ahorra los costes de mantenimiento, desplazamientos y colaborará con nuestro medio ambiente, por necesitar menos reciclajes.
Espero que el artículo haya sido de Interés. Gracias Jesús. 
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Etiquetas: baterías
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cuando aparece este valor “0.05C Amps”, ¿Qué quiere decir la “C”?, ¿Significa capacidad Amperios-Hora de la batería?
Las baterías por lo general traen el dato de su capacidad en Amperios-Hora, pero me gustaría saber que valor de corriente puedo extraer de ella sin dañarla.
Muy buena info!
En mi blog (http://sergiols.blogspot.com)
publiqué como hacer un cargador de baterías universal que incluye además documentación.
saludos
Felixls.
PODRIA DEJAR UN DIBUJO DE LAS CURVAS DE RESPUESTA DE TERMISTOR PTC Y NTC