J. Csar Rosas PorcayoAarn Snchez-JurezCentro de Investigacin en Energa-UNAMPriv. de Xochicalco s/n, Col. CentroTemixco, Mor.e-mail: asj@mazatl.cie.unam.mxUNAMTECNOLOGAS DE ACUMULADORES PLOMO - ACIDO

Baterias SecundariasUna bateria es un conjunto de celdas electroqumicas conectadas en serie, cuya funcin es la de almacenar energa elctirca en forma qumca (carga), cederla a un punto en forma de electricidad (descarga) y volverla a recuperar (carga).A un proceso de carga descarga a cierta capacidad se la llama CICLO.

Tipos de Celdas Electroqumicas

PLOMO- ACIDONIQUEL-CADMIONIQUEL-FIERRONIQUEL-ZINCAg-ZnNi-H2ANODOPbCdFeZnZnH2CATODOPbO2NiO2HNiO2HNiO2HAgONiO2HELECTRODOH2SO4 sol.KOH sol.KOH sol.KOH sol.KOH sol.KOH sol.Vn volts21.21.21.61.51.4Vop volts2.131.291.371.731.851.42Vf volts1.8 - 2.11.10 1.251.05 1.251.4 1.61.3 1.71.05 1.15DENSIDAD DE POTENCIA35 W-h / kg2027609055

Baterias de Plomo - AcidoLas baterias usadas comnmente en aplicaciones fotovoltaicas son las de plomo-cido debido a que:

Se pueden recargarSon relativamente baratasEstan disponibles en una variedad de tamao y posicionesPueden ser sometidas a procesos de descarga (pequea razn) por tiempos prolongados.

Un nodo de plomo: es el electodo negativo y est formado por una rejilla de plomo recubierta por plomo esponjoso.Un ctodo de PbO2: es el electrodo positivo y est formado por una rejilla de plomo recubierta por PbO2.Un medio electroltico: es el camino a travs del cual se lleva a cabo una reaccin qumica. El electrolito es cido sulfrico al 37% o con una densisdad especifica de 1.28 al 100% de carga.Una jarra o vaso que contiene a la celda.LA CELDA ELECTROQUMICA DE PLOMO-CIDO EST FORMADO POR:

Las rejillas son elaboradas con plomo puro o aleaciones de plomo . Las rejillas de plomo puro tienen poca rigidz y son normalmente usadas para bateras estacionarias. Estas bateras presentan una razn de descarga muy baja estando an stand-by, pero no pueden ser descargadas profundamente y recargadas rapidamente.

Principio de OperacinDESCARGA. Al conectar una carga elctrica en las terminales de la batera se establece un flujo de electrones de la placa negativa al exterior, quedndose ionizado el plomo Pb++ de esa placa. Este reacciona con el H2SO4 formando sulfato de plomo PbSO4. Al mismo tiempo, la placa positiva recibe los electrones (cedidos por la placa negativa) disociando al PbO2 en iones de plomo, que al reaccionar con el H2SO4 forma en la placa Pb SO4 y trans forma al electrolito en agua

PLACA NEGATIVAELECTROLITO PLACA POSITIVAMATERIALPb2H2SO4 + H2OPbO2PRCESO DE IONIZACINSO4--, SO4-- , 4H+ ++4OH- , Pb++PROCESO DE PRODUCCIN DE CORRIENTE2e + Pb++Pb++ 2ePRODUCTO FINALPbSO44H2O2H2OPbSO4

CARGA . Al suministrar electrones en la placa (-), el PbSO4 se disocio en Pb y en SO4--. Este se conbina con el H2O y forman el forma el H2SO4. Simultaneamente , de la placa (+) salenn 2e con lo que el PbSO4 se disocia en Pb++++ y SO4--. Las primeras reaccionan con el H2O para formar PBO2 y los segundos con el H2O para formar H2SO4.

PLACA NEGATIVAELECTROLITOPLACA POSITIVAPROCESO FINAL DE LA DESCARGAPbSO44H2OPbSO4

PROCESO DE LA IONIZACINPb++, SO4--2H+, 4OH- , 2H+SO4--, Pb++PROCESO PRODUCIDO POR LA CORRIENTE 2e2e Pb++++MATERIALES RESTAURADOS Pb2H2OH2SO4 H2SO4PbO2

Resultado Neto:

El PbSO4 en la placa (-) se convierte en Pb. El PbSO4 en la placa (-) se convierte en PbO2 El H2O del electrolito se convierte en H2SO4

El resultado neto de la DESCARGA es:

El Pb (placa negativa) y el PbO2 (placa positiva) son convertidos en SULFATO DE PLOMO debido a la reaccin con el electrolito. El H2SO4 cido sulfrico se convierte en agua al ceder el radical sulfato a las placas (+) y (-).Ya que el H2SO4 H2O, la densidad del electrolito disminuye en el proceso, por lo cual,................................... LA DENSIDAD DEL ELECTROLITO ES UNA MEDIDA DIRECTA DEL ESTADO DE CARGA DE LA BATERA.

Estado de CargaBatera para SLIBatera para Traccin100 %1.2651.28075 %1.2251.25050 %1.1901.2025 %1.1551.190DESCARGADA1.1601.160

Eficiencia en una BateraUna batera NO entrega toda la energa que recibe durante el proceso de carga debido a: No todos los electrones que se inyectan contribuyen a las reacciones anteriores. Estos, los que No contribuyen se desperdician en reacciones parsitas.Del total de elestrones inyectados solo el 92-98% contribuyen en la reaccin. A dicho porcentaje se le llama eficiencia Coulmbica. Se requiere de un voltaje mayor para forzar a que los electrones entren a la celda. El voltaje de carga es de 2.33 volts. El voltaje a la descarga es de 2.05 volts, dando una razn del 88%. Si se consideran los dos factores ( corriente y voltaje ) la eficiencia como unidad de almacenamiento es de 0.86.

La aleacin plomo antimonio forma una celda resistente a temperaturas altas y tolerante a las descargas profundas. El inconveniente es que presenta una mayor autodescarga y un incremento en la prdida de agua por electrlisis, por lo que no pueden ser selladas. La aleacin plomo-cido reduce el degasamieno y la prdida de agua. Con ste tipo de rejilla se construyen las bateas libres de mantenimiento (la prdida de agua en todo el ciclo de vida de la batera , 3-5 aos, es muy poca y no se requiere adicionarle agua). Se recomienda que sean ventiladas.Se usan normalmente antimonio, calcio y cadmio, en bajas proporciones para darle rigidz a la rejilla de plomo, y formar una aleacin con ste.

Plomo-antimonio aceptan una razn de carga rpia y proporcionan razones de descarga rpidas. Se pueden fabricar para usos pesados con descargas de hasta un 50-80 % de su capacidad. El ejemplo tpico de stas bateras son la sautomotrices. Las bateras plomo-cido pueden ser descargadas del 15-25% de su capacidad. No aceptan ciclos de descarga profunda repetidos.Degradacin:Pb-Sb 20 % por cada 10C arriba de 25CPb-Ca 50 % por cada 10C arriba de 25C

Las bateras de plomo-cido almacenan carga elctrica en la forma de energa qumica. Cuando una carga elctrica es conectada a una batera, se lleva a cabo una reaccin qumica entre el Pb, el PbO2 y el H2SO4 y se produce una coriente elctrica que circula por la carga y la batera.

Se llama CAPACIDAD DE CARGA a la cantidad de carga almacenada en una batera, la que es proporcional a La cantidad de material activo.

La capacidad se mide en AMPERE-HORAS (A-h).Una capacidad de 100 A-h significa que se puede descargar ampere durante 10 hrs. 2 amperesdurante 50 hrs., o bien, 100 amperes durante 1 hora.La capacidad de un banco de bateras depende de la cantidad de bateras conectadas en paralelo a un voltaje dado. La capacidad de una batera depende de: la razn de la descarga la temperatura la auto-descarga la edad la profundidad de la descarga (DOD)

Curva de Estado de Carga vs VoltajeEs importante conocer el voltaje para un estado de carga dado, ya que los controles de carga en un sistea solar se basan en lecturas de voltaje para decidir si una batera est cargada totalmente y tambin para protegerla cuando est muy descargada.La figura muestra el voltaje en funcin del estado de carga para una batera estacionaria plomo-cido con aleacin de antimonio, que est siendo cargada.Este es el tipo de batera ms usado en la actualidad en los sistemas solares.Curva de Voltaje a la Carga

Observar que se muestran varias curvas, correspondientes a diferentes velocidades o razones de carga. La velocidad est expresada en el nmero de horas (C/20, C/8, etc.) que tomara recargar la batera con la corriente dada, donde el cociente es precisamente el numero de horas. CAPACIDADNUMERO DE HORAS DE CARGA = CORRIENTE INYECTADAVOLTAJES DE CARGA DE UNA CELDA PLOMO-ACIDO EN FUNCIN DE SU ESTA DO DE CARGA

Para obtener la razn de carga a la que est recargando una batera, simplemente divida s capacidad nominal (ampers-horas) entre la corriente inyectada (ampers).

Las razones de carga tpicas para bateras en sistemas fotovoltaicos, cuando se tiene la insolacin mxima, se sita entre C/10 hasta C/30, siendo stas ltimas las ms usuales. Estas razones de carga resultan de la relacin que guarda el nmero dem modulos solares con eltamao del banco de bateras.Observar que una batera de ste tipo (plomo/antimonio-cido) est 100% cargada a 25C, para una razn de cargade C/20, cuando se alcanza un voltaje de 2.35 volts por celda.Para una batera tipo plomo/calcio-cido el voltaje debe incrementarse a 2.55 volts.Siempre es conveniente exceder ligeramente ste voltaje, para tener gasificacin en el electrolito y evitar que ste se estratifique, es decir, que el cido ms denso se vaya al fondo y el agua con menos cido que de arriba permanentemente.

La figura muestra el voltaje en funcin del estado de carga para una batera que est siendo descargada a diferentes velocidades o razones de carga. Se muestran varias curvas desde 10 horas hasta 10 minutos (0.17 horas). Observar que para la descarga ms lenta, el voltaje se mantiene relativamente constante por un largo periodo. En un sistema fotovoltaico es usual que las bateras tengan varios das de autonoma, es decir, pueden respaldar el suministro al consumo en ausencia total del sol durante ese periodo.Curva de Voltajes a la DescargaEsto significa que las razones de descarga son muy lentas, mayores a 24 horas (1 das). Por tanto, el voltaje es reltivamente constante.

Voltaje a la descaga de un celda plo-cido en funcion del estado de carga a diferentes razones de descarga.Por ejemplo, una celda que est iniciando su descarga a 10 horas (C/10), tiene un voltaje de 2.03 volts y cuando alcanza el 80 % de descarga su voltaje baja nicamente a 1. Volts.En un sistema fotovoltaico, identificar la curva de descarga de las bateras es importante, pues de ella se deriva el voltaje al cual se debe deconctr el suministro cuando la descarga ha alcanzado una cierta profundidad, para proteger a la batera de sulfatacin irreversible.

Como comentario, los fabricantes generalmente suministran curvas de descarga de sus bateras, pero es poco frecuente que den las curvas de carga que son indispensables en determinar la operacin correcta de un sistema fotovoltaico.En la prctica se ha encontrado que los voltajes de carga completa de una batera plomo-hacido se deben incremetar conforme envejezcan pues su resistencia interna aumenta y debe compensarse con mayor voltaje.Por otro lado, las bateras requieren menor voltaje de carga completa cuando la temperatura se incrementa, pues las reacciones qumicas se aceleran. En especial la gasificacin debida a la electrlisis del agua se incrementa con la temperatura y la prdida de agua se acelera.Por ello, se recomienda disminuir los voltajes de caga comleta como se indica:Celdas inundadas Plomo-Antimonio: 5 mV/C/celdaCeldas inundadas Plomo-Calcio : 3 mV/C/celda

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS DIFERENTES TIPOS DE BATERASExisten diversas tecnologas de fabricacin de la celda plomo-cido, para diferentes aplicaciones, con diferentes compromisos entre su costo y su operacin y su vida til.Las bateras en sistemas fotovoltaicos estn sujetas a ciertas odiciones de operaci que deben revisarse para determinar lo que se espera de un modelo o tipo especfico de batera.Cualquier batera plomo-cido puede servir pero se requiere saber lo que se puede esperar de ella. Por ejemplo, una batera de bajo costo como es la automotriz puede tener una vida muy corta en un sistema fotovoltaico cuando la batera se descargue profundamente an cuando solo se haga esto algunas veces.A continuacin resumimos brevemente las caractersticas de los diferentes tipos de bateras cuando son empleados en un sistema fotovoltaico:

TIPOVENTAJASDESVENTAJAS

Automotriz abiertaBajo costoBuena tolerancia a altas temperaturasDisponible localmenteVida corta (menos de 2 aos)Poca tolerancia a descargas profundasRequiere aadir aguaAutodescarga importante conforme envejeceAutomotriz libre mantenimientoBajo costoNo requiere aadir aguaVida corta (menos de 2 aos)Nula tolerancia a descargas profundasPoca tolerancia a altas temperaturasDisponibilidad limitadaIndustrial de traccin (Montacargas)Costo medioBuena tolerancia a descargas profundasBuena tolerancia a temperaturas altasVida media (5-8 aos)Disponible solo bajo pedidoRequiere aadir agua (cada 3-6 meses)

Estacionaria abiertaBuena tolerancia a descargas profundas Vida media-alta (6-10 aos)Vaso transparente permie conocer su estado internoBuena tolerancia a temperaturs altasCosto altoDisponible solo bajo pedidoRequiere aadir agua (3-6 meses)

TIPOVENTAJASDESVENTAJAS

Estacionaria sellada, electrolito inmovilizadoTransporte y manejo simplificado (va area inclusive)Pueden apilarse verticalmente: menos espacio de instalacinNo requieren mantenimiento ni adicin de aguaCosto altoDisponible solo bajo pedidoBaja tolerancia a descargas profundas, excepto para algunos modelosBaja tolerancia a altas temperaturas excepto en algunos modelosNiquel-CadmioTolera descargas profundas, altas y bajas temperatuas, vida til hasta 20 aos, casi no requiere mantenimientoCosto de masiado altoDisponible solo bajo padido

En resumen cada tipo de batera tiene sus oportunidades y sus limitaciones. Lo importante es conocer lo que se puede esperar en la vida real. Actualmente, se tiene una mejor idea de lo que puede resultar de un tipo de batera en un sistema fotovoltaico pero todva se desconoce con precisin muchos detalles. Por ello, la experiencia prctica es importante.Como ejemplos daremos algunos parmetros de operacin tpicos a los que se sujetan los banco de bateras en un sistema fotovoltaico:

Los usuarios se olvidan de ellas hasta que el agua se ha agotado debajo del nivel de las rejillas.La corrocin en las terinales de conexin no es eliminada hasta que falla el sistema completo.El voltaje de carga es insuficiente y la batera nunca alcanza su carga total.El voltaje de carga es exesivo y la batera pierde agua excesivamente.El usuario descarga la batera totalmente a pesar de que el tipo utilizado no sea apropiado para ello.Etc., etc.Diariamente experimentan ciclos de descarga (noche) carga (da) equivalentes al 10-20 % de la capacidad nominal.Con la frecuencia que ocurran nublados prolongados pueden decargarse profundamente y tardar hasta semanas en recuperar 100 % la carga nuevamente.Operan a temperaturas tan bajas como 0C (invierno) y tan altas como 45C (verano).

Evaluacin:Estado de cargaLa mejor indicacin es la lectura de la densidad si la batera es tipo inundada. Ver la grafica.Voltaje y gravedad (densidad) a la descarga ycarga de batera

Si la batera es sellada se debe correlacionar el voltaje en sus terminales con el estado de carga. En este caso, lo mejor es medir el voltaje cuando se est descargando la batera y compararlo con las curvas que da el fabricante. Existen probadores de bateras automotrices que producen una corta pero fuerte descarga en la batera y miden su voltaje simultneamente indicando su estado.

ESTADO DE CARGAGRAVEDAD ESP.VOLTAJE100 %1.26- 1.2812.7550 %1.1912.20 %1.1211.5

La nica forma prctica de determinar la capacidad que tiene una batera es cargarla totalmente y luego sujetarla a una descarga completa a una corriente dada. La capacidad ser el producto de la corriente (ampers) por el periodo en que se descarg (horas). En general se considera que una batera est descargada cuando llega a 1.75 volts por cada celda.Si una batera entrega menos del 80% de su capacidad original, es conveniente reemplazarla a menos que en su dimensionamiento se haya considerado una prdida de capacidad mayor con el envejecimiento.Si una batera no alcanza la densidad nominal de electrolito despus de una recarga prolongada, est sulfatada en forma irreversible. Reemplazarla.

sta es vlida slo para aquellas celdas con vasos transparentes ( de ah su ventaja).Si hay sedimentos en el fondo del vaso que estn a punto de alcanzar la parte inferior de las placas, se requiere reemplazar la celda antes e que sta sea cortocircuitada internamente.Si las placas presentan depsitos blanquesinos aislados, la carga de la batera est siendo incompleta.Si las placas positivas estn inchadas (se esponjan), la carga ha sido defectuosa. La celda debe reemplazarse.Si las placas positivas se observan brillantes y quebradizas, se ha formado sulfato duro que ya no es posible reincorporar al electrolito durantte la recarga.Se debe practicar una prueba de capacidad y decidir si se contina usando la celda.

El mantenimiento es sencillo y tiene efectividad si se sigue con cuidado, de acuerdo a las recomendaciones del fabricante para el tipo de batera empleado.En general el mantenimiento consiste en:Limpieza de las terminales de la celda para eliminar depsitos (usualmente sulfatos) y aplicacin de grasa anticorrosiva. Existen compuestos en el mercdo especficamente para ello que permiten extender los periodos entre cada limpieza.

Adicin de agua en el caso de celdas inindadas. Nunca se debe aadir cido porque ste no se pierde en los pocesos de carga y descarga de la batera. El agua de be estar libre de minerales (destilada o desmineralizada). Si se aade agua comn, las prdidas por electrlisis y la autodescarga se incrementa. Nunca de be permitirse que el nivel de electrolito baje tanto que deje al decubierto las placas.

Medicin de Densidad,en el caso de celdas inundadas. Debe asegurarse que la densidad mxima nominal se alcance cuando el control de carga fotovoltaica haya llegado a su voltaje de carga completa (desconexin de mdulos solares). La densidad mxima est entre 1.20 y 1.275 (consultar al fabricante). Si la densidad mxima no se alcanza y el control de carga ya limit la corriente solar, entnces deben reajustarse los niveles de operacin

Una Batera12v @ 100 A-Hr_+_+_++- 12V 12V12V36V-RI12VAumentando la Capacidad+ -Bateras conectadas en SerieSE INCREMENTA EL VOLTAJE+-CAPACIDAD TOTAL300 A-HrVt= 36 V

Dimensionamiento de un Banco de BaterasLa capacidad de un banco de bateras se dimensiona en funcin de la energa consumida diariamente por las cargas elctricas y la autonoma requerida en el sistema.En un S. F. la autonoma del banco de bateras es el nmero de das que funcionaran las cargas elctricas con cero insolacin.CB es la capacidad del banco de bateras (amp-hr). Ec energa consumida diariamente por las cargas elctricas. VB voltaje de operacin del banco de bateras. Au autonoma del banco de bateras. fu factor de uso para evitar que las bateras se descarguen totalmente.fu = 0.5 placa delgada fu = 0.8 placa gruesafactor de incremento de la capacidad debido a una razn de descarga ms lentaFiFi = 1.05 placa delgada Fi = 1.35 placa gruesa

Bateras RecomendadasTROJAN Mod T-105 EspecificacionesPeso = 64 lb ( 30 kg.)Vn = 6 voltsTerminal = (sin barra expuesta)Capacidad = 217 amp-hr a C/20Ciclos de descarga = 630 al 80% DODTROJAN Mod L-16 EspecificacionesPeso = 130 lb ( 60 kg.)Vn = 6 voltsTerminal = barras expuestas Capacidad = 350 amp-hr a C/20Ciclos de descarga = 900 al 80% DODNOTA : Costo 35% ms por amp-hr que las T105

Construccin y Qumica de BaterasPlomo-Acido TpicoTipos de Celdas TpicasCiclo Poco ProfundoCiclo ProfundoQumica Plomo-Acido

Construccin de Bateras Plomo-AcidoRelillasSeparadoresElementosConcentradores de celdaContenedoresTapas ventiladas

Construccin de la celda de la BateraConstruccin Tpica de una Celda de Placa Plana

Construccin de la celda de la Batera(Continuacin)Construccin Tpica de una Celda de Placa Tubular

Construccin de Bateras

Construccin de Bateras

Ciclo Poco Profundo Configuracin de la Placa InundadaGran Nmero de Placas DelgadasMenos PlomoPeso LigeroAltas Corrientes por Periodos CortosDemanda por Ciclo Profundo

Ciclo Poco Profundo Construccin de Placas InundadasMenos placasPlacas ms GruesasMs PlomoTpicamente Contenedores ms GrandesMs ElectrolitoModelos Opcionales para Niveles Altos de Agua

Qumica de Bateras de Plomo-AcidoPlaca Negativa (Plomo Esponja Pb) CargadoPb + SO42PB SO + 2eDescargandoCargando Placa Positiva (Dioxido de Plomo PbO2)Reaccin Neto (con elestrolito de Acido Sulfrico H2SO4)PbO2 + Pb + 2H2SO42PbSO4 + 2H2O

Operacin de Bateras de Plomo-AcidoOxido de Plomo PbO2Esponja de Plomo PbConcentrado H2SO4+IVceCargadoSulfato de Plomo PbO4Sulfato de Plomo PbO4IeDiluda H2SO4Descargado+

Bateras Plomo - AcidoCiclo Poco Profundo - Electrolito Inundado Plomo-Calcio, Ventila Abierta Plomo-Calcio, Ventila - Electrolito Cautivo Plomo-Calcio, Electrolito Gelatinoso Plomo-Calcio (Filtro de Vidrio Absorto)Ciclo Profundo - Plomo-Antimonio Inundada - Hbrida de plomo-Antimonio/Calcio

Atributos de Bateras de Plomo - CalcioVentajas - El Calcio Aade Fortaleza al Plomo - Reduce el Gaseo y Prdidas de Agua - Bajo Mantenimiento - Baja Tasa de AutodescargaDesventajas - No es Capaz de una Gran Profundidad de Descarga - La vida se acorta si el Recipiente se Descarga Profundamente (>10 % ms de 4 veces/ao)

Atributos de Plomo Acido InundadaVentila abierta - Bateras estacionarias - Tpicamente 2 voltios por celda > 1000 A-h - Baja autodescarga - Placas gruesasUso contnuo 10 20 aosVentila sellada - Adaptada de la industria automotrz - No ciclo profundo - Baja autodescarga - Tpicamente de Plomo-Calcio, algunas son ....... de Plomo-Calcio/Antimonio

Atributos de Plomo Calcio, Electrilito CautivoElectrolito gelatinoso cautivo - Reguladas por vlvulas - El fabricante recomienda una regulacin constante .. de voltaje de carga con temperatura de compencin ... para controlar la tasa de gaseo - Mejor en ambientes frosSellada [Filtro de vidrio absorto tapz] - El fabricante recomienda una regulacin constante .. del voltaja de carga con temperatura de compencin ... para controlar al tasa de gaseo - Daos catastrficos si la temperatura excede de los ... 57 C (35 F)

Atributos de Plomo AntimonioVentajas - El Antiminio Aade Fortaleza - Rpidas tasas de carga/descarga - Mltiples descargas hasta el 50 - 80% de su capacidad - Menor desprendimiento del material activoDesventajas - Alta tasas de auto descarga - Las altas tasa de gaseose incrementan con la edad Se puede minimizar usando tapas especiales que recolectan el O2 y H2 .......para combinarlos en H2O para su retorno al electrolito - Requiere frecuentemente que se le agregue agua

Bateras de Plomo Antimonio Ciclo ProfunoPlomo Antimonio Inundada - Altas tasas de A-h - Capacidad de descarga profunda - Robusta - Tolerante a las altas temperaturas - La batera ms adecuada para la mayora de las aplicaciones FVHbrida, Plomo Antimonio/Calcio Inundada - Altas tasas de A-h - Combina las ventajas del Plomo y del Calcio - Menos prdida de electrolito - Grandes profundidades de descarga - Mayor tiempo de vida que las de Plomo - Calcio

Comparacin de Bateras

VidaCicladoGaseoCosto inicialPlomo-AntimonioRegularBuenoModeradoBajoPlomo-CalcioRegularPobreBajoBajoPlomo Bajo Antimonio/CadmioBuena ExcelenteModeradoAltoNiquel-CadmioExcelenteExcelenteAltoAlto

Otros Tipos de Bateras Comnes

Costo Indicial en dlares/kWhCiclo de vida al 80 % de la PdD Nife Nquel-Fierro5002,000 NiMH Nquel-Metal Hidratado3,3002,000 NiCd Nquel-Cadmio en Bolsas 7501,500 NiCd Nquel-Cadmio Depositado1,8001,000 La Gel120500 La Traccin70 801,000 La SLI60 - 70200

Sumario de Carctersticas de Bateras

Plomo-Acido, no sellada inundada (ciclo profundo)Plomo-Acido, no sellada inundaa (ciclo poco profundo)Electrolito cautivo(celda gelatinosa AGM)Ni CadProfundidad de descarga15-25 %15 25 %15 25 %100 %Tasa de autodescarga5 %1 4 %2 3 %3 6 %Capacidad Tpica, Amp-hora/pie31000700250500Rango de Capacidades Amp-hora/pie3200 a 1425164 a 1389104 a 464103 a 990Capacidad Tpica, Amp-hora/libra5.54.62.25.0Rango de Capacidades Amp-hora/libra1.9 a 12.11.1 a 9.21.0 a 6.31.2 a 9.5Minima Temperatura ambiente (F)+20+200 50

Bateras Nquel - CadmioVentajas - Larga vida - Bajo Mantenimiento - Baja Tasa de Autodescarga - Pueden decargarse profundamente sin daos - Mejor rendimiento operando en temperaturas bajas ...que Plomo-Acido - Retencin de caga es excelenteDesventajas - Costo por A h es alto - Algunos tipos (sinterizado) muestra una Memoria ...del historial de descarga de la batera

Bateras Nquel - HierroVentajas - Gran fortaleza mecnica - Se puede durar inactivo durante largos periodos sin ...perder su carga - No se puede daar con sobrecarga - Vida larga (> 8 aos)Desventajas - Alta proporcin del peso a capacidad A-h - Pobre retencin de carga y baja capacidad para ...tempraturas bajas - Poca informacin disponible - Eficiencia de carga (coulombica) es muy mala

Temas de Operacin de BaterasCapacidad de la bateraConsideraciones de la temperaturaEstado de cargaGravedad especfica

Capacidad de la Batera (Amp hr)Valores de placa - Dadas en valores de Horas - Cambia con la tasa de descargaCiclo de vida - (afectado por DOD) AutonomaRestricciones de la profundidad - Depende de la qumica - Afecta la vida de la bateraTasa de descarga

Valores de Descarga de Corriente Constante Amperios a 25 C (77 F)Ejemplo # 1: 0.9 A X 100 Horas = 90 A-h Ejemplo # 2: 3.6 A X 24 Horas = 90 A-h Ejemplo # 3: 6.4 A X 12 Horas = 90 A-h

Proporcin de Capacidad Batera Plomo Acido Tasa de Descarga Amperio - HoraDe Trojan Battery Company, Julio, 1993.

Tiempo de descarga% of 20 - Horas 20+=104 %20=100 %12=93 %8=88 %6=84 %

Caractersticas del Ciclo de Vida para una tasa Baja de Descarga C/100DOD % C/100

Gravedad Especfica de Bateras Nuevas Plomo - AcidoA Batera de vehculo ElctricoB Batera de TraccinC Batera AutomotrzD Batera Estacionaria

Gravedad EspecficaEstado de CargaABCD100 % (Plena Carga)1.3301.2801.2651.22575 %1.3001.2501.2251.18550 %1.2701.2201.1901.15025 %1.2401.1901.1551.115Descargada1.2101.1601.1201.080

La Gravedad Especfica Bajo la Carga y la Descarga

Efectos de la TemperaturaVida - Por cada 10 C de incremento de la temperatura, la .vida de la batera se reduce a la mitadFuncionamiento - Por cada 10 C que se reduce la temperatura, la .capacidad de la batera se reduce 10 %Gravedad Especfica - Ajustada por temperaturas extremas Caliente Reduccin en la concentracin del ................................electrolito Fro

Consideraciones en el Diseo de Sistemas de BaterasCeldas de la bateraDensidad de almacenamiento de energaTipos de terminalesEspecificaciones de los cablesIgualacinCiclo de vidaPrdida de aguaAuto DescargaProteccin de la bateraCongelamiento

Nmero Total de Celdas de la Batera(Serie)Celdas en Serie+ + + La capacidad se determina por el tamao de una sola celdaPosibles altos voltajes peligrososConfiguracin preferida

+ + + + Celdas en ParaleloLa capacidad se determina por el nmero de celdas en paraleloRequiere una buena tcnica de instalacinNmero Total de Celdas de la Batera(Paralelo)

Densidad de Almacenamiento de EnergaTamaoPesoreaDensidadPlomoAcido 0.50 1.1 1.1 2.4

Ni-Cad 0.75 0.8 1.7 1.8A-hlbA-hlbA-hkgA-hkgMtrico

Tipos de TerminalesBandera (flag)LRemache (Stud)PosteInformacin de Terminales

Especificaciones del CableCeldas de tensin- Series- ParaleloResistente al cidoCable flexible- Slido- TejidoConectores- Prensado de mano- Prensado de mquina- Soldado

Igualacin de Tipo Plomo - AcidoPropsito - Previene la Estratificacin y Sulfatacin de la placasFrecuencia - Una vez al mesPuntos de fijacin - Plomo-Acido 2.55 V/Celda durante 3 horas a voltaje ...constantePuede daar las tapas de recombinacin catalticaNo recomendada en bateras de vlvulas reguladas de Plomo-Acido (VRLA) de electrolito cautivo

Vida Cclica Vida de CalendarioDepende de la profundidad de descargaPlomo-Acido (40-50% ciclo de descarga) - 1,000 1,500 ciclos - 20 aos sin ciclado

Prdida de AguaPlomo-Antimonio-Alto - Se puede reducirse al cargarse, pero solamente al costo de sulfatacinPlomo-Acido-Moderada - Gasea en menor medida, requiere un potencial ms alto el gaseosoVentila abierta, la prdida de agua puede reducirse usandorecombinadores catalticosVRLA- de baja a nada - Las ventilas son sensibles a la presin, 0.5 a 9 PSI - No requieren voltajes en la regin de gaseo

Plomo-AntimonioNuevo 1 % al da a 25 CViejo 5 % al da a 25 CPlomo-CalcioNuevo

Efecto de la Tasa de Descarga

Proteccin de la Bateras1 Kw Hr Batera (12 V 100 A-h) > 8,000 Watts/SegundoDesconexiones (switch con rangos de desconexin adecuados) - Mostradas para CDFusibles - NEC requiere proteccin de los cables - Mostradas para CD con adecuados rangos de interrupcin

Congelamiento del Acido - Sulfrico

Gravedad Especfica 15CPunto de Congelamiento C1.0000.01.050-3.01.100-7.81.150-15.01.200-27.01.250-52.0

Consideraciones de Campo para sistemas de BateraAreas problemticasMantenimientoLocalizacin de fallasSeguridad

SobrecargandoGaseo excesivo y produccin de hidrgeno (< 4% sin riesgo) - Riesgo entre el nivel del electrolito y la cubiertaPrdida de aguaLa temperatura excesiva causa dao alas placas (Torceduras)Acumulacin de sedimentosCorrosin de la placa positivaPara tipos Inundadas VR Reversibles

SubcargaAcumulacin de sedimentos de Sulfato de Plomo - Causa torcedura de placas - Corto circuito entre placasSulfatacin - Incrementa la resistencia interna - Menor voltaje de descarga - Mayor voltaje de carga - Variaciones de temperatura en la batera .... ..........(Prdidas de I2R)

Otros EfectosCortos circuitosSedimento excesivoFormacin de rbolesFormacin de musgo

Mantenimiento de BaterasReemplazo de agua - Se reduce al usar hidrotapas o bateras selladas - Agua destilada - Agua de lluvia como el ltimo recursoLimpiezaIgualacin - Riesgoso, pero extiende la vida de la batera - Algunos efectos se pueden desatar con ..sobrecargas peridicas sin reguladorConexiones - Material y tornillos resistentes a la corrosin

Voltaje de Batera vs. Estado de CargaTasas de baja carga y descarga a 78 CNotas:

Corriente Constante Carga y Descarga

Operacion a 25oC Porcentaje del estado de Carga de Bateras (%)Voltaje de Batera en V.D.C.BCS-56

Localizacin de fallas en BaterasTensin a circuito abiertoGravedad especficaMediciones de la conductanciaPrueba de carga de trabajoMediciones de la capacidad relativaRegistros y pruebas de carga real en el sistemaInspeccin Post Mortem

Gravedad Especfica

Prueba Real de un Sistema de CargaDescarga durante trabajo igual al sistema a comprobarse en el campo

Seguridad con las BaterasGas hidrgeno - Fcilmente se forma ms del 4 % entre la cubierta y el electrolito una chispa y la hara explotarQuemaduras de cido - Neutralizar con bicarbonato de sodioElectrocucin - Un sistema con un gran nmero de bateras en serie es peligrosoBattery enclosureTraumas secundarios - Riesgo de choque elctrico si Voc > 24 volts

Estimacin del Hidrgeno producido al Cargar Bateras Plomo - AcidoTasa mxima de produccin de hidrgeno (H) = 0.00027 (I) (N) Pies cbicos/minuto I = Tasa de carga en Amperios N = Nmero de celdas concentradas en serie

Ventilacin RequeridaC = Mxima concentracin de Hidrgeno deseada (por seguridad, C debe ser 0.02)

Adquisicin de BaterasConsideraciones

Especificaciones

Criterio para Elegir BaterasPreguntas que un diseadaor de sistemas debe fijarTipo de sistema y modo de operacin - Ciclo profundo - Ciclo poco profundo - Uso imtermitente, ciclo profundo y poco profundoCartersticas de cargamiento; Necesidades especficasRequerimientos de das de almacenamiento (autonoma)Cantidad y variabilidad de la corriente de descargaMxima profundidad de descarga permisibleRequerimientos diarios de profundidad de descargaAccesibilidad de la localidad

Criterio para Elegir Bateras(Continuacin)Temperatura ambiente y condiciones ambientalesVida cclica y/o vida de calendarioRaquerimientos de mantenimiento - Sellada o NO sellada; determine el nivel de mantenimiento - Necesidades de aguaTasa de auto descarga - Nuevo - ViejoCapacidad mxima de la celda

Criterio para Elegir Bateras(Continuacin)Densidad de almacenamiento de energaPeso y tamaoCaractersticas de gaseoSusceptibilidad al congelamientoConcentracin del electrolitoDisponibilidad de equipo auxiliarConfiguracin de la s terminalesPrestigio del fabricanteCosto y garanta

Especificaciones para la Aduisicin de BaterasInformacin suministrada por el diseador del sistemaTipo de batera (Inundada o sellada)Capacidad til en ampers-hora a una corriente especificadaTemperatura de operacinMxima profundidad de descarga permisiblePromedio diario de profundidad de descarga permisibleVoltaje nominal del subsistema de baterasNmero de celdas / Mdulos de bateras en serieNmero de filas (Strings) en paraleloNmero total de celdas / Mdulos de bateras

Especificaciones para la Adquisicin de Bateras(Continuacin)Especificacin de terminales y cables de interconexinRequerimientos de tapas de bateas (eg., CRC)Requerimientos y tasas nominales de cargaArreglo de desconexin del subsistema de batrasRequerimientos de envoReciclabilidad

Especificaciones Adicionales del Fabricante de BaterasDimencionamiento de la celda / Mdulo de la bateraPeso de celda / Mdulo de batera (empacado y desmpacado)rea y volumen del subsistema e baterasProcedimiento recomendado para cargamientoMximo voltaje de descarga de la celda de la bateraVentana de voltaje del subsistema de baterasRequerimientos de igualacinPromedio de eficiencia de energa por ciclo Carga-DescargaRequerimiento de envo Vida cclica

Seguridad es un Asunto