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Carga de baterías

Tensión de carga
Las baterías de gel (12 y 2 voltios) y AGM (6 y 12 voltios) deben recargarse con una tensión de 2,4 voltios por célula a una temperatura de 25 ºC. Para un juego de baterías de 12 voltios, esto corresponde a 14,4 voltios, y para un juego de baterías de 24 voltios, a 28,8 V. El tiempo máximo que una batería puede cargarse con esta tensión es cuatro horas; después, la tensión debe reducirse a 2,2 voltios por célula, o a 13,25 y 26,5 voltios, respectivamente. Las baterías de Ión de Litio deben recargarse con una tensión de 29,2 voltios para un sistema de 24 voltios y de14,6 voltios para un sistema de 12 voltios.  La tensión de flotación es 26,5 V y 13,25 V respectivamente.

En los sistemas de alimentación de emergencia, donde las baterías de gel pueden permanecer en el estado de flotación durante largos periodos de tiempo (años), la tensión de flotación debe aumentar ligeramente a 13,8 y 27,6 respectivamente a una temperatura de 25 ºC. Mastervolt proporciona convertidores CC-CC que reducen la tensión a bordo (13,8 o 27,6 voltios), garantizando así que las luces (halógenos) no fallen durante la carga.

La corriente de carga
Como norma general, para las baterías AGM y de gel la corriente de carga mínima debe oscilar entre el 15 y el 25% de la capacidad de la batería. Los equipos conectados normalmente también deben alimentarse durante la carga, de modo que incluya el consumo de estos en el dato mencionado anteriormente. Eso significa que, con un juego de baterías de 400 Ah y una carga conectada de 10 amperios, la capacidad del cargador de baterías debe ser de entre 70 y 90 amperios para cargar la batería en un tiempo razonable.

La corriente de carga máxima es el 50% para una batería de gel y el 30% para una batería AGM. Para una batería de Ión de Litio, la corriente de carga puede ser la misma que la capacidad. Una batería de Ión de Litio de 180 Ah, por ejemplo, puede recargarse con 180 amperios.

El sistema de carga
Para garantizar la máxima vida útil, las baterías de gel, AGM y de Ión de Litio deben contar con un cargador de baterías moderno con modo de carga de 3-etapas+ y un sensor para medir la temperatura de las baterías.  Estos cargadores de baterías regulan constantemente la tensión de carga y la corriente de carga y adaptan la tensión de carga a la temperatura de la batería.
Dado que a bordo siempre hay equipos como neveras que consumen electricidad de la batería incluso cuando está cargándose, se ha establecido una tensión máxima de carga para proteger los dispositivos conectados. Este máximo es de 14,55 voltios para un sistema de 12 voltios y 29,1 voltios para un sistema de 24 voltios, que también es la tensión de carga aplicable a una temperatura ambiente de 12 °C.
Los nuevos cargadores de baterías Mastervolt cuentan con un sensor de temperatura que se debe colocar en la batería y que permite que el cargador regule automáticamente la tensión de carga según la temperatura de la batería. No es necesario ajustar la tensión a temperaturas altas o bajas con las baterías de Ión de Litio.

Para impedir fallos prematuros de la bate­ría, la tensión de ondulación del cargador de baterías debe permanecer por debajo del 5%. Si la batería también alimenta los equipos de navegación o comunicación, como el GPS o el VHF, la tensión de ondulación debe ser inferior a 100 mV (0,1 vol­tios), de lo contrario, pueden producirse problemas en los equipos. Otra ventaja de una tensión de ondulación baja es que los sistemas de alimentación de a bordo no se estropearán si el polo de una batería está oxidado o mal conectado. Una tensión de ondulación baja incluso permite que el cargador pueda alimentar el sistema sin estar conectado a una batería. 

Por supuesto, los cargadores de Mastervolt cuentan con una excelente regulación de tensión que mantiene una tensión de ondulación inferior a 100 mV Para sistemas SMSSM a bordo de embarcaciones de ultramar de mayor tamaño, el cargador de baterías también puede equiparse con un amperímetro, un voltímetro y un contacto de alarma. El contacto de alarma se conecta al sistema de alarma del barco, de modo que cualquier interrupción en el funcionamiento del cargador (debido a un corte en el suministro de 230 voltios, por ejemplo) se detecta a tiempo. La interfaz opcional del cargador Mass hace que los cargadores Mass resulten muy adecuados como cargadores de GMDSS.

Puede utilizar la siguiente fórmula para calcular el tiempo de carga de una batería de gel o AGM:

  
Lt  = tiempo de carga 
Co = capacidad absorbida de la batería
eff = eficiencia; 1,1 para una batería de gel, 1,15 para una batería AGM y 1,2 para una batería húmeda
Al  = corriente del cargador de baterías
Ab = consumo de los equipos conectados durante el proceso de carga

Suponiendo que una batería está descargada al 50% y aplicando el ejemplo de una batería de gel de 400 Ah y un cargador de 80 amperios, la carga al 100% tardará:


Cálculo del tiempo de carga
Para calcular el tiempo de carga de una batería, deben tenerse en cuenta varios factores.

El factor prioritario es la eficiencia de las baterías. En el caso de una batería húmeda estándar, la batería ronda el 80%. Eso significa que deben recargarse 120 Ah en la batería para que después pueda absorber 100 Ah. Con baterías de gel, AGM y Ión de Litio, la eficiencia es superior (del 85 al 90%), por lo que se reducen las pérdidas y se acorta el tiempo de carga en comparación con las  baterías húmedas.

Otro factor a considerar cuando se calcula el tiempo de carga es el hecho de que para el último 20% del proceso de carga (80-100%) se necesitan ± cuatro horas (esto no se aplica a las baterías de Ión de Litio). En la segunda fase, también conocida como fase de absorción, la batería dedica cuanta corriente necesite para absorber de forma independiente la salida del cargador de baterías.

La cantidad de potencia depende del tipo de batería (húmeda, AGM, de gel o de Ión de Litio) y otros factores, como el nivel al que estaba cargada inicialmente la batería, la temperatura, la vida útil y la temperatura ambiente.

Comprobación de la capacidad restante de una batería de gel o AGM sellada
La forma más fácil de comprobar la capacidad restante o el estado de una batería es con un medidor de Ah, como el MasterShunt o el monitor de baterías BTM-III de Mastervolt. Además de cargar y descargar corriente, el monitor también detecta la tensión de la batería, el número de amperios-horas consumidos y el tiempo que queda hasta la siguiente recarga. El dispositivo también proporciona información sobre la frecuencia con que la batería se ha descargado y el nivel de la descarga, y muestra el nivel medio y más alto de descarga. El MasterShunt es fácil de conectar a la red MasterBus y, gracias a su reloj de sistema integrado combinado con eventos basados en comandos, puede programar el sistema según sus preferencias.  

Un método diferente y también muy poco preciso para comprobar la capacidad restante de la batería consiste en medir la tensión, pero solo puede realizarse cuando la batería no se ha utilizado (descargada) o se ha cargado durante al menos 24 horas. Aunque al medir la tensión se consigue un cálculo aproximado del nivel de descarga de una batería, las pequeñas variaciones en la tensión hacen que resulte necesario el uso de un voltímetro digital. 

capacidad restante de la batería

tensión de la batería

25%

entre 11,7 y 12,3 voltios

50%

entre 12,0 y 12,6 voltios

75%

entre 12,1 y 13,0 voltios

100%

  entre 12,6 y 13,35 voltios

Este método solo tiene una precisión del 15-20% y brinda una indicación aproximada del poder que queda en la batería.

Ley de Peukert
Aparentemente, parece fácil calcular durante cuánto tiempo una batería continuará suministrando electricidad suficiente. Uno de los métodos más comunes es dividir la capacidad de la batería entre la corriente de descarga. Sin embargo, en la práctica, estos cálculos suelen fallar. La mayoría de fabricantes de baterías indican la capacidad de la batería asumiendo un tiempo de descarga de 20 horas.
Por ejemplo, se supone que una batería de 100 Ah suministra 5 amperios por hora durante 20 horas, periodo de tiempo en que la tensión no debería descender por debajo de los 10,5 voltios (1,75 V/célula). Lamentablemente, cuando se descarga a un nivel de corriente de 100 amperios, una batería de 100 Ah suministrará solo 45 Ah, lo que significa que solo puede utilizarse durante menos de 30 minutos.
Este fenómeno se describe en una fórmula (la Ley de Peukert) creada hace más de un siglo por los pioneros en el estudio de las baterías, Peukert (1897) y Schroder (1894).
La Ley de Peukert describe el efecto de los diferentes valores de descarga en la capacidad de una batería, es decir, que la capacidad de la batería se reduce a mayores tasas de descarga. Todos los monitores de baterías Mastervolt tienen en cuenta esta ecuación, de modo que siempre conocerá el estado exacto de sus baterías.

La Ley de Peukert no se aplica a las baterías de Ión de Litio, ya que la carga conectada no afecta a la capacidad disponible. 

La fórmula Peukert para la capacidad de la batería con una determinada corriente de descarga es:

Cp = Int


Cp  = capacidad de la batería disponible con una determinada corriente de descarga
I    = nivel de corriente de descarga   
n  = exponente Peukert  =             
T  = tiempo de descarga expresado en horas

I1, I2 y T1, T2 pueden hallarse realizando dos test de descarga. Esto conlleva agotar la batería dos veces con dos niveles de corriente distintos.

Uno alto (I1) - 50% de la capacidad de la batería, por ejemplo, y uno bajo (I2) - aproximadamente el 5%. En cada uno de los test, se registra el tiempo T1 y T2 que pasa antes de que la tensión de la batería caiga a 10,5 voltios. No siempre resulta sencillo llevar a cabo dos test de descarga. A menudo, no hay un gran consumo disponible o no hay tiempo para un test de descarga lenta. 

Ventilación 
En condiciones normales, las baterías de gel, AGM e Ión de Litio producen poco o nada de gas de hidrógeno peligroso. La pequeña cantidad de gas que se produce es insignificante. Sin embargo, al igual que sucede con el resto de baterías, se genera calor durante la carga. Para garantizar la máxima vida útil posible, es importante eliminar este calor de la batería lo antes posible. Puede utilizarse la siguiente fórmula para calcular la ventilación necesaria para cargadores de baterías Mastervolt.

Q  = 0,05 x I x f1 x f2 x n
Q  = ventilación necesaria en m³/h
I   = corriente de carga máxima del cargador de baterías
f1 =  reducción de 0,5 para baterías de gel
f2 =  reducción de 0,5 para baterías cerradas
n  =  número de células utilizadas (una batería de 12 voltios tiene seis células de 2 voltios cada una)

Volviendo al ejemplo de un juego de baterías de 12V/400Ah y un cargador de 80 amperios, la ventilación mínima necesaria será de:

Q = 0,05 x 80 x 0,5 x 0,5 x 6 = 6 m³/h

Este caudal de aire es tan reducido que normalmente bastará con una ventilación natural. Si las baterías están instaladas en una carcasa cerrada, se necesitarán dos aberturas: Una en la parte superior y otra en la parte inferior. Las dimensiones de las aberturas de ventilación pueden calcularse con la siguiente fórmula:

A = 28 x Q
A = abertura en cm²
Q = ventilación en m³ 

En nuestro caso, eso equivale a 28 x 6 = 168 cm² (aprox. 10 x 17 cm) para cada abertura.

Las baterías de Ión de Litio no producen gas de hidrógeno y, por tanto, su uso es seguro. Cuando se cargan las baterías rápidamente, se produce cierta cantidad de calor, en cuyo caso puede utilizarse la fórmula anterior para eliminar dicho calor.

Contacte con su instalador para sistemas más grandes con varios cargadores de baterías.