Carga de las baterías
Tensión de carga
Las baterías de gel Mastervolt (2 V, 12 V) y AGM Mastervolt (6 V, 12 V) deben cargarse a una tensión de 14,25 V para sistemas de 12 V y de 28,5 V para sistemas de 24 V. La fase de absorción va seguida de la fase de flotación (véase la característica de carga de 3-etapas+ en la página 208), en la que la tensión se reduce a 13,8 V para sistemas de 12 V y a 27,6 V para sistemas de 24 V. Estas cifras están calculadas para una temperatura de 25 °C.
Para baterías húmedas de plomo-ácido, la tensión de absorción es de 14,25 V para sistemas de 12 V y de 28,5 V para sistemas de 24 V. La tensión de flotación para este tipo de batería es de 13,25 V para sistemas de 12 V y de 26,5 V para sistemas de 24 V. Estas cifras están calculadas para una temperatura de 25 °C.
Las baterías de Iones de Litio se cargan a una tensión de absorción de 14,25 V para sistemas de 12 V y de 28,5 V para sistemas de 24 V. La tensión de flotación es de 13,5 V para sistemas de 12 V y de 27 V para sistemas de 24 V.
Corriente de carga
Como norma general, la corriente de carga mínima para las baterías de gel y AGM debe situarse entre el 15 y el 25 % de la capacidad de la batería. Durante la carga, normalmente se continúa alimentando los dispositivos conectados, y ese consumo de energía debe añadirse al 15-25 %. Eso significa que un banco de baterías de 400 Ah y una carga conectada de diez amperios requieren una capacidad del cargador de baterías de entre 70 y 90 amperios a fin de poder cargar la batería en un periodo de tiempo razonable.
La corriente de carga máxima es del 50 % para una batería de gel y del 30 % para una batería AGM. Las baterías de Iones de Litio Mastervolt pueden someterse a corrientes de carga mucho más altas. Sin embargo, para maximizar la vida útil de la batería, Mastervolt recomienda una corriente de carga máxima del 30 % de la capacidad. Para una batería de 180 Ah, por ejemplo, eso se traduce en una corriente de carga máxima de 60 amperios.
Un cargador de baterías con compensación de temperatura para una protección óptima
Para garantizar la máxima vida útil, las baterías de gel, AGM y de Iones de Litio deben contar con un moderno cargador de baterías Mastervolt con la característica de carga de 3-etapas+. Estos cargadores de baterías regulan constantemente la tensión y la corriente de carga.
En el caso de las baterías húmedas de gel y AGM, se recomienda recurrir a un sensor para medir la temperatura de la batería. Este permite ajustar la tensión de carga a la temperatura de la batería, ampliando así la vida útil de esta. Es lo que denominamos “compensación de temperatura”.
La curva de compensación de temperatura
Dado que algunos aparatos, como los frigoríficos, siempre están recibiendo alimentación de una batería, incluso cuando esta se está cargando, la función de compensación de temperatura de Mastervolt incluye un efecto de compensación máxima que tiene como objetivo proteger los dispositivos conectados. Dicha compensación asciende a un máximo de 14,55 V para un sistema de 12 V y de 29,1 V para un sistema de 24 V.
A temperaturas muy altas (> 50 °C) y bajas (<-20 °C), las baterías húmedas de gel y AGM ya no se pueden cargar. Más allá de esos límites, el cargador de baterías Mastervolt continuará suministrando alimentación a los aparatos conectados, pero no cargará las baterías. Con las baterías de Iones de Litio no es necesario ajustar la tensión a una temperatura superior o inferior.
Adjusting the voltage to a higher or lower temperature is not required for Lithium Ion batteries.
La siguiente fórmula sirve para calcular el tiempo de carga de una batería de Gel o AGM:
La siguiente fórmula sirve para calcular el tiempo de carga de una batería de Iones de Litio:
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
Cálculo del tiempo de carga
Para calcular el tiempo de carga de una batería debe tenerse en cuenta lo siguiente:
Lo primero a tener en cuenta es la eficiencia de la batería. En el caso de una batería húmeda estándar, esta es del 80 % aproximadamente. Eso significa que, si se descargan 100 Ah de la batería, es necesario cargar 120 Ah para poder obtener otros 100 Ah. Si se trata de baterías de gel y AGM, la eficiencia es superior (del 85 al 90 %), por lo que hay menos pérdidas y el tiempo de carga es menor en comparación con las baterías húmedas. En las baterías de Iones de Litio, la eficiencia alcanza el 97%.
Otra cosa que debe tenerse en cuenta al calcular el tiempo de carga es que el último 20 % del proceso de carga (del 80 al 100 %) tarda alrededor de cuatro horas en las baterías húmedas, de gel y AGM (esto no se aplica a las baterías de Iones de Litio). En la segunda fase, también denominada fase de absorción o de postcarga, el tipo de batería determina cuánta corriente se absorbe, independientemente de la capacidad del cargador de baterías. De nuevo, el fenómeno de la fase de postcarga no se aplica a las baterías de Iones de Litio, las cuales se cargan en mucho menos tiempo.
Los efectos perjudiciales de la tensión de rizado en las baterías
Una batería puede estropearse prematuramente debido a la tensión de rizado que producen los cargadores de baterías. Para evitarlo, dicha tensión de rizado deberá ser lo más baja posible.
La tensión de rizado tiene como resultado corriente de rizado. Como regla general, la corriente de rizado debe ser inferior al 5 % de la capacidad de la batería instalada. Si hay equipos de navegación o comunicación, como dispositivos GPS o VHF, conectados a la batería, la tensión de rizado no debe superar los 100 mV (0,1 V). Cualquier valor superior podría provocar un funcionamiento incorrecto de los equipos.
Los cargadores de baterías Mastervolt incluyen una excelente función de regulación de la tensión, de modo que la tensión de rizado que producen siempre es inferior a 100 mV.
Otra ventaja de la baja tensión de rizado es que evita que se produzcan daños en el sistema en el caso de que, por ejemplo, un terminal de la batería no esté bien apretado o esté oxidado. Gracias a su baja tensión de rizado, un cargador de baterías Mastervolt puede incluso suministrar alimentación al sistema sin estar conectado a una batería.
Detección del estado de carga de una batería
La explicación que figura al lado sobre el exponente de Peukert muestra que el estado de carga de una batería no puede determinarse simplemente en función, por ejemplo, de la medición de la tensión de la batería.
La manera más adecuada y precisa de comprobar el estado de la carga es utilizar un medidor de amperios/hora (monitor de baterías). Un ejemplo de dicho medidor es el monitor de baterías MasterShunt, BTM-III o BattMan de Mastervolt. Además de cargar y descargar corriente, este monitor también indica la tensión de la batería, el número de amperios-horas consumidos y el tiempo que queda hasta la siguiente recarga del banco de baterías.
Una de las cosas que hacen que el monitor de baterías Mastervolt destaque de los medidores de otros proveedores es la disponibilidad de datos históricos. Dichos datos históricos muestran, por ejemplo, los ciclos de carga/descarga de la batería, la descarga más profunda, la descarga media y la tensión más alta y más baja medida.
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) para una batería de 12 V. 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 Iones 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 = capacidad de la batería disponible con una determinada corriente de descarga
I = nivel de corriente de descarga
n = exponente Peukert = log T2 - logT1 : log I1 - log I2
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.Puede obtener los datos necesarios para calcular el exponente de Peukert a partir de las especificaciones de la batería.
Ventilación
En condiciones normales, las baterías de gel, AGM e Iones 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 = 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 = 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 Iones 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.