Fundamentos: Parámetros de carga para baterías de tracción
Publicado: 06 Feb 2019, 17:27
Es un tema de discusión eterna: Qué tensiones de carga son las apropiadas para batería PzS ("vasos de tracción") en un sistema FV?
Los unos dicen "las tensiones que recomienda el fabricante"; los otros "los mismos parámetros de carga que para baterías OPzS" y los terceros creen, que las baterías PzS son solo para uso industrial y no son recomendables para la FV. Con todo esto - cómo quedamos? Intentaremos resolver esta duda ...
Primero intentaremos distinguir y entender esas siglas que caracterizan los diferentes tipos de batería:
- "O": significa estacionario (Ortsfest en alemán), estas baterías no soportan golpes fuertes ni pueden tumbarse
- "Pz": significa placa tubular, del alemán Panzerplatte
- "S": significa electrólito líquido (flüSsig en alemán); batería de plomo-ácido abierto
- "V": significa electrolito sólido (Verfestigt, en alemán), en forma de gel o AGM
- "T": significa contenedor translúcido (Teiltransparent, en alemán)
- "C": significa contenedor opaco (no sé de donde viene la "C")
- Si la sigla no empieza con "T" ni con "C", el contenedor es transparente
- La sigla de algunas baterías empieza con "E". No es importante, simplemente indica que el fabricante es "Exide"
Con estas definiciones ya podemos identificar la mayoría de las siglas que encontraremos. Ejemplos:
OPzS: Batería estacionaría con placa tubular y electrólito líquido
PzS: Batería de tracción con placa tubular y electrólito líquido, sin especificar el tipo del contenedor
CPzS: Batería de traccion, con placa tubular, con electrólito líquido y contenedor opaco
TOPzS: Batería estacionaria con placa tubular, con electrólito líquido y contenedor translúcido
OPzV: Batería estacionaría de placa tubular con electrólito sólido en forma de gel (o AGM)
Nota: Todas las baterías que llevan "Pz" en sus siglas (placa tubular), son aptas para su uso en FV
Los dos tipos de batería, de tracción y estacionarias (PzS y OPzS), tienen en común las placas positivas tubulares, para reducir las pérdidas de material activo (las placas negatives son iguales para los dos tipos, de PbO2 esponjoso). Una placa tubular se compone de muchas barras finas de plomo, cada una dentro de su tubo de material permeable, que permite la reacción química con el electrólito exterior. Estos tubos están cerrados por abajo, para evitar la pérdida de materíal activo (plomo y sulfato de plomo) - ver figura. Gracias a las placas tubulares, estas baterías permiten ciclos más profundos que las baterías con placas planas, por ejemplo, las baterías de coche
La vida útil de una batería Pz buena es de hasta 1500 ciclos completos, tanto si es PzS como si es OPzS - pero con ciclaje más intenso en las PzS
. .
Empecemos con decir en qué se diferencian las baterías PzS (vasos de tracción) de las OPzS (vasos estacionarios)
Las baterías PzS están diseñadas para el uso industrial, por ejemplo en caretillas elevadoras. Esto significa una descarga profunda, a alta intensidad de descarga, 5 días a la semana, y una carga forzada durante la noche. Es decir, las PzS están pensadas para descargas en 5 horas (C5), mientras las OPzS para descargas en 20-50 horas (C20 a C50). Las baterías PzS tienen una vida más difícil que las OPzS! Por otra parte, en uso industrial no hay peligro de estratificacón, porque las baterías son sacudidas diariamente, gracias al movimiento del vehículo (p.e. caretilla elevadora)
Para soportar esa vida dura, los vasos de tracción tienen el electrólito más concentrado, con la densidad en torno a 1.29g/ml (OPzS 1.24g/ml). Para reducir la corrosión por el ácido sulfúrico más concentrado, las placas de las baterías PzS están hechas de una aleación con más antimonio que las OPzS. Las PzS también contienen menos volumen de electrólito que las OPzS, para no pesar tanto
Exteriormente se distinguen los vasos PzS de los OPzS, porque los OPzS tienen el contenedor transparente, para poder controlar fácilmente el nivel del electrólito, mientras los vasos PzS son opacos y para ver el nivel del electrólito hay que abrir el tapón (o disponer de un sistema de rellenado automático)
Como último, una diferencia importante es el precio, siendo las baterías PzS más baratas que las OPzS
Hemos visto que las baterías PzS son duras en tomar y encima más económicas que las OPzS, por lo que muchos las quisiéramos usar en nuestro sistema FV. Pero ahí vienen las dudas: Sería una buena opción?
Pues sí, es una opción buena! Pero hay que saber cuatro cosas, para que una batería PzS dé buen rendimiento en un sistema FV
Una de las leyendas urbanas acerca de baterías PzS es que "beben mucha agua", es decir, que hay que rellenar con agua muy frecuentemente. Esto no es cierto, configurando correctamente los parámetros de carga
Los fabricantes de baterías PzS recomiendan tensiones de carga muy altas, para la absorción Vabs=2.50V por vaso (30V para batería de 24V) y Vflot=2.35V por vaso, para la flotación (28.2V para batería de 24V). Las recomendaciones para baterías OPzS son más bajas, en torno a Vabs=2.42V por vaso y Vflot=2.25V por vaso
Pero estas tensiones de carga altas se recomiendan para el uso industrial, con un ciclaje diario profundo (hasta el DoD 80%) en poco tiempo (5-8 horas). Con estas circunstancias, una batería necesita unas absorciones forzadas, a tensión alta y durante tiempo prolongado (hasta 3 horas/día)
En un sistema FV aislado típico, la descarga diaria es <DoD 30% y la descarga es a C20 a C100; en sistemas semi-aisladas, la descarga diaria es aún menos profunda. Para este ciclaje moderado, los parámetros recomendados para el uso industrial no son apropiados
Para encontrar los parámetros de carga óptimos para su propio sistema FV, no sirven las recomendaciones pensadas para el uso industrial. Hay que evidenciarse, que el uso individual que cada usuario da a su batería, define los parámetros de carga óptimos. Lo que define los parámetros de carga, no es primordialmente el tipo de batería, sino el uso que se le da
Conclusión: Que cada cual encuentre los parámetros de carga, que mejor cuadren con el modelo de su batería y el ciclaje al que la somete. Como orientación pueden servir las recomendaciones que se dan para baterías OPzS, menos agresivas que las para batería PzS
Orientación: Vabs = 2.42-2.45V por vaso, 1 hora cada día; Vflot = 2.25-2.30V por vaso; Vecu = 2.58-2.60V por vaso, solo cuando sea necesaria
Si la descarga diaria es con solo el DoD 85%, los parámetros podrían ser Vabs=2.35V por vaso, y solo 30 minutos de absorción diaria. De vez en cuando habrá que hacer una ecualización, si no es para desulfatar, será para remover el electrólito, aplicando una tensión superior a la de gaseo (2.40V por vaso). Si se quieren evitar ecualizaciones periódicas, se puede elevar Vabs hasta 2.46V por vaso
Otro tema importante es la temperatura:
No solo los parámetros de carga mal configurados reducen la vida útil de una batería, los cambios de temperatura también lo hacen. Las baterías de plomo-ácido quisieran estar siempre a 25C. Especialmente malo son temperaturas >35C! Como ejemplo, una misma batería "vive" solo la mitad de ciclos, si está siempre a 35C, en vez de a 25C
Las temperaturas bajas reducen la capacidad de la batería (reversiblemente), pero no acortan su vida útil. Pero hay que evitar que se congele el electrólito, a temperaturas <0C
Y, como último, otro aspecto importante:
Los vasos PzS están pensados para el uso industrial (p.e. en carretilla elevadora), donde están sometidos a un ciclaje profundo y agresivo, quizá hasta el SoC=20% cada día. Si estos vasos se emplean en FV, el ciclaje es mucho menos pronunciado, quizá un 30% diario (hasta el SoC=70%). Algunos vasos PzS no aprecian este ciclaje suave y pierden capacidad, por lo que es recomendable descargarlas hasta el SoC 50% o 30%, cada 3 o 6 meses
Los unos dicen "las tensiones que recomienda el fabricante"; los otros "los mismos parámetros de carga que para baterías OPzS" y los terceros creen, que las baterías PzS son solo para uso industrial y no son recomendables para la FV. Con todo esto - cómo quedamos? Intentaremos resolver esta duda ...
Primero intentaremos distinguir y entender esas siglas que caracterizan los diferentes tipos de batería:
- "O": significa estacionario (Ortsfest en alemán), estas baterías no soportan golpes fuertes ni pueden tumbarse
- "Pz": significa placa tubular, del alemán Panzerplatte
- "S": significa electrólito líquido (flüSsig en alemán); batería de plomo-ácido abierto
- "V": significa electrolito sólido (Verfestigt, en alemán), en forma de gel o AGM
- "T": significa contenedor translúcido (Teiltransparent, en alemán)
- "C": significa contenedor opaco (no sé de donde viene la "C")
- Si la sigla no empieza con "T" ni con "C", el contenedor es transparente
- La sigla de algunas baterías empieza con "E". No es importante, simplemente indica que el fabricante es "Exide"
Con estas definiciones ya podemos identificar la mayoría de las siglas que encontraremos. Ejemplos:
OPzS: Batería estacionaría con placa tubular y electrólito líquido
PzS: Batería de tracción con placa tubular y electrólito líquido, sin especificar el tipo del contenedor
CPzS: Batería de traccion, con placa tubular, con electrólito líquido y contenedor opaco
TOPzS: Batería estacionaria con placa tubular, con electrólito líquido y contenedor translúcido
OPzV: Batería estacionaría de placa tubular con electrólito sólido en forma de gel (o AGM)
Nota: Todas las baterías que llevan "Pz" en sus siglas (placa tubular), son aptas para su uso en FV
Los dos tipos de batería, de tracción y estacionarias (PzS y OPzS), tienen en común las placas positivas tubulares, para reducir las pérdidas de material activo (las placas negatives son iguales para los dos tipos, de PbO2 esponjoso). Una placa tubular se compone de muchas barras finas de plomo, cada una dentro de su tubo de material permeable, que permite la reacción química con el electrólito exterior. Estos tubos están cerrados por abajo, para evitar la pérdida de materíal activo (plomo y sulfato de plomo) - ver figura. Gracias a las placas tubulares, estas baterías permiten ciclos más profundos que las baterías con placas planas, por ejemplo, las baterías de coche
La vida útil de una batería Pz buena es de hasta 1500 ciclos completos, tanto si es PzS como si es OPzS - pero con ciclaje más intenso en las PzS
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Empecemos con decir en qué se diferencian las baterías PzS (vasos de tracción) de las OPzS (vasos estacionarios)
Las baterías PzS están diseñadas para el uso industrial, por ejemplo en caretillas elevadoras. Esto significa una descarga profunda, a alta intensidad de descarga, 5 días a la semana, y una carga forzada durante la noche. Es decir, las PzS están pensadas para descargas en 5 horas (C5), mientras las OPzS para descargas en 20-50 horas (C20 a C50). Las baterías PzS tienen una vida más difícil que las OPzS! Por otra parte, en uso industrial no hay peligro de estratificacón, porque las baterías son sacudidas diariamente, gracias al movimiento del vehículo (p.e. caretilla elevadora)
Para soportar esa vida dura, los vasos de tracción tienen el electrólito más concentrado, con la densidad en torno a 1.29g/ml (OPzS 1.24g/ml). Para reducir la corrosión por el ácido sulfúrico más concentrado, las placas de las baterías PzS están hechas de una aleación con más antimonio que las OPzS. Las PzS también contienen menos volumen de electrólito que las OPzS, para no pesar tanto
Exteriormente se distinguen los vasos PzS de los OPzS, porque los OPzS tienen el contenedor transparente, para poder controlar fácilmente el nivel del electrólito, mientras los vasos PzS son opacos y para ver el nivel del electrólito hay que abrir el tapón (o disponer de un sistema de rellenado automático)
Como último, una diferencia importante es el precio, siendo las baterías PzS más baratas que las OPzS
Hemos visto que las baterías PzS son duras en tomar y encima más económicas que las OPzS, por lo que muchos las quisiéramos usar en nuestro sistema FV. Pero ahí vienen las dudas: Sería una buena opción?
Pues sí, es una opción buena! Pero hay que saber cuatro cosas, para que una batería PzS dé buen rendimiento en un sistema FV
Una de las leyendas urbanas acerca de baterías PzS es que "beben mucha agua", es decir, que hay que rellenar con agua muy frecuentemente. Esto no es cierto, configurando correctamente los parámetros de carga
Los fabricantes de baterías PzS recomiendan tensiones de carga muy altas, para la absorción Vabs=2.50V por vaso (30V para batería de 24V) y Vflot=2.35V por vaso, para la flotación (28.2V para batería de 24V). Las recomendaciones para baterías OPzS son más bajas, en torno a Vabs=2.42V por vaso y Vflot=2.25V por vaso
Pero estas tensiones de carga altas se recomiendan para el uso industrial, con un ciclaje diario profundo (hasta el DoD 80%) en poco tiempo (5-8 horas). Con estas circunstancias, una batería necesita unas absorciones forzadas, a tensión alta y durante tiempo prolongado (hasta 3 horas/día)
En un sistema FV aislado típico, la descarga diaria es <DoD 30% y la descarga es a C20 a C100; en sistemas semi-aisladas, la descarga diaria es aún menos profunda. Para este ciclaje moderado, los parámetros recomendados para el uso industrial no son apropiados
Para encontrar los parámetros de carga óptimos para su propio sistema FV, no sirven las recomendaciones pensadas para el uso industrial. Hay que evidenciarse, que el uso individual que cada usuario da a su batería, define los parámetros de carga óptimos. Lo que define los parámetros de carga, no es primordialmente el tipo de batería, sino el uso que se le da
Conclusión: Que cada cual encuentre los parámetros de carga, que mejor cuadren con el modelo de su batería y el ciclaje al que la somete. Como orientación pueden servir las recomendaciones que se dan para baterías OPzS, menos agresivas que las para batería PzS
Orientación: Vabs = 2.42-2.45V por vaso, 1 hora cada día; Vflot = 2.25-2.30V por vaso; Vecu = 2.58-2.60V por vaso, solo cuando sea necesaria
Si la descarga diaria es con solo el DoD 85%, los parámetros podrían ser Vabs=2.35V por vaso, y solo 30 minutos de absorción diaria. De vez en cuando habrá que hacer una ecualización, si no es para desulfatar, será para remover el electrólito, aplicando una tensión superior a la de gaseo (2.40V por vaso). Si se quieren evitar ecualizaciones periódicas, se puede elevar Vabs hasta 2.46V por vaso
Otro tema importante es la temperatura:
No solo los parámetros de carga mal configurados reducen la vida útil de una batería, los cambios de temperatura también lo hacen. Las baterías de plomo-ácido quisieran estar siempre a 25C. Especialmente malo son temperaturas >35C! Como ejemplo, una misma batería "vive" solo la mitad de ciclos, si está siempre a 35C, en vez de a 25C
Las temperaturas bajas reducen la capacidad de la batería (reversiblemente), pero no acortan su vida útil. Pero hay que evitar que se congele el electrólito, a temperaturas <0C
Y, como último, otro aspecto importante:
Los vasos PzS están pensados para el uso industrial (p.e. en carretilla elevadora), donde están sometidos a un ciclaje profundo y agresivo, quizá hasta el SoC=20% cada día. Si estos vasos se emplean en FV, el ciclaje es mucho menos pronunciado, quizá un 30% diario (hasta el SoC=70%). Algunos vasos PzS no aprecian este ciclaje suave y pierden capacidad, por lo que es recomendable descargarlas hasta el SoC 50% o 30%, cada 3 o 6 meses