07 septiembre 2010

¿Por qué fallan las baterías y qué podemos hacer para prolongar su duración? (5ª PARTE)


CARGA DE BATERÍAS CON ALTERNADOR O CARGADOR

El alternador

En muchas aplicaciones las baterías utilizan cargador o alternador para obtener la energía. En un barco o un automóvil, por ejemplo, se utiliza un alternador de automoción estándar. Los alternadores de automoción estándar tienen un regulador integrado con compensación de la temperatura. La temperatura se mide en el regulador en sí mismo. Esta configuración es conveniente para automóviles, donde la temperatura de la batería será aproximadamente la misma que la temperatura del regulador.

Otra de las características de las baterías de coche es que casi siempre estarán completamente cargadas. La batería sólo se descarga ligeramente durante el arranque. Después el alternador transmite suficiente energía, incluso con el motor a ralentí, como para suministrar a todos los consumos y recargar la batería. Debido a que la batería nunca se descarga profundamente, y generalmente hay bastante tiempo de carga disponible, la fase de absorción es superflua. El alternador carga con una corriente dependiente de las rpm del motor hasta que se alcanza el voltaje de flotación. Entonces el alternador transfiere a un voltaje constante.

El sistema de carga trabaja perfectamente dadas las siguientes condiciones:

• La batería es una batería de automoción de placa plana.
• La batería está casi siempre completamente cargada.
• La diferencia de temperatura entre el regulador en el alternador y la batería es limitada.
• La caída de tensión en el cable entre la batería y el alternador es despreciable (menos de 0.1 V incluyendo interruptores, aisladores, etc.).

Cuando no se cumple tan solo una de las condiciones anteriores surgen problemas con las baterías.

CUANDO EL ALTERNADOR TIENE QUE CARGAR MÁS DE UNA BATERÍA

En muchas ocasiones el alternador tendrá que cargar más de una batería, que pueden ser por ejemplo dos arrancadores para dos motores. Otras veces puede haber otras cargas como refrigeradores o iluminación que también serán alimentadas por las baterías. Las baterías pueden estar separadas entre sí por relés, aisladores de diodo u otros dispositivos.

Pero cuando usamos un alternador-regulador de automoción estándar para cargar varias baterías simultáneamente, surgen los siguientes problemas:

• Los cables en otras aplicaciones (por ejemplo marinas) suelen ser más largos y aumenta la caída de tensión entre alternador y batería (por ejemplo: la caída de tensión en un cable de 5 m de largo y sección de 10 mm2 será de 0.5 V en una corriente de 50 A.
• Los aisladores de baterías de diodo causan caída de voltaje adicional: 0.4 a 0.8 V para diodos de silicio y 0.1 a 0.4 V para transistores FET usados como diodos.
• El alternador en los compartimentos de motor registran temperatura ambiente de 40 ºC o incluso más elevadas mientras que las baterías suelen estar a 20 ºC o así. Esto origina una caída de voltaje adicional de aproximadamente 0.6 o incluso 1.2 V para los sistemas de 12 V o 24 V respectivamente.
• Las baterías para uso residencial usualmente sufren descarga profunda y necesitan cargarse con un gran voltaje de absorción. Este es particularmente el caso cuando el alternador en un motor principal es la única fuente de potencia y funciona brevemente cada día para cargar las baterías.
• En contraste, la batería de arranque está diseñada para estar prácticamente cargadas y no necesitan carga de absorción.

SOLUCIONES

Existen muchas soluciones ante los problemas que pueden surgir en el proceso de carga de baterías con alternador. Veamos algunos de los más relevantes:

• Utilizar combinador de baterías controlado por microprocesador de bajo coste. Se permite que el alternador cargue una batería de arranque, y se conecta la batería de servicio a la batería de arranque con un combinador de baterías. Cuando una de las dos baterías se está cargando (la batería de arranque por el alternador o la batería de servicio por un cargador de baterías), el combinador sentirá el incremento de voltaje y conectará ambas baterías en paralelo. Tan pronto como el voltaje decrezca el combinador desconectará las baterías entre sí. La ventaja de este sistema e la simplicidad y su bajo coste. El alternador no tiene que modificarse o reemplazarse. La desventaja es un tiempo de recarga algo superior por lo que la batería para uso residencial debe sobredimensionarse entre un 20 y un 50 %.
• Incremento del voltaje del alternador: La mayoría de los alternadores con reguladores integrados pueden modificarse para repartir voltajes más altos. Añadiendo un diodo en serie con la entrada sensora de voltaje del regulador se incrementa el voltaje de salida aproximadamente un 0.6 V.
• Regulador multi-etapas con compensación del voltaje: Cuando se elige un regulador multi-etapa (carga a granel-absorción-flotación) obtendremos un buen sistema de carga utilizando sensor de voltaje y compensación de temperatura.

CARGADORES DE BATERÍAS

Hemos visto en apartados anteriores que las baterías fallan si no se cargan apropiadamente. También hemos visto la carga de baterías con alternador.

Con cargadores de baterías es menos complicado, porque la mayoría de los cargadores con salida alta tienen sensor de temperatura y voltaje.

Los cargadores más modernos incorporan microprocesador y gestión del sistema de baterías adaptativo. Cuando se cargan las baterías los cargadores adaptativos ajustan el tiempo de absorción al estado de carga de la batería lo cual previene sobrecarga. Si la batería está profundamente descargada el tiempo de absorción se incrementa automáticamente para estar seguro que la batería está completamente cargada.

CARGA DE MÁS DE UN BANCO DE BATERÍAS

Aparte de lo ya discutido hasta el momento una de las mejores soluciones al problema de la recarga de varios bancos de baterías es el uso de cargadores de batería con salida múltiple.

Cargadores de batería con salida múltiple

En su configuración más simple y común un cargador de baterías con múltiples salidas tiene 2 o 3 salidas, cada una de las cuales puede suministrar corriente eléctrica y están aisladas entre sí por diodos. El voltaje de carga se regula en el lado primario de los diodos y se incrementa ligeramente para compensar la caída de voltaje promedio sobre los diodos. Incluyendo el cable a los terminales de baterías la caída de voltaje con corriente de salida nominal puede exceder de 1.5 voltios. En salidas próximas a ausencia de carga la caída de voltaje se reducirá a menos de 0.5 voltios.

Compensación de temperatura: En este supuesto la compensación de temperatura no será exacta porque diferentes bancos tendrán diferentes temperaturas. La compensación de temperatura es especialmente importante en el caso de baterías VRLA.

Sensor de voltaje: La compensación de la caída de voltaje midiendo el voltaje de carga directamente en los terminales de una de las baterías resultará en una carga perfecta del banco, y posiblemente sobrecargando otros.

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