11 febrero 2012

Control de precisión de las baterías en instalaciones fotovoltaicas



La tecnología de las baterías no es fácil de entender, y a menudo está sobresimplificada, pero algún conocimiento básico es esencial si deseamos disfrutar de la máxima vida de unas baterías costosas. El tiempo de vida de las baterías depende de muchos factores. La vida de la batería se reduce si está con poca carga, si se sobrecarga, con descargas excesivamente profundas, descargas demasiado rápidas y una temperatura ambiente alta. Para supervisar el estado de carga de las baterías están disponibles sistemas avanzados de control.


En la capacidad de descarga depende tanto la corriente de descarga como la batería y no podemos simplemente colocar un medidor de amperios-hora. Cuando la misma batería de 100 Ah se descarga completamente en dos horas, dará solamente 56 Ah (debido a la alta tasa de descarga).

Podemos ver que la capacidad de la batería queda en casi la mitad. Este fenómeno se llama eficiencia de Peukert. También, cuando la temperatura es baja, su capacidad decrece aún más. Es por eso que un simple contador de amperios hora o voltímetro darán indicaciones de carga que no son exactas.

La función esencial de un controlador de baterías es calcular los amperios-hora consumidos y el estado de carga de una batería. Los amperios-hora consumidos se calculan integrando la corriente que entra y sale de la batería. En caso de corriente constante, esta integración es equivalente a la corriente multiplicada por el tiempo. Una corriente de descarga de 10 A durante 2 horas, por ejemplo, supone un consumo de 20 Ah.

Los controladores de batería de precisión se basan en la tecnología del procesador, y miden las siguientes variables:


  • Voltaje de baterías (V).
  • Corriente de carga/descarga de la batería (A).
  • Amperios-hora consumidos (Ah).
  • Estado de carga (%).
  • Tiempo para llegar a la tasa de corriente de descarga.
Un controlador de precisión para baterías es un dispositivo que controla el estado de una batería. Mide constantemente la tensión de la batería y su corriente, y utiliza esta información para calcular en todo momento la carga de la misma.

El controlador puede usarse también para estimar el tiempo que una batería puede soportar la carga presente. Es el tiempo que queda para que la batería necesite ser cargada nuevamente.

Los controladores de precisión para baterías están también equipados con un contacto sin tensión. Éste puede utilizarse para arrancar o detener un generador de manera automática, o para señalar una situación de alarma.

Además de las funciones principales, mostrar el estatus de la batería ofrece muchas otras características. Pueden usarse para leer el voltaje y corriente actual de la batería, para almacenar datos históricos, conectarse a un PC y usar el voltaje de arranque de las baterías.

Factor de eficiencia de carga

No toda la energía transferida a la batería durante la carga está disponible durante la carga de la batería. La eficiencia de carga de una batería nueva es aproximadamente el 90 %, lo cual significa que si transferimos 10 Ah a la batería para conseguir 9 Ah actualmente almacenados en la batería. Esta cifra de eficiencia se llama Factor de Eficiencia de Carga (CEF) y decrecerá con la edad de la batería.

Exponente de Peukert

La eficiencia de Peukert describe cómo, cuando se descarga una batería a una velocidad más rápida de 20 hr, decrece su capacidad en Ah. La cantidad de reducción de la capacidad de la batería se llama “exponente de Peukert” y puede ajustarse de 1,00 a 1,50. Cuanto mayor es el exponente de Peukert más rápidamente decrece el tamaño de la batería incrementando la tasa de descarga. Una batería ideal tiene un Exponente de Peukert de 1,00 y no tiene en cuenta el tamaño de la corriente de descarga.

El ajuste de defecto para el exponente de Peukert es 1,25, y es un valor promedio aceptable para la mayoría de los tipos de batería de plomo ácido. Sin embargo para la supervisión precisa de una batería es esencial. Si el exponente de Peukert no es proporcionado con la batería, podemos calcularlo usando otras especificaciones que vienen en la batería.

La ecuación de Peukert se calcula con la siguiente expresión:



Las especificaciones de las baterías necesitadas para el cálculo del exponente de Peukert, son la capacidad de la batería (usualmente la descarga en 20 horas) y por ejemplo una velocidad de descarga en 5 horas. Ver el ejemplo de cálculo de abajo para definir el exponente de Peukert usando estas dos especificaciones:

Clasificación en 5 horas

C5 = 75 Ah
t1 = 5 hr
I1 = 75Ah/5hr = 15 A

Clasificación en 20 horas:

C20 = 100 Ah (capacidad nominal).
T2 = 20 hr
I2 = 100 Ah/20hr = 5A



En el siguiente enlace podremos encontrar un calculador del exponente de Peukert.


Parámetros cargados

Basándonos en el incremento del voltaje de carga y la disminución de la corriente de carga, puede tomarse una decisión si la batería está completamente cargada o no. Cuando el voltaje de la batería está por encima de un cierto nivel durante un periodo predefinido mientras la corriente de carga está bajo un cierto nivel para el mismo periodo, la batería puede considerarse completamente cargada. Estos voltajes y niveles de corriente, así como el periodo predefinido llamado “parámetros cargados”. En general para una batería de plomo ácido de 12 voltios, el parámetro de voltaje cargado es 13,2 y el parámetro de corriente cargada es el 2 % de la capacidad de la batería total (ej. 4 A con una batería de 200 Ah). Un tiempo de parámetro cargado de 4 minutos es suficiente para la mayoría de los sistemas de baterías.

Bibliografía: Precision Battery Mnitor BMV-600. User Manual Installation Manual, Victron Energy

Palabras clave: Charge Efficicency Factor (CEF)
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