Básicos de la carga de baterías de plomo y cargadores
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Carga de baterías SLA
Tabla de contenidos
- Conceptos básicos
- Eficiencia coulométrica
- Tensión mínima
- Carga cíclica frente a carga en espera
- Compensación de temperatura
- Carga nocturna
- Transformadores no regulados-Transformador no regulado
- Carga en cuentagotas
- Carga a tensión constante
- Carga a corriente constante
- Carga rápida
- Opciones de carga rápida
- Cargadores de tres pasos
Básicos
Las baterías de plomo-ácido han recorrido un largo camino. Cuentan con un increíble número de horas de trabajo en investigación, ciencia y tecnología de fabricación. El alto voltaje, la robustez, la infraestructura y el bajo coste harán que sigan existiendo durante mucho tiempo.
Peso Hemos visitado al menos 10 fábricas en China. Una cosa interesante que aprendí es que se puede juzgar una batería de plomo-ácido sellada por su peso. Dijeron «Si quieres una batería más barata, no hay problema, simplemente usaremos placas más finas y menos plomo». Por supuesto, las placas más finas fallarán más rápido y darán menos vida útil. Esa es la contrapartida. Todas las fábricas de baterías de China tienen el mismo margen de beneficio básico, así que si la batería es significativamente más barata, ya sabes por qué. Puede juzgar la calidad de una batería de plomo-ácido sellada por su peso.
Eficiencia coulométrica. Se trata de la eficiencia de la carga de la batería basada únicamente en la cantidad de electrones que se introducen. Si se comparan los vatios de entrada con los de salida hay que tener en cuenta que la tensión de carga de la batería es mayor que la de descarga. La eficiencia de carga coulométrica de las baterías de plomo-ácido inundadas suele ser del 70%, lo que significa que hay que introducir 142 amperios-hora en la batería por cada 100 amperios-hora que se obtienen. Esto varía un poco dependiendo de la temperatura, la velocidad de carga y el tipo de batería.
Las baterías de plomo-ácido selladas tienen una mayor eficiencia de carga, dependiendo del voltaje de carga a granel puede ser superior al 95%.
Tensión mínima
Cualquier cosa por encima de 2,15 voltios por celda cargará una batería de plomo-ácido, este es el voltaje de la química básica. Esto también significa que nada por debajo de 2,15 voltios por celda hará ninguna carga (12,9V para una batería de 12V) Sin embargo, la mayoría de las veces se utiliza una tensión más alta que esta porque obliga a la reacción de carga a una tasa más alta. La carga a la tensión mínima tardará mucho tiempo. A medida que se aumenta el voltaje para conseguir una carga más rápida, el voltaje que hay que evitar es el voltaje de gasificación, que limita lo alto que puede llegar el voltaje antes de que se produzcan reacciones químicas no deseadas. La tensión de carga típica está entre 2,15 voltios por celda (12,9 voltios para una batería de 12V y 6 celdas) y 2,35 voltios por celda (14,1 voltios para una batería de 12V y 6 celdas). Estos voltajes son apropiados para aplicar a una batería completamente cargada sin sobrecargarla o dañarla. Si la batería no está totalmente cargada, puede utilizar tensiones mucho más altas sin que se produzcan daños, ya que la reacción de carga tiene prioridad sobre cualquier reacción química de sobrecarga hasta que la batería esté totalmente cargada. Esta es la razón por la que un cargador de baterías puede funcionar a 14,4 o 15 voltios durante la fase de carga masiva del ciclo de carga.
La batería básica de plomo-ácido es antigua y se han utilizado muchos métodos de carga diferentes. En los viejos tiempos, cuando el voltaje era difícil de regular con precisión, las baterías de plomo-ácido inundadas eran importantes porque el agua puede ser reemplazada. La química del plomo-ácido es bastante tolerante a la sobrecarga, lo que permite a las organizaciones de marketing llegar a cargadores extremadamente baratos, incluso las baterías de plomo-ácido selladas pueden reciclar los gases producidos para evitar daños en la batería siempre que el ritmo de carga sea lento. Ofrecemos una gama de cargadores, desde los más baratos hasta los más sofisticados, dependiendo de las necesidades del cliente, pero todos los cargadores que vendemos en el mercado son cargadores sofisticados altamente regulados que no pueden sobrecargar la batería.
Carga cíclica frente a carga en espera.Algunas baterías de plomo-ácido se utilizan en una condición de espera en la que rara vez se ciclan, pero se mantienen constantemente en carga. Estas baterías pueden ser muy duraderas si se cargan a una tensión de flotación de 2,25 a 2,3 voltios/célula (a 25 grados C) (13,5V a 13,8V para una batería de 12V). Este bajo voltaje es para evitar que la batería pierda agua durante la carga de flotación prolongada. Aquellas baterías que se utilizan en modo de ciclo de descarga profunda pueden cargarse hasta 2,45 voltios/célula (14,7V para una batería de 12V) para obtener la tasa de carga más alta, siempre y cuando el voltaje se reduzca a la tensión de flotación cuando la carga esté completa.
Tensión de carga de uso cíclico. Los voltajes más altos (por encima de la tensión de gaseado) sólo deben utilizarse en las baterías inundadas que pueden tener el aguareemplazado:
Temperatura de la batería Tensión de carga por celda Tensión de carga Tensión de carga para una batería de 12 voltios Tensión de gasificación por celda Tensión de gasificación para una batería de 12V -20 °C * 2.67 a 2,76 16,02 a 16.56 2,97 17,82 -10 °C * 2,61 a 2,70 15,66 a 16,2 15,9 0 ° C * 2.55 a 2,65 15,3 a 15,9 2,54 15,24 10 °C 2,49 a 2,59 14,94 a 15,54 2.47 14,82 20 °C 2,43 a 2,53 14,58 a 15,18 2,415 14,49 25 °C 2.40 a 2,50 14,40 a 15,00 2,39 14,34 30 °C 2,37 a 2,47 14,22 a 14,82 2,365 14.19 40 °C 2,31 a 2,41 13,86 a 14,46 2,33 13,98 50 °C 2,25 a 2.35 13,5 a 14,10 2,30 13,8 Tabla de voltaje para la carga en modo de espera:
Temperatura de la batería Tensión de carga por celda Tensión de carga para batería de 12V Tensión de gasificación -30 °C * 2.44 14,6 -20 °C * 2,34 a 2.38 14,04 a 14,28 2,97 -10 °C * 2,32 a 2,37 13,92 a 14,22 2,65 0 °C 2.30 a 2,35 13,8 a 14,1 2,54 10 °C 2,28 a 2,33 13,68 a 13,98 2.47 20 °C 2,26 a 2,31 13,56 a 13,86 2,415 25 °C 2,25 a 2,30 13.5 a 13,8 2,39 30 °C 2,24 a 2,29 13,44 a 13,74 2,365 40 °C 2,22 a 2.27 13,32 a 13,62 2,33 50 °C 2,20 a 2,25 13,2 a 13,5 2.30 * Tenga en cuenta que una batería totalmente descargada se congela a unos 0°C, una batería totalmente
cargada se congela a unos -72°C. Por eso, una batería descargada no se cargará cuando el clima sea bajo cero.Cargadores basados en transformadores no regulados
Estos son los cargadores más baratos que existen. Consisten en un transformador de pared y un diodo. El transformador está diseñado para suministrar de 13 a 14 voltios en un rango de corriente razonable. El mayor problema de este método es que cuando la corriente disminuye, la tensión sube a 15, 16, 17 e incluso 18 voltios. Con estos altos voltajes, se produce la electrólisis del agua de la batería. No deben dejarse para cargar una batería por goteo o por flotación, sino que deben desconectarse cuando la batería esté completamente cargada. Las baterías de plomo ácido selladas pueden reciclar los gases generados siempre que se sobrecarguen a menos de C/3. Sin embargo, si se deja la batería a la intemperie, puede que se produzcan problemas. Sin embargo, dejar la batería sobrecargada incluso a C/10 corroerá las placas si se deja durante semanas.
El transformador está diseñado para limitar la corriente mientras la batería está en modo de absorción. A medida que el voltaje de la batería aumenta, la corriente disminuye para completar la batería. Debido a que el transformador se utiliza para controlar la corriente y el voltaje, estos cargadores suelen ser pesados y se calientan.
Nota para nuestros clientes OEM: aunque apoyamos a nuestros clientes OEM con cargadores de transformador no regulados para ayudarles a mantener la competitividad de los costes, muchos de nuestros nuevos clientes vienen a PowerStream porque alguien les vendió un cargador no regulado sin explicarles las ventajas y desventajas, y las quejas de los usuarios les obligaron a buscar un cargador mejor. Preferimos ofrecer los cargadores regulados, precisos y económicos que utilizan la conversión de energía en modo conmutado.Cargadores cónicos
Otra forma económica de cargar una batería de plomo-ácido sellada es la llamada carga cónica. Se aplica a la batería un voltaje constante o una corriente constante a través de una combinación de transformador, diodo y resistencia. Los cargadores no regulados mencionados anteriormente son cargadores cónicos. Una alternativa mejor, y no muy cara, es un cargador cónico regulado. Estos no permiten que el voltaje suba más que el voltaje de carga de goteo, por lo que también pueden usarse para mantener una batería. No dañarán la batería si se deja en carga demasiado tiempo (incluso cuando se deja en la batería de forma permanente), y no cambian sus características de carga si el voltaje de la línea debe cambiar.
Los cargadores cónicos regulados son muy útiles cuando se necesita una batería de reserva de 12V o 24V. Un cargador cónico en paralelo con la batería, en paralelo con la carga hace una copia de seguridad de la batería eficaz. Debe asegurarse de que el cargador cónico está diseñado para proporcionar una corriente continua igual a la de la carga, más una parte para cargar la batería. También es importante que el límite de corriente del cargador cónico sea el método de corte de tensión, y no el método hiccough u otros métodos PWM. Un ejemplo de cargadores cónicos regulados de tipo de conmutación adecuados que se pueden utilizar en aplicaciones de respaldo de la batería está aquí
Hay dos maneras de hacer un cargador regulado. La primera es utilizar un transformador y un circuito de regulación de tensión lineal. Esto tiene las desventajas de peso y calor, pero sigue siendo barato. La segunda utiliza una moderna fuente de alimentación conmutada en un paquete de montaje en la pared o en el escritorio. Estos conmutadores de baja potencia y alta frecuencia son sorprendentemente baratos, eficientes y pequeños. Están asumiendo rápidamente la necesidad de carga nocturna en los equipos de consumo. Un ejemplo de cargador cónico de conmutación está aquí .
Cargadores de corriente constante
Un cargador más sofisticado y no mucho más caro utiliza un circuito eléctrico para controlar la corriente de carga. Este método es útil para recuperar baterías que han sufrido un almacenamiento prolongado sin cargar, pero es capaz de sobrecargar una batería si no hay alguna función de limitación de voltaje, normalmente del transformador. Por esta razón, estos cargadores están limitados a la carga lenta. Este cargador cambiará a un modo de corriente constante cuando sea necesario desulfatar, y a un cargador de precisión multietapa en otras ocasiones.
Cargadores de Voltaje Constante (Conicidad más límite de corriente)
Un circuito que está configurado para el máximo voltaje de carga permitido, pero tiene un límite de corriente para controlar la corriente de absorción inicial puede producir un cargador muy agradable. Este tipo de cargador puede tanto cargar a un ritmo razonable como mantener la batería a plena carga sin dañarla. Sin embargo, no todos los cargadores de tensión constante son iguales, ya que la tensión máxima depende de la temperatura. Un cargador con compensación de temperatura es un poco más caro, y debe utilizarse cuando la temperatura varía significativamente de la temperatura ambiente y la batería está en flotación permanentemente. Los grandes cargadores en Un ejemplo de cargador cónico de tipo conmutado es aquí son cargadores de tensión constante.
Cargadores de pulsos
Tengo una carpeta de 3 pulgadas llena de patentes de cargadores de pulsos, las primeras de alrededor de 1900, que utilizaban un motor para hacer girar los electrodos para hacer la pulsación necesaria. Las primeras patentes trataban de eliminar las burbujas de las placas de las pilas inundadas que se sobrecargaban debido a la falta total de control del voltaje de los cargadores de aquella época. Hemos diseñado y experimentado con cargadores de pulso, y no hemos encontrado ninguna ventaja sobre un cargador moderno de desulfuración. Algunas patentes muestran una estructura cristalina diferente formada cuando se carga por pulsos en comparación con la carga de CC, lo cual es interesante, pero no necesariamente relevante, en particular para las baterías modernas de vidrio absorbido.
Cargadores rápidos
Los cargadores rápidos son unidades de mayor potencia, diseñadas para cargar en menos de 4 horas. Estos cargadores requieren la terminación de la carga activa y a menudo tienen funciones avanzadas como la prueba de la batería, la recuperación de la batería defectuosa y el mantenimiento automático. Es seguro cargar rápidamente todas las baterías de plomo-ácido con los modernos algoritmos de carga rápida.
Curvas de carga típicas de los cargadores rápidos PowerStream.
Este cargador comienza a 8 amperios y mantiene una corriente casi constante hasta que está casi lleno.
Este es el algoritmo fundamental de los cargadores rápidos PowerStream para baterías de plomo-ácido. Las curvas mostradas son para un cargador de baterías de 24 voltios (12 celdas), pero la curva es similar a otros voltajes. El momento de la conmutación de fases depende del tamaño de la batería que se utilice. En el punto 1 se comprueba la batería. Si la batería es mala, se inicia el algoritmo de rejuvenecimiento. Si la batería es buena, el cargador pasa al modo de corriente constante hasta que el voltaje alcanza los 2,3 voltios/célula, lo que permite cargar la batería con la mayor corriente disponible en el cargador sin sobrecargarlo. A continuación, en el punto 2, se alcanza la máxima tensión de seguridad y el cargador pasa al modo de tensión constante hasta que la corriente desciende a aproximadamente el 10% del valor inicial, lo que indica una carga nominalmente completa. Cuando se detecta esto, en el punto #3 el cargador pasa al modo de carga flotante a unos 2,3 voltios/célula para completar el llenado y mantener la batería. A este voltaje la batería está a salvo de la sobrecarga, y también de la sulfatación, por lo que también se llama el modo de mantenimiento.
Ejemplos de cargadores rápidos se muestran en/scooter.htm
Los detalles exactos de la corriente y el tiempo dependen del tamaño del cargador y del tamaño de la batería.Cargadores de mantenimiento o «tiernos»
Cualquier cargador multietapa que tenga un modo «flotante» puede utilizarse para mantener las baterías durante la «temporada baja». Son especialmente útiles los pequeños y económicos cargadores conmutados que consumen muy poca energía en exceso , o los pequeños cargadores de baja potencia que pueden desulfatar automáticamente las baterías de plomo-ácido.
Cargadores de baterías de alta potencia
Las aplicaciones de baterías grandes, como las carretillas elevadoras, los flotadores y los carros de golf, han utilizado tradicionalmente lo que se denomina rectificadores para cargar sus baterías debido al precio relativamente bajo para grandes niveles de potencia. El «rectificador» consiste en un transformador y un conjunto de puentes de diodos y posiblemente alguna electrónica de control o lectura. Funcionan bien, pero la tensión puede no estar bien regulada, lo que se compensa utilizando baterías inundadas en las que se puede rellenar el agua. Estos cargadores no son apropiados para las baterías de plomo-ácido selladas porque su agua no puede ser reemplazada. Y la moderna tecnología de conmutación ha hecho posible fabricar cargadores de baterías de plomo-ácido baratos y bien regulados, como este cargador de 8000 vatios y 48V.
Cargadores de baterías de entrada de CC
Hay varias razones para cargar las baterías de plomo-ácido selladas desde fuentes de energía de CC. Los paneles solares requieren un tipo especial de cargador llamado controlador de carga solar. Estos son capaces de tomar la energía disponible de los paneles solares, acondicionarla y transferirla a la batería. Estos cargadores están especialmente diseñados para hacer frente a la incertidumbre de la potencia de entrada disponible.
En otros casos puede que tenga una fuente de 24 voltios y quiera cargar una batería de 12 voltios, cargar una silla de ruedas de 24 voltios desde una fuente de 12 voltios, u otras combinaciones de carga de baterías de entrada de CC. Se trata de convertidores CC/CC con limitación de la corriente de retorno y, a menudo, con carga en varias etapas.Ejemplos de cargadores de baterías de entrada de CC
Tensión de entrada .
Tensión de la batería Enlace Notas 12V 6V 
. 12V 12V Cargador multietapa 12V 12V Cargador cónico 12V 24V 12V 24V Cargador de 800Watt, 60 amperios 24V 12V 24V 12V 
Trabajo pesado, industrial 24V 24V 36V 
Entrada 32V, 36V, 38V
48V 12V Cargador de 60A para trabajos pesados
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