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EUROBATG U Í A E U R O B AT
PARA BATERÍAS DE
T R A C C I Ó N D E
VÁLVULA REGULADA
(VRLA)
EUROBAT, la Asociación de Fabricantes Europeos deBaterías está constituida por 36 empresas asociadas miembros permanentes y representa a más del 85% de laindustria de baterías en Europa. Actúa como voz unánime y fuente de referencia promocionando los intereses de laindustria de baterías de arranque e industriales a los consumidores, instituciones de la UE y gobiernos nacionales.
© Está prohibida la reproducción de los datos contenidos en esteinforme, salvo autorización expresa por parte de EUROBAT.(EUROBAT 2003)
Prólogo
Esta guía EUROBAT pretende incrementar el conocimiento,comprensión y uso de las baterías de tracción de plomo ácido deválvula regulada (VRLA).
EUROBAT ha encargado esta publicación como documento dereferencia para su uso en instituciones docentes.
No obstante, este documento también puede servir como guía para elusuario de baterías de tracción en cuanto a la preparación del diseño y especificaciones de compra, y en el que encontrará referencias a la tecnología, pruebas y normas, así como aspectos relacionados con el funcionamiento.
En la página web www.eurobat.org puede encontrarse, además, otros vínculos.
Dr. Albrecht LeuschnerPresidente EUROBAT
Prólogo
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Las baterías de tracción de plomo ácido con válvula regulada (VRLA) que son
utilizadas en elementos o monoblocs, no necesitan relleno de agua durante su vida
útil de servicio. En contraposición a las baterías convencionales de electrolito
líquido, en funcionamiento normal desprenden muy pequeñas cantidades de gases
hidrógeno y oxígeno que expulsan a través de las válvulas anti-retorno, impidiendo
la entrada de aire. Además, se elimina cualquier riesgo de contaminación en el área
de trabajo por restos de electrolito líquido y no es necesaria ventilación
suplementaria para evitar la acumulación de gas hidrógeno en el área de carga. Las
técnicas de carga más eficientes utilizadas para las baterías de tracción de válvula
regulada hacen que los costes de electricidad sean generalmente menores que los
de las baterías convencionales de electrolito líquido con mantenimiento.
Las baterías de tracción VRLA requieren un proceso, componentes adicionales y
materiales más caros. Para un buen ciclo de vida, la carga optimizada requiere una
corriente de carga controlada electrónicamente mediante control algorítmico que
es más complejo que el de las baterías convencionales de electrolito líquido. Existen
diferentes tecnologías VRLA con diferentes técnicas de carga optimizada por lo que
puede darse el caso de no poder cargar baterías del mismo voltaje y similar
capacidad con el mismo cargador si son baterías de distintos fabricantes y utilizan
diferentes tecnologías. Los costes de fabricación de las baterías de tracción VRLA así
como de sus cargadores son mayores que los de los productos de electrolito líquido.
Para algunas aplicaciones, particularmente para trabajo duro con fuertes descargas,
o donde las bajas temperaturas prevalecen durante la recarga, el ciclo de vida de las
baterías VRLA podría reducirse. Para un buen ciclo de vida, se debe consultar la
aplicación correspondiente al fabricante de baterías y seguir sus recomendaciones.
La eficacia en la aceptación de carga de las placas positivas y negativas del
elemento de plomo ácido disminuye a medida que se alcanza el fin de carga. El
aumento de voltaje va acompañado por una descomposición de agua en las
diferentes reacciones electroquímicas produciendo oxígeno en las placas positivas
e hidrógeno en las negativas. Generalmente la disminución en la aceptación de
carga y la transición a la reacción de gaseo se produce antes y en mayor medida
en la placa positiva que en la negativa.
El ácido sulfúrico del electrolito es un reactante en la batería de plomo ácido. Se
consume durante la descarga y la densidad del electrolito disminuye. El ácido
sulfúrico que se produce durante la recarga es relativamente denso y, debido a la
influencia de la gravedad, se separa hacia el fondo del elemento. La agitación del
electrolito hace que la concentración del ácido sulfúrico en el fondo del elemento
no sea demasiado alta para permitir una carga eficaz y el mantenimiento en buen
estado del elemento, así como que haya suficiente ácido sulfúrico en la parte
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GeneralGeneral
TecnologíaTecnología
superior del elemento para soportar la descarga de la materia activa superior. El
término que se utiliza para describir el gradiente de densidad del electrolito que
no se altera por el proceso normal de recarga es “estratificación” del electrolito.
En las baterías de plomo ácido de electrolito líquido, la sobrecarga ha de ser
suficiente para completar la recarga de las placas positivas y negativas y para
agitar el electrolito con las burbujas de hidrógeno y oxígeno. El contenido de agua
del electrolito tiene que mantenerse mediante el relleno periódico de agua.
El inconveniente del relleno periódico de agua en las baterías de tracción de
plomo ácido de electrolito líquido se reduce de una manera sumamente efectiva
utilizando un sistema de relleno automático centralizado.
El consumo de agua y la frecuencia del relleno para las baterías de tracción de
plomo ácido de electrolito líquido se reduce, pero no se elimina, en los regímenes
de Bajo Mantenimiento que utilizan elementos de diseño electroquímico
aumentado. La estratificación del electrolito se controla por aplicación de parte de
la sobrecarga a un ratio optimizada para la agitación del gas del electrolito o bien
utilizando una bomba para la agitación del electrolito. Una vez agitado el
electrolito, la capacidad de la batería se puede mantener con una menor
sobrecarga por ciclo que se alcanza modificando el algoritmo de final de carga.
Los costes de electricidad, así como el consumo de agua se reducen.
En las baterías VRLA la distribución de la densidad
del electrolito que conduce a la estratificación del
electrolito se controla mediante la inmovilización
del electrolito en gel o en separadores de micro
fibra de vidrio absorbente (AGM). La agitación del
electrolito es innecesaria. Las baterías de tracción
VRLA en tipo de producto “Gel” y “AGM” tienen
características diferentes, particularmente por lo
que respecta a la técnica de carga.
Las baterías VRLA no están completamente saturadas
con electrolito para que el oxígeno producido en las
placas positivas, a medida que se aproxima el final de
la carga, pueda esparcirse y reaccionar en la placa
negativa, retrasando la recarga del electrodo más
eficiente. Así pues, con un régimen de carga adecuado, es posible equilibrar la recarga
de las placas positivas y negativas con una relativamente pequeña sobrecarga. En el
ciclo de oxígeno, el oxígeno de sobrecarga reacciona con la placa negativa y evita la
producción equivalente de hidrógeno. La evolución típica del gas y del consumo de
agua en las baterías VRLA equivale a menos de un 1% del equivalente de sobrecarga.
En ausencia de estratificación de electrolito, la sobrecarga necesaria por ciclo es
menor para las baterías de tracción VRLA y, gracias al ciclo de oxígeno, se elimina
sustancialmente el consumo de agua y el gaseo.
El proceso de baja impureza de los materiales y las aleaciones sin antimonio
contribuyen a una mayor duración de vida de las baterías de tracción VRLA sin
necesidad de realizar mantenimiento de relleno de agua.
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Baterías líquidas Baterías VRLA
Man
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o
Baterías de tracción de válvula regulada
Relleno automático +Agitación del electrolito +Sobrecarga controlada +Diseño electroquímico
BateríasAGM / Gel
Sistemas de relleno automático
Baterías líquidas convencionales
La norma IEC 60254-1 (1997), “Baterías de tracción de plomo ácido” es aplicable a
las baterías de tracción VRLA.
La capacidad de descarga está especificada a un ratio de cinco horas de descarga
a una temperatura medida o corregida de 30ºC en un elemento o en la batería. La
corriente de la prueba de descarga de 20 A por 100 Ah. de capacidad nominal se
mantiene hasta que la media del voltaje por elemento cae a 1.70 V.
El ciclo de vida se determina durante ciclos de 70% de descarga a 20 A /100Ah para
3.5 h y recarga de acuerdo a las recomendaciones del fabricante. Durante estos
ciclos la temperatura de los elementos debería estar entre 33 y 43ºC.
El test de resistencia del ciclo se completa cuando en un período medido de
descarga, la capacidad disponible cae por debajo del 80% de la nominal. En este
test, se ha de alcanzar un número de ciclos, como mínimo igual al indicado por el
fabricante.
Para las baterías de tracción convencionales de plomo ácido de electrolito líquido
los ciclos son con el 75% de descargas a 25A por 100 Ah hasta que la capacidad
medida cae por debajo del 80% de la nominal.
Mantenimiento
Las baterías de tracción VRLA no necesitan rellenar con agua el electrolito, evitando
así cualquier riesgo de salpicadura, derivación eléctrica o corrosión de la batería, del
cofre de la batería, del vehículo o de la zona de carga.
Proceso de carga
Los cargadores para baterías de Gel o AGM difieren de acuerdo a cómo se
implementa cada tecnología. El efecto de la recombinación de gases, que elimina
prácticamente el consumo de agua en forma de hidrógeno y oxígeno, influye en la
respuesta del voltaje a la carga. Esto afecta al algoritmo de carga, a la manera cómo
se restituye la carga a la batería y a los diferentes controles de seguridad que se
deban aplicar. Los cargadores controlados electrónicamente se utilizan con baterías
de tracción VRLA para que el perfil de carga especificado y los algoritmos de
finalización se sigan independientemente de las fluctuaciones de red. La carga tiene
que cumplir las recomendaciones y especificaciones del fabricante de baterías.
La temperatura produce un efecto en la carga: cuanto más alta la temperatura, más
baja es la respuesta del voltaje a la corriente. La compensación de carga basada en la
temperatura de la batería puede ayudar a superar este efecto. Para funcionamiento a
bajas temperaturas (almacenes frigoríficos) consulte al fabricante de baterías.
Aunque posiblemente contribuya a una más alta temperatura de funcionamiento de
la batería, la oportunidad de carga puede ser apropiada para algunas aplicaciones
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Tests y normasTests y normas
FuncionamientoFuncionamiento
pero para conseguir una óptima vida útil se requiere perfiles especiales para la
oportunidad de carga y para la recarga completa. Debe consultarse al fabricante de
baterías para una orientación específica.
Temperatura de funcionamiento
La capacidad establecida es para una temperatura de la batería de 30ºC. Como se
ilustra en la figura, la capacidad disponible está influenciada por la temperatura
y se reduce significativamente a bajas
temperaturas. La vida útil se reduce por
funcionamiento a altas temperaturas y la
eficiencia de carga se reduce a bajas
temperaturas. La temperatura de la
batería depende de la profundidad de la
descarga realizada y del tamaño de la
batería así como de la temperatura
ambiental. Para aplicaciones donde la
temperatura ambiente esté fuera de los
parámetros aceptables indicados, debe
consultarse al fabricante de baterías.
Vida útil y control de la profundidad de descarga
En la figura se ilustra la relación entre vida útil y profundidad de descarga. Más
crítico que para las baterías de plomo ácido de electrolito líquido en las que un
buen ciclo de vida se puede conseguir limitando la profundidad de descarga al 80%
de la nominal, la vida de las baterías VRLA
se beneficia, generalmente, limitando la
profundidad de descarga al 70%. La
instalación de un cierre hidráulico o de un
limitador de descarga puede ser necesario
para optimizar la vida de la batería. Para
asesoramiento en la instalación de este
tipo de mecanismos y para orientación en
general sobre cómo mejorar la vida útil
de la batería, el usuario debe consultar las
instrucciones de funcionamiento de
los fabricantes de baterías. También
puede consultarse el documento ZVEI
“Consideraciones sobre la vida de las
baterías de tracción”.
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Capacity available at different temperatures for VRLA batteries
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-20°C -10°C 0°C 10°C 20°C 30° 40°C 45°C
Temperature
% o
f C
5 ca
pac
ity
Ideal operating temperature
Acceptable operating temperature
Refer to manufacturer before using in these temperatures
Effect of depth of dischargeon battery cycle life
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service life
% d
epth
of
dis
char
ge
70%
50%
5
Vida útil
Temperatura
% p
rofu
nd
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de
des
carg
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de
cap
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ad C
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Efecto de la profundidad de descargaen el ciclo de vida de la batería
Capacidad disponible a diferentes
temperaturas para baterías VRLA
Temperatura ideal de funcionamiento
Temperatura aceptable de funcionamiento
Para el funcionamiento a estas temperaturas, consulte antes al fabricante
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