EUROBAT GUÍA EUROBAT PARA BATERÍAS DE TRACCIÓN DE VÁLVULA REGULADA (VRLA)

Transcripción

1 EUROBAT GUÍA EUROBAT PARA BATERÍAS DE TRACCIÓN DE VÁLVULA REGULADA (VRLA)

2 EUROBAT, la Asociación de Fabricantes Europeos de Baterías está constituida por 36 empresas asociadas miembros permanentes y representa a más del 85% de la industria de baterías en Europa. Actúa como voz unánime y fuente de referencia promocionando los intereses de la industria 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 este informe, salvo autorización expresa por parte de EUROBAT. (EUROBAT 2003)

3 Prólogo Prólogo Esta guía EUROBAT pretende incrementar el conocimiento, comprensión y uso de las baterías de tracción de plomo ácido de válvula regulada (VRLA). EUROBAT ha encargado esta publicación como documento de referencia para su uso en instituciones docentes. No obstante, este documento también puede servir como guía para el usuario 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 puede encontrarse, además, otros vínculos. Dr. Albrecht Leuschner Presidente EUROBAT 1

4 G U Í A E U R O B A T P A R A B A T E R Í A S D E T R A C C I Ó N D E V Á L V U L A R E G U L A D A ( V R L A ) General General 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. Tecnología Tecnología 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 2

5 G U Í A E U R O B A T P A R A B A T E R Í A S D E T R A C C I Ó N D E V Á L V U L A R E G U L A D A ( V R L A ) Mantenimiento reducido 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 Baterías de tracción de válvula regulada del electrolito que conduce a la estratificación del electrolito se controla mediante la inmovilización del electrolito en gel o en separadores de micro Baterías Relleno automático + AGM / Gel fibra de vidrio absorbente (AGM). La agitación del Agitación del electrolito + Sobrecarga controlada + electrolito es innecesaria. Las baterías de tracción Diseño electroquímico VRLA en tipo de producto Gel y AGM tienen características diferentes, particularmente por lo que respecta a la técnica de carga. Sistemas de relleno automático Las baterías VRLA no están completamente saturadas Baterías líquidas convencionales con electrolito para que el oxígeno producido en las placas positivas, a medida que se aproxima el final de Baterías líquidas Baterías VRLA 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. 3

6 G U Í A E U R O B A T P A R A B A T E R Í A S D E T R A C C I Ó N D E V Á L V U L A R E G U L A D A ( V R L A ) Tests Tests y normas y normas La norma IEC (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. Funcionamiento Funcionamiento 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 4

7 G U Í A E U R O B A T P A R A B A T E R Í A S D E T R A C C I Ó N D E V Á L V U L A R E G U L A D A ( V R L A ) 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 % profundidad depth discharge de descarga % of de C5 capadidad capacity C5 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 Capacidad Capacity disponible available at different a diferentes funcionamiento a altas temperaturas y la temperaturas temperatures para for VRLA baterías batteries VRLA eficiencia de carga se reduce a bajas Temperatura Ideal operating ideal temperature de funcionamiento temperaturas. La temperatura de la Temperatura Acceptable operating aceptable temperature de funcionamiento batería depende de la profundidad de la Para Refer el funcionamiento manufacturer a before estas temperaturas, using in these consulte temperatures antes al fabricante 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. 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% -20 C -10 C 0 C 10 C 20 C C 45 C Temperature Temperatura 80% 70% 60% 50% 40% 30% 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 Efecto Effect de la of profundidad depth discharge de descarga profundidad de descarga al 70%. La en el on ciclo battery de vida cycle de life la batería 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 100% 120% 140% 160% 180% 200% service Vida útil life Consideraciones sobre la vida de las baterías de tracción. 5

8 EUROBAT Asociación de Fabricantes Europeos de Baterías Avenue Marcel Thiry Brussels Belgium Tel.: Fax: eurobat@eyam.be