Parámetros de un Acumulador

Tensión

  • Potencial de Electrodo:

    Es la tensión que se produce entre la interfase metal-electrolito por la reacción química entre el electrolito y el electrodo. Aparece entre los dos electrodos de una celda con el acumulador en vacío, sin circulación de corriente.

  • Tensión en Vacío:

    Depende del potencial de electrodo, de la densidad del electrolito y de la temperatura. Se mide en voltios.

  • Tensión de Flotación:

    Tensión superior a la de circuito abierto para conservar completamente cargado el acumulador cuando no está trabajando. Si un acumulador sufre una autodescarga, se compensa con una pequeña corriente si se supera la tensión de alimentación en unos 0,2V superior a la tensión en vacío del elemento acumulador. Los fabricantes indican un rango de tensiones de flotación entre los que puede actuar para cargar la batería.

  • Tensión de Carga:

    Lleva al acumulador al estado de plena carga en un tiempo no superior a 3 horas, evitando la estratificación.

  • Tensión Nominal:

    Valor asignado de funcionamiento.

  • Tensión Final de Corte:

    Llamada tensión final de descarga, es un valor de tensión que nos indica la finalización de la descarga.

Capacidad

Es la intensidad de corriente que es capaz de suministrar la batería en un determinado tiempo y se mide en Amperio-hora. En la práctica, llamamos capacidad a la cantidad de electricidad que puede obtenerse durante una descarga completa del acumulador plenamente cargado.

Régimen de Descarga Intensidad-Tiempo:

Afecta a la capacidad. A altas intensidades, la difusión adquiere una mayor importancia, produciéndose una fuerte caída de tensión que influye en la polarización de concentración con una mayor demanda de material activo que el que se produce desde el seno del electrolito hacia la superficie del electrodo. A mayor intensidad de descarga, menor es el valor de la capacidad del acumulador y viceversa.

Potencia y Energía

La potencia se da para tiempos de descarga muy cortos y en este caso se denomina potencia instantánea de celda. A la tensión en circuito abierto hay que restarle la caída de tensión debida a las polarizaciones de activación, concentración y resistencia. Esta caída de tensión la englobamos en el producto de la resistencia interna por la intensidad que suministra.

Vida y Ciclaje del Acumulador

La materia activa, los componentes constructivos, la temperatura ambiente y de operación, la frecuencia y la profundidad de las cargas y descargas (ciclaje), y los métodos de carga influyen considerablemente en la capacidad del acumulador y en la vida del mismo.

Temperatura

Tanto la temperatura ambiente como la de operación influyen en la autodescarga y en la capacidad. La autodescarga aumenta con la temperatura. A elevadas temperaturas, aumenta la capacidad y disminuye la vida de la batería. Sin embargo, a muy bajas temperaturas, disminuye la capacidad y existe la posibilidad de congelación.

Profundidad de Descarga (DOD)

Se define como el tanto por ciento de la capacidad que se ha sacado de la batería en un ciclo comparada con la capacidad a plena carga.

Estado de Carga (SOC)

Se define como el tanto por ciento de la capacidad disponible en la batería comparada con la capacidad nominal a plena carga. DOD y el SOC son complementarios, pues sumados tienen que dar siempre el 100% de la capacidad nominal.

Profundidad de Descarga Máxima (PDmax)

Se define como el tanto por ciento de la capacidad que se ha sacado de la batería al final del periodo de autonomía fijado en comparación con la capacidad nominal a plena carga.

Dimensionado de la Capacidad de la Batería en un Circuito de ISFTV

Como en todo dimensionado de circuito eléctrico, debemos partir de la previsión de cargas o inventario de los consumos eléctricos previstos.

Métodos de Carga

Existen métodos de carga a tensión constante (U), a intensidad constante (Ia), a tensión e intensidad constante (IU), a tensión creciente (Wa) y métodos combinados según el tipo de acumulador, de fabricante y de regulador.

Tensión Constante (U)

Se realiza a un valor fijo de tensión y la intensidad disminuye a medida que se carga siguiendo la trayectoria. Es peligroso utilizar un valor elevado de tensión sin control de la temperatura porque, a medida que aumenta esta, se produce una disminución de la resistencia interna y un aumento de la intensidad que, por efecto Joule, vuelve a aumentar la temperatura y así sucesivamente, llegando a producir una explosión de la batería.

Intensidad Constante (Ia)

Las curvas de tensión e intensidad siguen la trayectoria que se indica. Este método es útil cuando se conoce la capacidad que la batería ha suministrado, pues de esta forma se puede calcular la capacidad restituida. Debe existir siempre una desconexión automática por tiempo de carga.

Tensión e Intensidad Constante (IU)

Con este método, el acumulador se carga a intensidad constante hasta alcanzar la tensión el valor de gasificación. A partir de este punto, la tensión permanece constante y la intensidad disminuye según la curva que se indica.

Tensión Creciente (Wa)

Este método se basa en ir disminuyendo la intensidad a medida que aumenta la tensión. La carga se realiza con un valor alto de intensidad y, cuando se alcanza la tensión de gasificación prefijada, se reduce en un 50%. Se suele aplicar en baterías de tracción.

Acumulador o Batería Recargable

Elementos Constitutivos

Electrodos

Suelen ser placas compuestas por dos partes: la rejilla y el material activo. La rejilla es el conductor eléctrico de la corriente generada y hace de soporte mecánico del material activo. Para ejercer estas funciones de retención y conducción, debe poseer las siguientes características:

  • Elevada resistencia mecánica
  • Elevada conductividad eléctrica
  • Elevada sobretensión de desprendimiento de gases
  • Buena adherencia a la intercara rejilla-material activo
  • Buena resistencia frente a la corrosión anódica de la rejilla positiva
  • Colabilidad
  • Peso

Material Activo, Anódico y Catódico

Es la fuente de la energía de la que se debe obtener el máximo rendimiento y larga vida. Debe tener las siguientes propiedades:

  • Elevada tensión
  • Bajo peso
  • Adecuada porosidad y alta cohesión
  • Elevada eficacia a la reacción electroquímica
  • Fácil fabricación y bajo coste
  • Buena estabilidad frente al electrodo

Electrólito

Es un conductor de segunda clase, es decir, una solución acuosa de un ácido, una base o sales. Es lo que llamamos un conductor iónico que permite la transferencia de electrones en el circuito interior por medio del desplazamiento de los iones entre el ánodo y el cátodo.

Características tanto si es de Pb-ácido o Níquel-cadmio:
  • Alta conductividad iónica
  • Bajo efecto corrosivo en los electrodos
  • Buena estabilidad térmica
  • Bajo nivel de impurezas
  • Bajo coste

Separadores

Material poroso celulósico con fibras de vidrio, poliéster o polietileno que se coloca entre placas consecutivas de diferente polaridad, evitando el cortocircuito en el interior de la celda. A la vez que hace de aislante, debe permitir el paso de iones a través, de ahí su porosidad y propiedades siguientes:

  • Elevado poder aislante
  • Buena porosidad y permeabilidad iónica
  • Ausencia de impurezas y contaminantes
  • Buena resistencia mecánica
  • Alta resistencia a la corrosión

Elemento

Conjunto ensamblado formado por un grupo de placas positivas, otro grupo de placas negativas y los separadores. Todas las placas positivas y negativas se van alternando una con otra y ambas aisladas por el separador.

Celda

Conjunto formado por un elemento, electrólito, monobloque, tapa, tapones y conexiones.

Terminales

A través del pasamuros de la tapa, conectan los elementos con el circuito exterior. Se trata de que sean antifugas, reforzados con cobre o latón y con tornillería de acero resistente a la corrosión.

Batería Monobloque

Conjunto formado por un monobloque, la tapa, tapones y bornes. En su interior, contiene varios elementos conectados en serie y un electrolito común a todos ellos.

Características
  • Elevada resistividad eléctrica
  • Buena resistencia química
  • Aptitud para el moldeo
  • Buena resistencia a los choques eléctricos
  • Alta resistencia al impacto