SANDIA NATIONAL LABORATORIES ARTURO ROMERO PAREDES R. BATERIAS PARA.
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SANDIA NATIONALSANDIA NATIONAL LABORATORIESLABORATORIES
ARTURO ROMERO PAREDES R.
BATERIAS PARABATERIAS PARA
B A T E R I A SB A T E R I A SEsto es historia.Esto es historia.
• Los arqueologos han encontrado baterias primitivas que datan del 2000 a.C.
• Los origenes cientificos se ubican en el siglo XVIII.
• En 1780 Galvani descubre el fenomeno electroquimico.
• En 1793, Volta establece la fuerza electromotriz de los metales.
• En 1834, Faraday desarrolla los principios electroquimicos.
CARGA ELECTRICA
ZnCu
ANODO CATODO
ELECTRONES.
ANIONES
CATIONES
ESQUEMA PILA DE DANIELL EN CARGA.
Zn Cu
REACCIONES ELECTROQUIMICAS • Las baterias de Plomo-Acido, usa dioxido de plomo como
material activo (+) y plomo esponjoso (-).
• Los materiales activos estan soportados en rejillas de una aleacion de base Plomo, formado las placas.
• El electrolito es acido sulfurico (37%) que actua de conductor ionico.
• Tiene la particularidad de intervenir en las reacciones de carga-descarga por lo que es un material activo.
• Mecanismo de Carga-Descarga –teoria de la “doble sulfatación” se rige por las reacciones:
ELECTRODO NEGATIVO:
Pb2 + SO4-2 Pb SO4
Descarga
Carga
ELECTRODO POSITIVO
PbO2 + 4H+ + 2e
REACCION GLOBAL
Pb + PbO2 + 2H2SO4
Descarga
Carga2PbSO4 + 2H2O
REACCIONES QUIMICAS
PbDescarga
Carga Pb2+ 2e
Descarga
Carga Pb2+ 2H2O
Pb2 + SO4-2 Pb SO4
Descarga
Carga
• Se puede observar en la descarga, ambos electrodos transforman el material activo a solfato de plomo, consumiendo electrolito y formando agua en el electrodo (+).
• Por lo que durante la descarga el elctrolito pierde concentracion.
• Lo contrario ocurre durante la carga.
REACCIONES ELECTROQUIMICAS
Clasificación de las baterías.
• Existen varios criterios para la clasificación.• Por la posibilidad de carga (Primarias, secundarias). • Por el tipo de electrodo (Pb-acido, Ni-Cd..)• Por la forma de uso (Portatiles, Estacionarias)• Por el tipo de electrolito (Acuoso, no acuoso,
alcalinas)• Por su tamaño (mWh hasta MWh)• Por su aplicación (Arranque, traccion..)• Por su estado de desarrollo
Baterias Descarga Profunda
• Las baterias de descarga profunda tienen placas mas gruesas.
• Su capacidad de recuperacion de carga es mas grande.
• Su tiempo de vida es mas largo.
Baterías Automotríz
• Las baterias tipo automotriz son de menor tiempo de vida.
• Las descargas profundas pueden dañar las baterias permanentemente.
Baterias de Plomo Acido
• Las baterias Delco 2000 se les denomina hibridas.
• No son precisamente selladas
• Si son libres de mantenimiento
• Tvida= 3-5 años
BATERIAS PLOMO ACIDO
• BATERIA DE CICLO PROFUNDO.
• ABIERTA • 6 VOLS NOMINALES• REQUIERE DE
MANTENIMIENTO • ALTA CAPACIDAD DE
DESCARGA • Top: < 30°C• TIEMPO DE VIDA: 5 A
10 AÑOS.
BATERIAS DE PLOMO ACIDO
• SOPORTAN ARREGLOS HASTA DE 48 vcd
• SON UTILES PARA APLICACIONES FV
• REQUIEREN DE MANTENIMIENTO.
• DESPRENDEN HIDROGENO
BATERIAS DE PLOMO ACIDO
• BATERIAS DE CICLO PROFUNDO
• ABIERTA
• 12 VCD NOMINALES
• REQUIERE DE MANTENIMIENTO
• ALTA CAPACIDAD > 600 Ah.
• TIEMPO DE VIDA: 7 A 10 AÑOS
BATERIAS DE PLOMO ACIDO
• PRACTICAMENTE TIPO AUTOMOTRIZ
• PLACAS RELATIVAMENTE + GRUESAS QUE LAS AUTOMOTRICES.
• ECONOMICAS• CAP. NOMINAL: 100
Ah. • TIEMPO DE VIDA: < A
4 AÑOS
BATERIAS PLOMO ACIDO
• BATERIAS DE CICLO PROFUNDO
• ABIERTA
• 6 VCD NOMINALES
• REQUIERE DE MANTENIMIENTO
• ALTA CAPACIDAD > 400 Ah.
• TIEMPO DE VIDA: 7 A 10 AÑOS
BATERIAS DE NiCd
• Tvida= 20 años • Prácticamente libres
de mantenimiento • Top: -40°C a 40°C• Soporta ciclados
profundos• Requiere poca
ventilacion
BANCOS DE BATERIAS
Este sistema cuenta con un banco de baterias GNB plomo acido.
Electrolito inmobilizado
Descarga profunda.
Temperatura de operación: -40°C a 38°C.
Voltaje tipico: 6 VPC
Tres parametros de definicion.Aplicación Duración de
la descargaTensión Final Temperatura
Acumulador de Arranque
20 horas
1.75 vpc
25°C
Acumulador de Tracción
5 horas
1.7 vpc
30°C
Acumulador Estacionario
10 horas
1.82 vpc
20°C
Efectos por temperatura
• A bajas temperaturas se dificulta la difusion de materiales electroactivos disminuyendo la aceptacion de carga.
• A altas temperaturas, las baterias son mas eficientes pero su tiempo de vida se acorta.
• Alta Temperatura - Este factor es el que mas influye en la autodescarga.
• Los controladores con compensacion de temperatura, aumentan la tension de regulacion en caso de bajas temperaturas.
Temperatura y autodescarga
• Aunque una bateria no se use, esta se autodescarga por 3 factores: materiales, impuresas y temperatura.
• A 20°C, se puede autodescargar una bateria al 50% en 7 meses.
• A 35°C se autodescarga al 50% en 3 meses.• Es recomendable almacenar las baterias en lugares
frios. • Siempre guarde las baterias cargadas.
Autodescarga en funcion a los materiales.
Acumulador Autodescarga (% de perdida de capacidad por
año)Ag-Zn 20-30 %
Ni-Cd 30-40 %
Pb-Acido placa gruesa
40-60 %
Pb-acido estandar 100-160%
Estado de Carga
• La bateria acepta mejor la carga cuanto mas descargada se encuentre.
• En la fase final de Carga se produce una fuerte polarizacion debido al agotamiento del material que queda por cargar.
• Cuando se llega a la zona proxima al final de carga se produce una subida de tension.
ESTADO DE CARGA DE LAS BATERIAS
ESTADO DE CARGA %
DENSIDAD TENSIÓN EN CIRCUITO ABIERTO
100 1.280 12.75 V
50 1.220 12.42 V
0 1.100 11.76 V
PARA UN ACUMULADOR DEL TIPO DE ARRANQUE
Profundidad de Descarga
• Es el % de capacidad que se descarga en cada ciclo. (cada dia)
• Los ciclos de carga y descarga producen tensiones mecanicas de los materiales activos.
• A menor profundidad de descarga por ciclo el tiempo de vida se incrementa.
• Las baterias de Ni-Cd son superiores a las de Plomo –acido.
DIAS DE AUTONOMIA
• A mayor numero de dias de autonomia el % de descarga es menor.
• A menor profundidad de descarga por ciclo el tiempo de vida es mayor (Ciclos de operación)
• A menor profundidad de descarga la temperatura de reaccion es menor.
Capacidad y Tiempo de DescargaTiempo de descarga
% Capacidad @ 20 horas.
> 20 horas 104%
20 horas 100%
12 horas 93%
8 Horas 88%
6 horas 84%
SELECCIÓN DE BATERIAS
• Las baterias para aplicaciones fotvoltaicas son mejores cuando:
a. Son selladas y libres de mantenimiento.
b. De descarga profunda.(NO automotrices)
c. Al menos 2 Ah/Wfv.
d. Calculadas para 3-5 dias de autonomia.
e. Solo sean usadas para el SFV.
Precauciones de uso• Las baterias contienen material corrosivo. • Use guantes, lentes de seguridad. • Si son abiertas, revise el electrolito al menos una
vez por mes. • Revise que las conexiones sean firmes. • Aplique grasa en las terminales. • Use herramienta apropiada . • Mantenga el lugar bien ventilado.
EFECTOS DE DESCARGA
• Las baterias tienen a sulfatarse cuando hay descargas profundas.
• Cuando las conexiones estan flojas.
• Cuando no se lubrican los bornes.
Cuidemos el ambiente Cuidemos el ambiente las baterias muertas no se las baterias muertas no se entierran... se mandan a entierran... se mandan a
reciclar !reciclar !