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SANDIA NATIONAL LABORATORIES ARTURO ROMERO PAREDES R. BATERIAS PARA.

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1 SANDIA NATIONAL LABORATORIES ARTURO ROMERO PAREDES R. BATERIAS PARA

2 B A T E R I A S 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.

3 CARGA ELECTRICA Zn Cu ANODOCATODO ELECTRONES. ANIONES CATIONES ESQUEMA PILA DE DANIELL EN CARGA. ZnCu

4 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:

5 ELECTRODO NEGATIVO: Pb 2 + SO 4 -2 Pb SO 4 Descarga Carga ELECTRODO POSITIVO PbO 2 + 4H + + 2e REACCION GLOBAL Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 Descarga Carga 2PbSO 4 + 2H 2 O REACCIONES QUIMICAS Pb Descarga Carga Pb 2 + 2e Descarga Carga Pb 2 + 2H 2 O Pb 2 + SO 4 -2 Pb SO 4 Descarga Carga

6 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

7 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

8 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.

9 Baterías Automotríz Las baterias tipo automotriz son de menor tiempo de vida. Las descargas profundas pueden dañar las baterias permanentemente.

10 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

11 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.

12 BATERIAS DE PLOMO ACIDO SOPORTAN ARREGLOS HASTA DE 48 vcd SON UTILES PARA APLICACIONES FV REQUIEREN DE MANTENIMIENTO. DESPRENDEN HIDROGENO

13 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

14 BATERIAS DE PLOMO ACIDO PRACTICAMENTE TIPO AUTOMOTRIZ PLACAS RELATIVAMENTE + GRUESAS QUE LAS AUTOMOTRICES. ECONOMICAS CAP. NOMINAL: 100 Ah. TIEMPO DE VIDA: < A 4 AÑOS

15 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

16 BATERIAS DE NiCd Tvida= 20 años Prácticamente libres de mantenimiento Top: -40°C a 40°C Soporta ciclados profundos Requiere poca ventilacion

17 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

18 Tres parametros de definicion. AplicaciónDuración de la descarga Tensión FinalTemperatura 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

19 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.

20 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.

21 Autodescarga en funcion a los materiales. AcumuladorAutodescarga (% de perdida de capacidad por año) Ag-Zn20-30 % Ni-Cd30-40 % Pb-Acido placa gruesa % Pb-acido estandar %

22 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.

23 ESTADO DE CARGA DE LAS BATERIAS ESTADO DE CARGA % DENSIDADTENSIÓN EN CIRCUITO ABIERTO V V V PARA UN ACUMULADOR DEL TIPO DE ARRANQUE

24 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.

25 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.

26 Capacidad y Tiempo de Descarga Tiempo de descarga% 20 horas. > 20 horas104% 20 horas100% 12 horas93% 8 Horas88% 6 horas84%

27 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.

28 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.

29 EFECTOS DE DESCARGA Las baterias tienen a sulfatarse cuando hay descargas profundas. Cuando las conexiones estan flojas. Cuando no se lubrican los bornes.

30 Cuidemos el ambiente las baterias muertas no se entierran... se mandan a reciclar !


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