Baterías
Antes de hablar de las baterías, abordaremos el tema de Celda. La celda es un elemento electroquímico básico, capaz de acumular energía medida en forma de capacidad. Son capaces de entregar un voltaje nominal, y cuando se conecta a una carga, circula una corriente continua.
Las más comunes son:
- Plomo-Ácido: 2,0 Volts por celda (Vpc) nominales.
- Niquel-Cadmio: 1,2 Volts por celda (Vpc) nominales.
La Batería es un conjunto de celdas conectadas típicamente en serie, que tiene la finalidad de entregar una tensión nominal y una corriente continua a una carga.
- Monoblock: batería de N celdas en una única jarra (recipiente). Cada celda está separada dentro de la jarra.
- Single-Cell: batería de N celdas en N jarras independientes.
A continuación, se enumeran algunos conceptos (básicos) para entender la operación de una celda:
- Placas: material que reacciona en el proceso electroquímico.
- Electrolito: medio para que se pueda dar la reacción química (paso de los electrones de una placa a la otra).
- Polos: extermo de los grupos de placas positivas y negativas donde se conecta el circuito eléctrico externo.
- Tensión Nominal: valor de voltaje adoptado para caracterizar a un tipo de elemento.
- Tensión de Vacío: voltaje en bornes de la celda sin carga.
- Tensión Final de Descarga: voltaje de una celda una vez que se extrae el 100% de la capacidad garantizada por el fabricante.
- Ciclo: se le llama a la acción de descargar y cargar las baterías (hasta llegar nuevamente al 100% de su capacidad).
Hay una gran variedad de baterías en el mercado (y siguen surgiendo nuevas variedades). La razón de esto, es porque las baterías se diseñan dependiendo del uso que se le va a dar. A continuación se enumeran los usos más importantes:
| Aplicación | Tipo de Batería |
| Energía Eléctrica | Estacionaria |
| Telecomunicaciones | Estacionaria |
| Tracción | Liviana-pesada |
| Energía Renovable (Solar, Eolica, otros) | Ciclado |
| Automotriz | Arranque |
| Iluminación de Emergencia | Comercial |
| Sistemas Ininterrumpidos de Potencia - UPS | Estacionaria |
- Las baterías estacionarias son diseñadas para operar en condiciones de flotación, sin ser sometidas a cambios bruscos de temperatura. Sufren descargas solo en condiciones de emergencia. Su vida útil se mide en años de operación en condiciones de flotación y a una temperatura de referencia constante.
- Las baterías de uso cíclico se diseñan para funcionar en un régimen de cargas-descargas (ciclos). Su vida útil se mide en ciclos. La cantidad de ciclos depende de la profundidad de cada descarga.
- Las de arranque deben dar energía solo al momento de dar partida (arranque) a un motor de combustión interna. Típicamente, se trata aquí de corrientes muy altas de corta duración (peaks de corriente). Su vida útil se mide en base a parámetros CCA (cold cranking amps o amperios de arranque en frio), CA (cranking amps) y no en años o ciclos.
- Las baterías de tracción son aquellas que le proveen de energía a un vehículo por un período de un turno de trabajo al día (típicamente 8 horas). Existen tanto las pesadas, en las cuales el vehículo debe cargar con el peso de la batería y su movimiento es lento, y las livianas (en donde es prima el peso de la batería frente a su capacidad).
- El último término, comercial, se refiere a las baterías para usos generales. Su vida útil se expresa en años y su duración es menor a los 4 años (típicamente).
Existe otra clasificación de las baterías, esta vez dependiendo de su construcción:
- Selladas: el electrolito está "sellado" dentro de la jarra. Debido a los efectos del proceso electroquímico, las baterías llevan una válvula de seguridad. Esta válvula se abre en caso de una sobrecarga de la batería, dejando escapar la presión acumulada (para no hacer estallar la batería).
- Ventiladas: la jarra es transparente para poder ver el nivel del electrolito. Es una batería que soporta mucho más las temperaturas y las altas descargas y re-cargas. Además, dado que se puede accesar al electrolito (para medirlo), se puede conocer con más exactitud su estado de carga.
Efecto de la temperatura en baterías: la capacidad de las baterías se reduce al disminuir la temperatura y, en forma inversa, aumenta al aumentar la temperatura. El voltaje de carga también cambia con la temperatura: debe aumentar a temperaturas inferiores y se reduce a temperaturas elevadas. Debido a esto, se deben utilizar cargadores de baterías y reguladores solares (controladores solares) que compensen la carga de las baterías con la temperatura.
En la siguiente gráfica podemos observar como se reduce la capacidad de la batería al disminuir la temperatura (a -25C, la capacidad se redujo en un 50%).
Sin embargo, al aumentar la temperatura (como aumenta también la capacidad de la batería), se disminuye su vida util.
Finalizando, tenemos que:
- Aumentando la Temperatura --> aumenta la capacidad --> disminuye su vida util
- Disminuyendo la Temperatura --> disminuye la capacidad --> aumenta la vida util
Efecto del Ciclado en las baterías: un ciclo es una carga y descarga completa de la batería. Usualmente se considera una descarga desde 100% hasta 20% y luego una carga hasta nuevamente 100%. Sin embargo, hay tasas de descarga, usualmente 10%, 20% y 50%.
El tiemo de vida util de la batería está ligada a la profundidad de este ciclo de descarga. Esto se demuestra en la siguiente gráfica.
Por ejemplo, para una profundidad de descarga (DOD del inglés depth of discharge) de un 50%, la batería tendría un tiempo de vida util de la mitad de si se descargara a un 25%.