Sistemas de carga para baterias de tracción

I

r o nf

a c i n c é t n ó i c a m

Exigencias a un cargador de baterías de tracción

Funciones que un cargador de baterías de tracción debe cumplir : · Cargar las baterías dentro de un lapso de tiempo determinado de acuerdo al uso de las baterías en 1, 2 ó 3 turnos de trabajo. · Ejecución de una eficaz carga de compensación los fines de semana

La batería debe ser cargada de una mandera cuidadosa: · Aumento de temperatura de la batería bajo (compatibilidad de dimensión, factor de carga, regulación de la corriente alterna a través del transformador) · Sin extrema sobrecarga · Control suficiente y exacto del factor de carga (sin carga negativa, períodos de carga mínimos) · Carga de compensación suficiente y automática los fines de semana (no únicamente con pulsos de mantenimiento sino calculando las Ah)

Cómo debe estar construído y diseñado un cargador: · Pocos tipos de cargadores para las baterías existentes en el mercado (adaptación según capacidad de la batería y períodos de carga requeridos). · Un cuadro claro sobre las familias de cargadores disponibles en el mercado · Seguridad de operación en la práctica (por ejemplo sin colocación de tubos de aire y bomba de aire) · Carga mediante características de carga conocidas · Con un precio lo más económico posible · Ahorro de energía y agua (de la batería) · Robusto, de larga duración (de ser posible sin ventilador, por ejemplo) · Simple reparación en el sitio

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Los cargadores de baterías de tracción GFS Para cumplir con estos requerimientos GFS ofrece dos tipos de cargadores:

Wa, y cargadores de pulso (WpWa) · Cargadores Wa, - para períodos de carga de 7,5 a 14 horas para operación de 1 y 2 turnos de trabajo. · CARGADORES DE PULSO a partir de 6,5 horas de carga para operación de 1, 2 y 3 turnos de trabajo.

Cargadores de pulso GFS GfS Pulsladegeräte ·

100% carga de las baterías sin bomba para ácidos, tubos de aire y enchufes especiales para la batería Ahorro de energía Apropiado para la aplicación con operación de varios turnos Cortos períodos de carga Factor de carga 1.07 Mínimo consumo de agua Mayor tiempo de vida de las baterías Mínimo aumento de temperatura debido al pequeño factor de carga Posibilidad de lectura de los últimos 128 datos de carga Con indicación de operación a través de LED’s y display digital indicando tensión de carga, corriente de carga, Ah cargadas y tiempo de carga.

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Cargadores Wa de GFS GfS GfS Wa-Ladegerät Wa - Ladegeräte · · · · · · ·

Cargadores universales y económicos para todos los tipos de baterías de tracción Fácil manejo Control de carga exacto Carga de compensación automática Indicador de funcionamiento LED Apto también para baterías de tracción con contenido reducido de antimonio Posibilidad de lectura de los últimos 128 datos de carga

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Cargadores Wa tipo: standard line Los cargadores de la serie “standard line” estan equipados con una innovadora electrónica de carga y son especialmente aptos para cargar baterías de poco mantenimiento. Han sido especialmente diseñados para períodos de carga entre 8,5 y 14 horas. Todos los cargadores están disponibles con cable de red y enchufe al igual que cable de batería sin enchufe de carga El proceso de carga según características Wa completamente automático es controlado y monitoreado mediante el balance de Ah a través de un conmutador microprocesador. La cantidad de corriente requerida para la carga completa es medida a través de la constante recopilación de la corriente de carga, luego calculada y multiplicada con el factor de carga. Éste método de carga hace que la batería sea cargada de una manera fiable, cuidadosa y con ahorro de energía. En caso de mal funcionamiento existe una desconexión de seguridad adicional, la cual interrumpe la carga. Todos los cargadores estan equipados con un interface RS232, para la lectura de los datos grabados. El estado de operación de la carga es indicado a través de diodos LED.

Características · · · · · · · · ·

Proceso de carga con balance de amperioshoras Inicio automático con su debido tiempo de espera Desconexión automática al finalizar la carga Carga de compensación automática Control de temperatura del transformador Desconexión de seguridad en caso de mal funcionamiento Indicación del estado de operación a través de LED Grabación de los datos de carga actuales Interface RS 232 para la lectura de los datos de carga

Opciones: · · ·

Bomba de aire ( Air ) – Unidad para circulación de electrolitos Impulso de mando para rellenado de agua automático Electrónica de carga con indicación digital

Ventajas: Apto para la aplicación con operación de varios turnos Técnica de carga para períodos de carga cortos Carga de la batería optimada y cuidadosa Fácil manejo Línea característica W a 100

3,0

90

2,9 2,8

Corriente de carga

70

2,7

60

2,6

50

2,5

40

2,4

Tensión de carga 30

2,3

20

2,2

10

2,1

0

2,0 -1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

(horas) período de carga

4

9

10

11

12

13

14

[V/Z] Voltaje de carga

80

[%] Corriente de carga

· · · ·

Cargadores de pulso tipo: pulse line Los cargadores de la serie « pulse line » probados y patentados en la práctica son apropiados para la carga de baterías diversas con electrolitos líquidos. Los cargadores trabajan con característica WpWa. El control se realiza a través de una especialmente desarrollada unidad microprocesadora, la cual monitorea el proceso de carga dependiendo del estado de descarga de la batería. La carga trabaja contando las Ah, de manera que es imposible sobrecargar o cargar a la batería insuficientemente. Debido a la línea característica y a la pulsación de la corriente de carga es posible llegar a períodos de carga sumamente cortos (aprox. 6,5 horas) y evitar eficazmente una capa de acidez en la batería. Debido al bajo factor de carga de 1,07 se ahorra energía y la batería es cargada de una manera muy cuidadosa, es decir, el tiempo de vida de la batería es influenciado positivamente. Los cargadores están equipados con un display digital y con diodos LED, los cuales signalizan adicionalmente el estado de carga. Todos los datos de carga están grabados y su lectura puede ser realizada a través de una interface RS 232.

Características: · · · · · · · · · · ·

Proceso de carga con balance de las amperioshoras Carga con factor de carga reducido Inicio automático con tiempo de seguridad Desconexión automática al finalizar la carga Carga de compensación automática Control de temperatura del transformador Desconexión de seguridad en caso de mal funcionamiento Indicación del estado de operación a través de LED Grabación de los datos de carga actuales Interface RS 232 para la lectura de los datos de carga Indicación digital de tensión de carga, corriente de carga, Ah cargadas y tiempo de carga

Opciones: ·

Impulso de mando para rellenado de agua automático

Ventajas: Alargamiento del tiempo de vida de la batería Mayor disponibilidad de los vehículos Reducción de costos de inversión Reducción de costos de mantenimiento Reducción de costos de energía Apto para la aplicación con operación de varios turnos Línea característica de la carga por pulso 100

2,8

90

2,7

Corrientede carga

2,6

70

2,5

60

2,4

50

2,3

Tensión de carga

40

2,2

30

2,1

20

2,0

10

1,9

0

1,8 -1

0

1

2

3

4

5

[h] Ltiempo de carga

5

6

7

8

9

[V/Z] Tensión de carga

80

[%] Corriente de carga

· · · · · ·

Las ventajas de la carga por pulso · 100% carga de la batería sin bomba para ácidos, tubos de aire y enchufes de batería especiales · Cortos períodos de carga (operación de dos y tres turnos), sin necesidad de instalar adicionalmente un dispositivo de aire o una batería de aire · Carga normal dentro de 10 horas · Carga de larga duración dentro de 14 horas · Las baterías son cargadas de una manera cuidadosa, por lo cual se alarga el tiempo de vida de la batería · Ahorro de energía debido al bajo factor de carga de 1.07 · Bajo consumo de agua y poco mantenimiento · Posibilidad de lectura de los últimos datos de carga · Mismo precio que el de los equipos WoWa utilizados hasta ahora, a pesar de poseer ahora la tecnología más moderna · Menor precio para el corto tiempo de carga, en comparación a los equipos con dispositivo de aire utilizados hasta ahora

CARGA POR PULSOS en comparación a la carga con circulación de electrolitos y a la carga convencional WoWa

· Carga rápida de las baterías de plomo de tracción clásicas: Baterias con circulación de electrolitos · · · ·

GfS-CARGA POR PULSOS

Celdas de la batería en diseño especial Bomba y tubos de aire Control de la presión de aire y fugas Colocación de tubos, bastante sensible, enganche de aire

· · · ·

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Celdas convencionales PzS- o celdas PzS-L innecesario innecesario Técnica robusta y simple

Las ventajas de la carga por pulso Tiempos cortos de carga Perí odos de carga de baterías PzS en dependencia de la línea característica y de la asignación

[A/100 Ah] Asignación

Descarga: 80 %; nuev a batería, temperatura de electr olitos 30 - 40 °C 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9

WoWa-EUW

Carac ter ísti ca IUI a

f actor de carga 1,07

f actor de car ga 1, 20

Caracter ística WoWa f actor de carga 1,20

Car acter ísti ca Wa

pulso)

fac tor de carga 1,07

5,0

5,5

6,0

6,5

f actor de car ga 1, 20

Caracter ística WpWa (por

Caract erí stica IUIa- EUW

f actor de carga 1,07

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

13,5

14,0

(horas ) tiempo de carga

Debido al bajo factor de carga y –por consecuencia – al poco aumento de temperatura, se alarga el tiempo de vida de la batería y el consumo de agua es menor

Desarrollo del calor según sistema de carga aplicado (tiempo de carga: 8h) Pulso

WoWa

IUIA-EUW

IUIa

W h/células/100A h/C 5

60 50 40 30 20 10 0 Hasta2,4V/Z

Wo 96%

Hasta 100%

Calor de reacción

7

Hasta LF 1,05 Hasta LF 1,07 Hasta LF 1,17 Hasta LF 1,2

Influencia de la temperatura de la bateria sobre el tiempo de vida de la misma. Los diagramas de ZVEI (Asociación Central Alemana de Tecnología Electrónica) publicados se basan en la siguiente fórmula: EDN * TN * M+) LDE = -------------------------------7 Ti(1 + --- ln n*I5) * S * N TN

(I) (tiempo de vida expectado)

Como ejemplo hemos tomado las siguientes condiciones fictivas: Ti = Temperatura de operación mediana = ej.: TN = Temperatura nominal: EDN = Energía de rendimiento nominal (1500 * 80 %): N*I5 = Corriente de descarga múltiple I5: N = Utilización por día: S = Días de empleo por año (ciclos por test de ciclos): M+) = Número de meses por año (sin m+) en años:

35 °C 30 °C 1200 0,9 * I5 1,5 240 días sin datos

Si se emplean los valores arriba indicados en la ecuación (I), se obtiene como resultado el siguiente período de de utilización con estas condiciones: 1500 * 0,80 * 30 * 1 LDE = -------------------------------------- = 2,929 años con 240 días/año. 7 35 (1 + --- ln 0,9) * 240 * 1,5 30 Ciclos = LDE * S * N (ecuación II) Ciclos = 2,929 * 240 * 1,5 = 1054 ciclos Comparación con una temperatura mediana de batería solo 5 °C más alta (40 °C): Ti = Temperatura de operación mediana = ej.: TN = Temperatura nominal: EDN = Energía de rendimiento nominal (1500 * 80 %): N*I5 = Corriente de descarga múltiple I5: N = Utilización por día: S = Días de empleo por año (ciclos por test de ciclos) M+) = Número de meses por año (sin m+) en años):

40 °C 30 °C 1200 0,9 * I5 1,5 240 días sin datos

Si se emplean los valores arriba indicados en la ecuación (I), se obtiene como resultado el siguiente período de de utilización con estas condiciones: 1500 * 0,80 * 30 * 1 LDE = ------------------------------------- = 2,563 años con 240 días/año. 7 40 (1 + --- ln 0,9) * 240 * 1,5 30 Ciclos = LDE * S * N (ecuación II) Ciclos = 2,563 * 240 * 1,5 = 922 ciclos

Una reducción de la temperatura media de la batería de solo 5 °C lleva por lo tanto a un alargamiento del tiempo de vida de la batería de tracción de aprox. 14 %.

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En comparación: técnica de carga tradicional y la nueva técnica por pulso Las siguientes líneas características demuestran claramente las ventajas de la técnica por pulso en relación al desarrollo del calor, ahorro de gastos de operación y alargamiento del tiempo de vida de la batería! Ahorro anual y durante el tiempo de vida completo de la batería (ZVEI) Ahorro anual WoW a+ aire Ahorro / vida de la batería WoW a+aire

Ahorro anual WpW a (Pulso) Ahorro / vida de la batería WpW a (Pulso)

1500 1250

EURO

1000 750 500 250 B a se d e l a ca l c ul a c ió n

0 24/240

24/270

24/320

24/420

24/600

48/420

80/600

Fases por año: Precio de la energía: Agua destilada: Horas de trabajo:

Tipo de batería V / Ah

Tiempo de vida de acuerdo al sistema de carga empleado (ZVEI) Tiempo de vida (WoWa años )

Tiempo de vida (Cargador por pulso años )

Años

5,6 5,4 5,2 5 4,8 4,6 4,4 24/240

24/270

24/320

24/420

24/600

48/420

48/600

48/750

Tipo de batería V / Ah

Desarrollo del calor según sistema de carga aplicado (tiempo de carga: 8h) Pulso

WoWa

IUIA-EUW

IUIa

W h/células/100A h/C 5

60 50 40 30 20 10 0 Hasta2,4V/Z

Wo 96%

Hasta 100%

Calor de reacci ón

Hasta LF 1,05 Hasta LF 1,07 Hasta LF 1,17 Hasta LF 1,2

9

240 0,05 € / kWh 0,25 € / l 25 € / h

Informaciones técnicas con respecto a la técnica de carga de baterías de tracción:

Entrecargas: Entrecargas para aumentar el tiempo de uso de las baterías de tracción tienen sentido únicamente si éstas se realizan a partir de una determinada profundidad mínima de descarga. Entrecargar baterías „llenas“ o con un estado de carga sobre aprox. 80 K Nom, origina sobrecargas innecesarias y un calentamiento dañino adicional de la batería lo que tiene por consecuencia un tiempo de vida de la batería disminuído. La captación de corriente durante entrecargas depende del estado de carga. Mientras más profundo sea el estado de descarga de la batería, más efectiva será la entrecarga, c on una corriente de carga respectivamente alta que puede ser captada por la batería. De acuerdo a EN 61 044 (IEC 1044) entrecargas de baterías de tracción de plomo solo están permitidas si se le ha tomado a la batería mínimo 30% de la capacidad nom inal. Además de esto se debe realizar una carga „normal“ diariamente para evitar el deterioro de la batería. Si solo se opera la batería con entrecargas sin realizar cargas com pletas como mínimo cada 2 a 3 días, s e originarían problemas con respec to al tiempo vida de la batería. Con entrecargas diarias en un márgen de hasta 30% de recarga de la capacidad nominal por día y sus respectivas cargas com pletas durante la noche no se originan ningún tipo de problemas. Entrecargas pueden ser realizadas con tod as las líneas características. La aplicación de circulación de electrolitos (aire) es innecesaria.

Capa de acidez debido a entrecargas: Cómo logicamente se realizan entrec argas en un estado de descarga de la batería tan profundo que no es posible obtener la tensión de gaseado, no se produce ninguna mezcla de ácidos durante la entrecarga. Al entrecargar la batería se origina una fina capa de acidez en la superficie de la placa. Esta capa se mantiene a través de fuerzas de adhesión.

Adhesión

Placa

Si la batería es cargada por completo, se producen los siguientes efectos: En cargas con la línea característica de pulso no se ade aire proveniente del exterior sino que las placas son incitadas a originar gaseado por corto tiempo a través de impulsos de corriente específicos. El gaseado por tanto proviene de las placas y disuelve la capa de acidez, para mezclarla con los electrolitos.

Capa de acidez approx 0,16 mm

La carga con la línea característica de pulso tiene la ventaja de que las fuerzas d e adhesión que mantienen la capa de acidez sobre la placa pueden ser vencid as con facilidad y el ácido es optimalmente mezclado. Una ventaja más de la car ga de pulso comparada con la circulación de electrolitos es el hecho de que ya no es necesaria la energía para la producción de aire y distribución del mismo en cada una de las celdas de la batería y que no se requieren baterías especiales para circulación de electrolitos. Por esta razón, el sistema de pulsos es mucho más simple, ec onómico y menos susceptible a fallas.

Por estas razones, cuando hablamos de entrecargas, la carga por pulsos también es la mejor técnica de carga en comparación con la circulación de electrolitos!

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