¿Cuál es el camino correcto para una carga eficiente de la batería?

Antecedentes técnicos del nuevo proceso de carga de Fronius Ri indican los pasos para dicho camino
Publicado en Mayo 2018
por Jürgen Binder / Austria
El proceso de carga Ri presentado hace algún tiempo por la empresa austriaca Fronius, el especialista en cargar baterías de tracción en montacargas eléctricos, despertó un gran interés. Algunos usuarios ya están aplicando el nuevo método de carga y se están beneficiando de las ventajas de esta nueva tecnología. Este informe está dirigido a aquellos que quieran familiarizarse con el tema con mayor profundidad y conocer mejor cómo funciona el proceso de carga de Ri.
El enfoque ha estado en la optimización continua de la eficiencia de los vehículos de accionamiento eléctrico durante muchos años. El objetivo siempre ha sido hacer un uso productivo de los nuevos hallazgos tecnológicos en el tren de fuerza, el sistema de control electrónico y el almacenamiento de energía eléctrica. Al igual que antes, el tema del almacenamiento de energía en particular está en lo más alto de la agenda de los investigadores y desarrolladores. Directamente relacionado con esto, por supuesto, está la carga de dispositivos de almacenamiento recargables, que a partir de ahora llamaremos baterías, de acuerdo con el nombre coloquial, aunque el nombre técnicamente correcto es baterías recargables.
Probado y probado durante más de 100 años, la batería de ácido de plomo sigue siendo el dispositivo de almacenamiento de energía más comúnmente utilizado en montacargas con motores eléctricos. En una batería como esta, la energía eléctrica se convierte en energía química durante la carga.

Cuando un consumidor está conectado, la energía química se convierte nuevamente en energía eléctrica. Se han realizado cambios constantes en el método de carga con el tiempo: ha recorrido un largo camino desde los primeros cargadores de transformadores de 50 Hz con un proceso de carga no regulado, hasta cargadores de alta frecuencia (HF) con un proceso de carga regulado y luego un microprocesador sistemas de carga de batería controlada con complejos algoritmos de carga. El método de carga más conocido y extendido en la intralogística hoy en día es el método de carga es el IUI.
Fronius, un desarrollador y fabricante de sistemas de carga de baterías desde 1946, ha iniciado un nuevo enfoque para cargar una batería de tracción de ácido de plomo, el "proceso de carga Ri". La forma en que este enfoque difiere de otros métodos de carga y las ventajas que aporta para la eficiencia energética y la eficiencia de carga se explicarán más adelante.


La resistencia interna efectiva
La resistencia interna efectiva de una batería - en corto Ri - es un valor específico de la batería que cambia durante la carga y descarga debido a la concentración de ácido fluctuante y otros efectos, como procesos de difusión, sobre voltaje de polarización o la conversión de sulfato de plomo en óxido de plomo. Para entender las correlaciones del nuevo método de carga descrito más adelante, así como también cómo funciona, primero veremos el comportamiento de resistencia de una batería de plomo ácido. Como se muestra las resistencias relevantes de una batería de plomo y ácido descompuesta en componentes y su comportamiento durante la carga. El comportamiento diferente de las resistencias individuales hace que la resistencia interna efectiva Ri cambie continuamente durante la carga y sobre el estado de carga. El mayor cambio de resistencia interna efectiva ocurre en el rango de estado de cambio superior e inferior de la batería. Los componentes principales responsables del aumento de la resistencia interna efectiva en el rango bajo de estado de carga son el material activo y el electrolito. En el sector de la batería, los materiales activos son siempre los componentes que toman una parte "activa" en la carga y descarga, es decir, se convierten en el ánodo (polo positivo) y en el cátodo (polo negativo).


A medida que aumenta el estado de carga, es principalmente la resistencia a la polarización altamente dependiente de la corriente la responsable de elevar la resistencia interna efectiva. Se vuelve altamente resistente al final de la carga, ya que ya no hay ningún material activo (sulfato de plomo) disponible para convertirse en plomo y óxido de plomo. La curva característica de la resistencia interna efectiva Ri en baterías de plomo ácido sobre el estado de carga se muestra en el diagrama de la figura 2. "SOC" (estado de carga) indica el estado de carga de la batería. Las influencias externas como la temperatura, los efectos del envejecimiento, etc., no se tienen en cuenta aquí.


El impacto del método de carga en la pérdida de potencia
Ahora que hemos observado el comportamiento de la resistencia interna efectiva durante la carga, nuestro interés se centra en el proceso de carga y su efecto sobre la pérdida de potencia Ploss generada en la resistencia interna efectiva. En el método convencional, hay tres partes en el proceso de carga.

I fase, la fase de carga principal: En esta fase, la carga se realiza a una corriente constante hasta que se alcanza un límite de voltaje definido (por lo general, 2,4 voltios por celda). La elección de la corriente de carga depende de la capacidad de la batería y la establece el sistema de carga de la batería, por ejemplo 20 A / 100 Ah.
2. Fase U, la fase de carga principal: Una vez que se alcanza el límite de voltaje definido en la fase I de la fase de carga principal, la carga continúa a esta tensión constante. A medida que aumenta el estado de carga, la corriente de carga se reduce. Si esto cae por debajo de un valor límite, el sistema de carga de la batería cambia a la siguiente y última fase de carga.


3. fase I2, la fase de recarga: En esta fase, la carga vuelve a ser una corriente constante, con solo un límite de voltaje muy alto que actúa como un corte de seguridad. La fase de recarga solo hace una contribución mínima a una batería completamente cargada, ya que solo se convierte un poco de energía en la carga. En cambio, la energía fluye hacia la reacción secundaria (electrólisis del agua), que hace que se forme gas en los electrodos de la batería. La sobrecarga deliberada es importante para evitar la estratificación del ácido y para igualar las tolerancias de capacidad de las células individuales.
La mayor parte de la cantidad de carga (70 a 80%) se carga en la fase I de la fase de carga principal. Esto significa que la resistencia interna efectiva ya varía mucho durante este tiempo. La pérdida de potencia generada en la resistencia interna efectiva por la corriente de carga constante puede por lo tanto describirse de la siguiente manera:

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