Baterías De Tracción

Regeneración automatizada por carga y descarga para baterías de tracción: mecanismo, parámetros y verificación.

Resumen. La recuperación de baterías tiene un problema de imagen. El mercado está saturado de desulfatadores por impulsos y de aditivos que se venden con la promesa de que una caja negra pinzada a un borne devolverá la vida a una batería muerta. Muy pocos están respaldados por ensayos controlados.

La recuperación real de capacidad, en cambio, es electroquímica ordinaria, y el descargador XD y el cargador XMV la aplican de una forma completamente documentada y, lo que importa más, completamente medible. Los manuales no describen una forma de onda propietaria. Describen algo bastante más útil: una máquina de estados programable que alterna carga controlada y descarga controlada durante un número determinado de ciclos y registra los amperios-hora recuperados en cada paso.

Esa distinción es todo el argumento de este artículo. Un proceso de recuperación que no se puede cuantificar es una afirmación. Un proceso de recuperación acotado entre ensayos de capacidad calibrados es un resultado de ingeniería.

1. Por qué las baterías pierden capacidad

Antes de decidir si una batería se puede recuperar, hay que saber qué le ocurre realmente. En un vaso de plomo-ácido, la pérdida de capacidad se divide en dos categorías, y solo una de ellas es reversible.

Mecanismos reversibles

Sulfatación. Durante una descarga normal, el plomo y el dióxido de plomo reaccionan con el ácido sulfúrico y depositan sulfato de plomo (PbSO₄) en ambas placas. No es un defecto: es el modo en que funciona la batería. El defecto aparece cuando la batería permanece parcialmente descargada, se carga de forma crónicamente insuficiente o se almacena sin mantenimiento. El PbSO₄ fino y amorfo que se forma en el ciclado ordinario recristaliza poco a poco en una estructura gruesa, densa y eléctricamente aislante. Una vez cristalizado, ya no se disuelve a las tensiones normales de carga. La superficie de placa sigue estando físicamente presente, pero queda enmascarada. La capacidad cae, la resistencia interna sube y la aceptación de carga se desploma. El mecanismo se examina con más detalle en nuestro artículo sobre el problema de la sulfatación.

Estratificación del electrolito. En los vasos abiertos, el ácido más denso que se produce durante la carga se hunde. La zona inferior de la placa acaba en electrolito concentrado y la superior, en algo más parecido al agua. La parte baja se corroe más rápido; la alta trabaja menos. La batería se comporta como si hubiera perdido capacidad, pero no hay ningún daño permanente.

Desequilibrio entre vasos. En un conjunto en serie, los vasos se desigualan. El vaso más débil alcanza antes su tensión de corte y da por terminada la descarga de toda la serie mientras los demás conservan carga. La capacidad de la serie la fija el peor vaso, no la media.

Mecanismos irreversibles

• Desprendimiento de materia activa. La pasta de la placa positiva se desprende y se acumula en el fondo del vaso. La materia que ha abandonado la placa no puede devolverse a ella por vía eléctrica.
• Corrosión de la rejilla. La rejilla de plomo se oxida a lo largo de la vida de la batería. Cuando pierde integridad mecánica o eléctrica, el vaso está acabado.
• Pérdida de agua y desecación. El electrolito perdido por sobrecarga o por temperatura elevada no puede reponerse en una batería sellada.
• Cortocircuitos internos. El fallo del separador o el puenteo por dendritas cortocircuita un vaso. Ningún perfil de carga corrige esto, y tratar un vaso cortocircuitado supone un riesgo térmico.

2. Arquitectura del sistema

La configuración regenerativa consiste en dos armarios independientes que comparten una batería y una relación de control. El manual del XD la denomina explícitamente sistema regenerativo (cargador + descargador) y le reserva dos parámetros dedicados.

3. El XD: establecer la referencia real

El XD realiza una descarga controlada en la que la corriente se mantiene constante mediante un convertidor CC/CC de alta frecuencia, con MOSFET en los equipos menores e IGBT en los mayores. Esa arquitectura importa más de lo que parece.

Un banco de cargas resistivas consume una corriente proporcional a la tensión. A medida que la batería se descarga y la tensión en bornes cae, la corriente cae con ella, de modo que el ensayo «a corriente constante» deriva y los amperios-hora calculados dependen del comportamiento de la batería y no de una condición de ensayo fija. Los resultados no son comparables entre baterías, ni siquiera entre dos ensayos de la misma batería. La carga electrónica activa del XD mantiene la corriente programada desde el primer segundo hasta el último, con independencia de la tensión en bornes.

El funcionamiento es totalmente automático. El operador conecta la batería y fija tres límites —corriente de descarga, tensión final y tiempo máximo—, más un objetivo opcional de amperios-hora. El ensayo termina en cuanto se alcanza el primero de ellos.

Las condiciones de ensayo recomendadas son el ensayo de tracción normalizado

Conviene explicitarlo, porque no se deduce a simple vista de las propias tablas. Todas las corrientes de la tabla de corrientes recomendadas del manual del XD son exactamente C₅/5, el régimen de cinco horas. Todas las tensiones de parada de la tabla correspondiente son exactamente 1,70 V por vaso. Juntas, esas dos convenciones constituyen el ensayo de capacidad clásico de las baterías de tracción de plomo-ácido. Utilizar el XD con sus ajustes recomendados produce, por tanto, una cifra directamente comparable con la capacidad nominal C₅ de placa del fabricante, y no un número interno arbitrario.

Tabla 1. Corriente de descarga recomendada (manual del XD). Todos los valores son C₅/5.

Tabla 2. Tensión de parada recomendada (manual del XD), con la cifra por vaso deducida. La convención de 1,70 V/vaso se mantiene en todo el rango.

Lo que registra el XD

Durante el ensayo, al pulsar SET el display recorre la corriente (A), la capacidad descargada (Ah), el tiempo transcurrido (horas y decenas de minuto) y la tensión de la batería (V). Otras páginas muestran el estado de la descarga, la temperatura de la batería si se ha instalado la sonda opcional y el histórico.

La memoria interna conserva los últimos 150 ciclos, accesibles en cualquier momento, incluso con una descarga en curso. Cada registro ocupa tres páginas:

Tabla 3. Estructura del registro del histórico del XD.

Un búfer de 150 ciclos no es un detalle casual. Una campaña completa de regeneración de 20 ciclos sobre siete baterías cabe en él sin sobrescribir nada, de modo que después se puede reconstruir todo un lote de taller a partir del propio equipo.

Programación horaria y protecciones

• Ventana de hora de inicio (00:00–23:59, por defecto el día completo). Si se conecta una batería fuera de la ventana, el XD espera en stand-by hasta la hora de inicio programada. Una vez comenzado el ciclo, la ventana deja de tenerse en cuenta. Existe para trasladar las descargas de mayor consumo a horas valle o a la noche.
• Temperatura máxima (45–70 °C, por defecto 60 °C, o desactivada). Requiere la sonda opcional: un termistor NTC de 100 kΩ a 25 °C en una funda de acero inoxidable 316, con rango de −50 a +90 °C.
• La protección contra inversión de polaridad está activa: una batería conectada al revés deja el equipo en stand-by seguro en lugar de dañarlo.
• La protección antiarco se ofrece como opción y requiere un conector de batería con pines auxiliares y un lazo de hilo.
• El corte de la red de CA apaga el equipo; al restablecerse, espera a que el operador lance un ciclo nuevo en lugar de reanudar automáticamente.

4. El XMV: el tratamiento programable

El XMV es un cargador controlado por microprocesador construido sobre la tarjeta de control GE00. Su salida de CC sigue curvas de carga programadas; el producto base implementa las características convencionales IUIa e IUoU según DIN 41774, y el equipo está certificado según UL 1564 (4.ª ed., 2015) y CSA C22.2 No. 107.2-01-R2011.

Lo que lo convierte en un instrumento de recuperación, y no en un simple cargador de gran potencia, es el editor de perfiles.

Ocho perfiles, seis pasos cada uno

El XMV almacena ocho perfiles programables, designados de la A a la H. Cada perfil consta de seis pasos configurables de forma independiente y, en cada paso, el operador fija cuatro cosas:

1. Tipo de paso: corriente constante (I=K), tensión constante (V=K) o pausa (P)
2. Tiempo máximo del paso
3. Corriente de salida de CC: la corriente constante en un paso I=K, o el umbral de corriente mínima en un paso V=K
4. Límite de tensión: el techo en un paso I=K, o el valor regulado en un paso V=K

Este es el dato revelador del manual. En esta plataforma, la desulfatación no es una forma de onda propietaria opaca: es una secuencia de seis estados que el operador construye, documenta y repite. La física que aprovecha está bien establecida: mantener la batería a tensión elevada controlada y corriente baja durante un periodo prolongado, de modo que el PbSO₄ cristalizado se reconvierta poco a poco mientras una gasificación controlada agita el electrolito y revierte la estratificación. Las restricciones de ingeniería son la temperatura y la velocidad de gasificación. El valor de una máquina programable de seis pasos está en que mantiene el tratamiento dentro de la ventana en la que la conversión ocurre y el daño no, y en que el perfil que ha funcionado puede aplicarse igual a las cien baterías siguientes.

Límites globales y acceso

Tabla 4. Parámetros programables del XMV (nivel de usuario y de administrador).

Existen dos niveles de acceso, a los que se llega manteniendo pulsado STOP/RE-START durante cinco segundos e introduciendo después una secuencia de teclas: cuatro pulsaciones de EQ para la programación de usuario y cuatro pulsaciones de SPECIAL FUNCTION para la programación de fabricante o de servicio técnico. Los valores se editan manteniendo pulsado SPECIAL FUNCTION tres segundos, hasta que el cursor parpadea.

La tarjeta de control se suministra en cuatro configuraciones de comunicación, y de ellas depende que una campaña de regeneración pueda registrarse de forma centralizada o solo leerse en el panel:

Tabla 5. Configuraciones de la tarjeta de control GE00.

Las opciones de display se indican como sufijo: 2L para display remoto y 4D para display integrado; por ejemplo, GE00/P/4D.

5. Modo de regeneración: los dos parámetros que importan

El manual del XD agrupa dos parámetros bajo un epígrafe explícito: parámetros especiales para sistema regenerativo (cargador + descargador). Son el mecanismo por el que la recuperación pasa a ser un proceso automatizado en lugar de una sucesión de intervenciones manuales.

Tabla 6. Parámetros de regeneración del XD.

El manual da directamente la regla de dimensionado del segundo parámetro, y conviene seguirla al pie de la letra: tomar el tiempo máximo de carga y añadir dos horas, para que la batería se haya enfriado antes de que empiece la descarga siguiente.

Por qué ciclar y por qué la tendencia es la prueba

Un solo tratamiento rara vez extrae toda la mejora disponible. Cada ciclo convierte una fracción adicional del sulfato cristalizado y restablece progresivamente el aprovechamiento de la materia activa. Pero el producto más importante del ciclado es la tendencia.

6. Un protocolo de trabajo

La secuencia siguiente presupone familiaridad con las dos operaciones subyacentes; para repasar lo básico, existen guías aparte sobre cómo descargar una batería y cómo probar una batería.

Tabla 7. Protocolo etapa por etapa.

7. Lectura de los diagnósticos

Los dos equipos muestran condiciones directamente útiles para el triaje. La alarma no es un simple código de avería: en esta plataforma suele ser la primera indicación de cuál es el modo de fallo presente.

Tabla 8. Mensajes de alarma y su significado diagnóstico.

8. Seguridad e instalación

Nunca interrumpir una conexión activa

Los dos manuales son categóricos. No debe desconectarse la batería mientras haya una carga o una descarga en curso: puede producirse un arco eléctrico, quemarse los contactos del conector o explotar la batería. En el XD, mantener pulsado UP cinco segundos para detener el proceso; el display muestra MANUAL STOP. En el XMV, pulsar STOP/RE-START y esperar hasta que los LED rojo, verde y azul dejen de parpadear: un color fijo indica que ya se puede desconectar. Antes de conectar o desconectar, asegurarse de que el display digital del descargador está completamente apagado.

Envolvente ambiental: el XD es la restricción determinante

Tabla 9. Condiciones de funcionamiento comparadas. En una instalación combinada manda la cifra más restrictiva.

Los dos equipos son solo para interior. Ninguno puede exponerse a lluvia, humedad, polvo ni sustancias corrosivas, y ninguno debe instalarse cerca de materiales inflamables ni en presencia de gas inflamable.

Distancias libres

Tabla 10. Distancias libres de instalación según los manuales respectivos.

Instalar sobre suelo no combustible. Cuando eso no sea posible, el manual del XD exige una placa de acero de al menos 1,6 mm que sobresalga un mínimo de 150 mm del armario por todos los lados. No situar nunca ninguno de los dos equipos directamente encima ni debajo de la batería sobre la que se trabaja: los gases y los fluidos de la batería corroen el equipo. Conviene alejarlos de la batería tanto como permitan los cables de CC, sin prolongar dichos cables.

Puesta a tierra

El armario debe estar correctamente puesto a tierra, con un conductor de protección de capacidad de corriente al menos igual que la de los conductores de entrada de CA. Cuando solo se dispone de alimentación trifásica, el equipo monofásico se conecta únicamente a dos conductores de la línea trifásica: el conductor de puesta a tierra del equipo no debe conectarse nunca al tercer conductor activo, ya que eso pondría en tensión la carcasa y puede provocar una descarga mortal. La instalación y el servicio quedan reservados a personal cualificado.

9. Límites, dichos con claridad

Cualquier proveedor que asegure que todas las baterías se pueden recuperar está vendiendo algo. La posición honesta:

• La sulfatación responde; el daño mecánico, no. La materia activa desprendida, las rejillas corroídas, los vasos sellados desecados y los cortocircuitos internos son irreversibles.
• La recuperación es parcial. Los resultados realistas en buenos candidatos llegan a en torno al 70-90 % de la capacidad nominal, no al 100 %. La literatura publicada sobre recuperación química y por carga inversa de baterías muy sulfatadas ofrece cifras cercanas al 80 % de la capacidad de una unidad nueva.
• El tiempo cuenta. Una batería sulfatada durante años es mucho menos recuperable que una sulfatada durante meses; el crecimiento de los cristales es progresivo y, en gran medida, de un solo sentido.
• Recuperar no es renovar. Una batería recuperada ha consumido ya la mayor parte de su vida de diseño. Cabe esperar un servicio adicional útil, no una segunda vida completa, y el servicio que se obtenga dependerá del mantenimiento de baterías industriales posterior.
• El alcance por química debe confirmarse en cada aplicación. El manual de servicio del XMV circunscribe el cargador a baterías de tracción de plomo-ácido abiertas (de electrolito líquido), y sus perfiles convencionales siguen la DIN 41774. El editor de ocho perfiles y seis pasos, y el techo de tensión por vaso de hasta 3,54 V/vaso, van claramente más allá de esa envolvente, pero cualquier aplicación fuera del plomo-ácido abierto debe confirmarse por escrito con el fabricante antes de comprometerse, tanto por motivos de garantía como técnicos.
• La medición es el producto. Sin un ensayo de capacidad calibrado antes y después, la «recuperación» es una opinión. Por eso el XD no es un accesorio del XMV: es la mitad del sistema que hace creíble a la otra mitad.

10. Especificaciones resumidas

Descargador / analizador / ciclador XD

Armario TD: 335 mm de ancho × 690 mm de fondo × 530 mm de alto (756 mm con el teclado elevado). Conversión de potencia mediante convertidor CC/CC de alta frecuencia, con MOSFET en los equipos menores e IGBT en los mayores. Histórico de 150 ciclos. Protección contra inversión de polaridad de serie; protección antiarco opcional.

Cargador y acondicionador multitensión XMV: gama trifásica

Armario TL: 483 × 530 × 929 mm (19,0 × 20,9 × 36,6 in). Armario TP: 560 × 712 × 1210 mm (22,0 × 28,0 × 47,6 in).

Entrada de CA y protecciones para Europa

Tabla 11. Red de 400/415 V CA ±10 %, trifásica. Interruptor automático de curva D, fusible de tipo gG.

La tensión nominal de entrada de CA se ajusta mediante bornas internas —de tornillo en algunos modelos y de barra, con configuración triángulo-estrella, en otros— y en los equipos de 60 Hz hay que cambiar de posición el primario del transformador auxiliar para adaptarlo a la red entrante (208, 240, 480 o 600 V). La operación se realiza con el cargador desconectado tanto de la CA como de la batería, y la ejecuta un electricista cualificado. Certificación: UL 1564 4.ª ed. 2015, CSA C22.2 No. 107.2-01-R2011; conforme con CEC LBSC.

Conclusión

La regeneración de baterías en esta plataforma no es una caja negra. Es un proceso documentado y parametrizado: un perfil de carga de seis pasos que mantiene la batería dentro de la ventana en la que el sulfato cristalizado se reconvierte sin generar calor ni gasificación destructivos, alternado automáticamente con una descarga a corriente constante al régimen normalizado C₅/5 hasta un corte de 1,70 V/vaso, repetido hasta veinte veces y registrado ciclo a ciclo.

El XMV aporta el tratamiento. El XD aporta la prueba. Ninguno de los dos constituye por sí solo un programa de recuperación: el cargador puede indicar que una batería está averiada, pero no si la avería es reversible, y esa única distinción determina si una hora de taller es una inversión o una pérdida.

Juntos convierten una afirmación en un número.

Preguntas frecuentes

¿Cómo saber si merece la pena recuperar una batería?

Con un ensayo de capacidad de referencia antes de cualquier tratamiento. Se descarga a C₅/5 hasta 1,70 V por vaso con el XD y se comparan los amperios-hora entregados con la capacidad nominal C₅ de placa. Una batería que todavía entrega una fracción aprovechable de su capacidad nominal y cuyo perfil de fallo apunta a sulfatación es candidata; la que ha desprendido materia de las placas, tiene las rejillas corroídas o presenta un vaso cortocircuitado no lo es, y ningún perfil de carga cambiará eso.

¿Cuánto dura una campaña de regeneración?

Días, no horas. Cada ciclo es una carga completa más una pausa de enfriamiento más una descarga completa. En una batería de 80 V y 600 Ah, un perfil de carga de 14 horas más 2 horas de enfriamiento más unas 5 horas de descarga a 120 A da un ciclo de unas 21 horas, de modo que una campaña de cinco ciclos se prolonga unos 4,4 días sin vigilancia.

¿Cuánta capacidad se puede recuperar de forma realista?

En buenos candidatos, en torno al 70-90 % de la capacidad nominal. La literatura publicada sobre baterías muy sulfatadas ofrece cifras cercanas al 80 % de la capacidad de una unidad nueva. Cualquier proveedor que prometa el 100 % en todas las baterías está describiendo un argumento de venta, no una medición.

¿Por qué hace falta un descargador si el cargador ya tiene perfiles de desulfatación?

Porque el cargador puede detectar que algo va mal en la batería, pero no puede decir si la avería es reversible. Las tablas de resolución de averías del XMV enumeran batería sulfatada y vasos cortocircuitados como causas distintas de la misma alarma y prescriben la misma acción para las dos. Solo la tendencia de capacidad a lo largo de ciclos sucesivos las separa, y solo un ensayo calibrado de antes y después convierte una afirmación de recuperación en una cifra documentada.

¿Qué indica realmente la tendencia de recuperación?

Una serie que sube y luego se estanca ha encontrado el techo real recuperable de la batería: hay que parar ahí. Una serie que se mantiene plana desde el primer ciclo indica que el fallo nunca fue sulfatación: también hay que parar ahí, y la batería va al reciclaje en lugar de volver al servicio. Las dos respuestas ahorran horas de taller; solo una de ellas acaba en una venta.

¿Cuál es la consideración de seguridad más importante?

La ventilación. Las baterías en carga liberan hidrógeno, inflamable en aire desde el 4,1 % hasta el 72 % en volumen, y una campaña de regeneración gasifica mucho más que una carga rutinaria, a lo largo de días en lugar de horas. Hay que dimensionar la ventilación de la sala de carga para el número de baterías en tratamiento y no interrumpir nunca una conexión de CC activa mientras haya una carga o una descarga en curso.

Equipos y asesoramiento

El descargador, analizador y ciclador XD aporta la medición y el cargador y acondicionador multitensión XMV aporta el tratamiento; juntos, en la configuración XD-Combo, forman el ciclador automático que describe este artículo. También se puede consultar el resto de nuestros descargadores de baterías y cargadores y rectificadores de baterías.

¿Tiene una flota de baterías de tracción que pierde capacidad y necesita saber cuáles merece la pena recuperar? Contacte con nuestros ingenieros y le ayudaremos a especificar el equipo y a diseñar el protocolo de ensayo.

Fuentes

Los datos técnicos de este artículo proceden del manual de usuario del XD y del manual de servicio y programación del cargador de baterías XMV (Amperis Products S.L.). Las figuras 1 y 3-6 son esquemas explicativos elaborados para este artículo y no reproducen ilustraciones de los manuales; los valores de capacidad de la figura 5 son ilustrativos. La instalación, la configuración y el servicio deben realizarse por personal cualificado conforme a los manuales y a toda la reglamentación nacional y local aplicable. Especificaciones sujetas a cambios.