Batería de automóvil

Una batería de automóvil o batería automotriz es una batería recargable que se utiliza para arrancar un vehículo de motor. Su objetivo principal es proporcionar una corriente eléctrica al motor de arranque accionado eléctricamente, que a su vez enciende el motor de combustión interna accionado químicamente que realmente impulsa el vehículo. Una vez que el motor está en marcha, la batería sigue suministrando energía para los sistemas eléctricos del automóvil, y el alternador carga la batería a medida que aumenta o disminuye la demanda.

Batería en autos modernos

Motor gasolina y diesel

Por lo general, el arranque utiliza menos del tres por ciento de la capacidad de la batería. Por esta razón, las baterías de los automóviles están diseñadas para entregar la máxima corriente durante un corto período de tiempo. A veces se las denomina "baterías SLI" por este motivo, para el arranque, la iluminación y el encendido. Las baterías SLI no están diseñadas para una descarga profunda y una descarga completa puede reducir la vida útil de la batería.

Además de arrancar el motor, una batería SLI proporciona la energía adicional necesaria cuando los requisitos eléctricos del vehículo exceden el suministro del sistema de carga. También es un estabilizador, que nivela los picos de voltaje potencialmente dañinos. Mientras el motor está funcionando, la mayor parte de la energía la proporciona el alternador, que incluye un regulador de voltaje para mantener la salida entre 13,5 y 14,5 V. Las baterías SLI modernas son del tipo plomo-ácido y utilizan seis celdas conectadas en serie para proporcionar un voltaje nominal de 12 V. -voltios (en la mayoría de los vehículos de pasajeros y camiones ligeros), o doce celdas para un sistema de 24 voltios en camiones pesados ​​o equipos de movimiento de tierras, por ejemplo.

Las explosiones de gas pueden ocurrir en el electrodo negativo donde se puede acumular gas hidrógeno debido a las ventilaciones de la batería bloqueadas o una configuración mal ventilada, combinada con una fuente de ignición. Las explosiones durante el arranque del motor generalmente se asocian con postes de batería sucios o corroídos. Un estudio de 1993 realizado por la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras de EE. UU. indicó que el 31% de las lesiones por explosiones de baterías de vehículos ocurrieron mientras se cargaba la batería. Los siguientes escenarios más comunes fueron mientras trabajaba en las conexiones de cables, mientras arrancaba, generalmente al no conectarse a la batería agotada antes de la fuente de carga y al no conectarse al chasis del vehículo en lugar de directamente al poste de la batería conectado a tierra, y mientras comprobando los niveles de líquido.Cerca de dos tercios de los heridos sufrieron quemaduras químicas y casi tres cuartos sufrieron lesiones en los ojos, entre otras posibles lesiones.

Coches eléctricos e híbridos

Los vehículos eléctricos (EV) funcionan con una batería de vehículo eléctrico de alto voltaje, pero generalmente también tienen una batería automotriz, por lo que pueden usar accesorios automotrices estándar que están diseñados para funcionar con 12 V. A menudo se los denomina auxiliares. pilas

A diferencia de los vehículos convencionales con motor de combustión interna, los vehículos eléctricos no cargan la batería auxiliar con un alternador; en cambio, utilizan un convertidor de CC a CC para reducir el alto voltaje al voltaje de carga flotante requerido (generalmente alrededor de 14 V).

Historia

Los primeros autos no tenían baterías, ya que sus sistemas eléctricos eran limitados. Se usó una campana en lugar de una bocina eléctrica, los faros eran de gasolina y el motor se encendía con una manivela. Las baterías de automóviles comenzaron a usarse ampliamente alrededor de 1920 cuando los automóviles se equiparon con motores de arranque eléctricos. La batería sellada, que no requería recarga, se inventó en 1971.

Los primeros sistemas de arranque y carga fueron diseñados para ser sistemas de tierra positiva y de 6 voltios, con el chasis del vehículo conectado directamente a la terminal positiva de la batería. Hoy en día, casi todos los vehículos de carretera tienen un sistema de tierra negativo. El terminal negativo de la batería está conectado al chasis del automóvil.

Hudson Motor Car Company fue la primera en usar una batería estandarizada en 1918 cuando comenzó a usar baterías del Battery Council International. BCI es la organización que establece los estándares dimensionales para las baterías.

Los automóviles utilizaron sistemas eléctricos y baterías de 6 V hasta mediados de la década de 1950. El cambio de 6 a 12 V ocurrió cuando los motores más grandes con relaciones de compresión más altas requerían más energía eléctrica para arrancar. Los coches más pequeños, que requerían menos potencia para arrancar se quedaron con 6 V más tiempo, por ejemplo el Volkswagen Beetle a mediados de los 60 y el Citroën 2CV en 1970.

En la década de 1990 se propuso un estándar de sistema eléctrico de 42V. Estaba destinado a permitir accesorios eléctricos más potentes y arneses de cableado de automóviles más ligeros. La disponibilidad de motores de mayor eficiencia, nuevas técnicas de cableado y controles digitales, y un enfoque en los sistemas de vehículos híbridos que usan arrancadores/generadores de alto voltaje han eliminado en gran medida la necesidad de cambiar los voltajes principales de los automóviles.

Diseño

Una batería de automóvil es un ejemplo de una batería de celda húmeda, con seis celdas. Cada celda de una batería de almacenamiento de plomo consta de placas alternas hechas de una rejilla de aleación de plomo llena de plomo esponjoso (placas de cátodo) o recubiertas con dióxido de plomo (ánodo). Cada celda se llena con una solución de ácido sulfúrico, que es el electrolito. Inicialmente, cada celda tenía una tapa de llenado, a través de la cual se podía ver el nivel de electrolito y que permitía agregar agua a la celda. El tapón de llenado tenía un pequeño orificio de ventilación que permitía que el gas de hidrógeno generado durante la carga escapara de la celda.

Las celdas están conectadas por correas cortas y pesadas desde las placas positivas de una celda a las placas negativas de la celda adyacente. Un par de terminales pesados, enchapados con plomo para resistir la corrosión, están montados en la parte superior, a veces lateral, de la batería. Las primeras baterías de automóviles usaban cajas de goma dura y separadores de placas de madera. Las unidades modernas utilizan cajas de plástico y láminas tejidas para evitar que las placas de una celda se toquen y se produzcan cortocircuitos.

En el pasado, las baterías de automóviles requerían inspección y mantenimiento regulares para reemplazar el agua que se descomponía durante el funcionamiento de la batería. Las baterías de "bajo mantenimiento" (a veces llamadas "mantenimiento cero") utilizan una aleación diferente para los elementos de la placa, lo que reduce la cantidad de agua que se descompone durante la carga. Es posible que una batería moderna no requiera agua adicional durante su vida útil; algunos tipos eliminan los tapones de llenado individuales para cada celda. Una debilidad de estas baterías es que son muy intolerantes a las descargas profundas, como cuando la batería del automóvil se agota por completo al dejar las luces encendidas. Esto cubre los electrodos de la placa de plomo con depósitos de sulfato de plomo y puede reducir la vida útil de la batería en un tercio o más.

Las baterías VRLA, también conocidas como baterías de fibra de vidrio absorbida (AGM), son más tolerantes a las descargas profundas pero son más caras. Las baterías VRLA no permiten la adición de agua a la celda. Cada una de las celdas tiene una válvula de liberación de presión automática, para proteger la carcasa de la ruptura en caso de sobrecarga severa o falla interna. Una batería VRLA no puede derramar su electrolito, lo que la hace particularmente útil en vehículos como motocicletas.

Las baterías generalmente están hechas de seis celdas galvánicas en circuitos en serie. Cada celda proporciona 2,1 voltios para un total de 12,6 voltios con carga completa. Durante la descarga, en el terminal negativo (plomo) una reacción química libera electrones al circuito externo, y en el terminal positivo (óxido de plomo) otra reacción química absorbe electrones del circuito externo. Esto impulsa los electrones a través del cable del circuito externo (un conductor eléctrico) para producir una corriente eléctrica (electricidad). A medida que la batería se descarga, el ácido del electrolito reacciona con los materiales de las placas, cambiando su superficie a sulfato de plomo. Cuando se recarga la batería, la reacción química se invierte: el sulfato de plomo se transforma en dióxido de plomo. Con las placas restauradas a su estado original, se puede repetir el proceso.

Algunos vehículos utilizan otras baterías de arranque. Para ahorrar peso, el Porsche 911 GT3 RS 2010 tiene una batería de iones de litio como opción; a partir de 2018, todos los híbridos convencionales Kia Niro también cuentan con uno. Los vehículos pesados ​​pueden tener dos baterías en serie para un sistema de 24 V o pueden tener grupos de baterías en serie-paralelo que suministran 24 V.

Especificaciones

Formato físico

Las baterías se agrupan por tamaño físico, tipo y ubicación de los terminales y estilo de montaje.

Amperios hora (Ah)

El amperio hora (Ah o A·h) es una unidad relacionada con la capacidad de almacenamiento de energía de la batería. Esta calificación es requerida por ley en Europa.

La clasificación de amperios por hora generalmente se define como el producto de (la corriente que una batería puede proporcionar durante 20 horas a una tasa constante, a 80 grados F (26,6 °C), mientras que el voltaje cae a un límite de 10,5 voltios) veces 20 horas. En teoría, a 80 grados F, una batería de 100 Ah debería poder proporcionar continuamente 5 amperios durante 20 horas mientras mantiene un voltaje de al menos 10,5 voltios. Es importante darse cuenta de que la relación entre la capacidad Ah y la tasa de descarga no es lineal; a medida que aumenta la tasa de descarga, la capacidad disminuye. Una batería con una clasificación de 100 Ah generalmente no podrá mantener un voltaje superior a 10,5 voltios durante 10 horas mientras se descarga a una tasa constante de 10 amperios. La capacidad también disminuye con la temperatura.

Amperajes de arranque (CCA, CA, MCA, HCA)

• Amperios de arranque en frío (CCA): la cantidad de corriente que una batería puede proporcionar a 0 °F (−18 °C) durante 30 segundos mientras mantiene un voltaje de al menos 7,2 voltios. Los automóviles modernos con motores de inyección de combustible controlados por computadora no tardan más de unos segundos en arrancar y las cifras de CCA son menos importantes de lo que solían ser. Es importante no confundir los números de CCA con CA/MCA o HCA, ya que este último siempre será más alto debido a las temperaturas más cálidas. Por ejemplo, una batería de 250 CCA tendrá más potencia de arranque que una de 250 CA (o MCA), e igualmente una de 250 CA tendrá más que una de 250 HCA.
• Amperios de arranque (CA): la cantidad de corriente que una batería puede proporcionar a 32 °F (0 °C), nuevamente durante 30 segundos a un voltaje igual o superior a 7,2 voltios.
• Amperios de arranque marinos (MCA): al igual que CA, la cantidad de corriente que una batería puede proporcionar a 32 °F (0 °C) y, a menudo, se encuentran en baterías para embarcaciones (de ahí "marinas") y tractores de jardín que tienen menos probabilidades de funcionar en condiciones en las que se pueda formar hielo.
• Los amperios de arranque en caliente (HCA) son la cantidad de corriente que una batería puede proporcionar a 80 °F (27 °C). La clasificación se define como la corriente que una batería de plomo-ácido a esa temperatura puede entregar durante 30 segundos y mantener al menos 1,2 voltios por celda (7,2 voltios para una batería de 12 voltios).

Minutos de capacidad de reserva (RCM o RC)

La capacidad de una batería para soportar una carga eléctrica mínima establecida; se define como el tiempo (en minutos) que una batería de plomo-ácido a 80 °F (27 °C) entregará continuamente 25 amperios antes de que su voltaje caiga por debajo de 10,5 voltios.

Tamaño del grupo

El tamaño del grupo del Battery Council International (BCI) especifica las dimensiones físicas de una batería, como la longitud, el ancho y la altura. Estos grupos son determinados por la organización.

Códigos de fecha

• En los Estados Unidos existen códigos en las baterías para ayudar a los consumidores a comprar una de producción reciente. Cuando las baterías se almacenan, comienzan a perder su carga; esto se debe a reacciones químicas que no producen corriente de los electrodos con el ácido de la batería. Una batería fabricada en octubre de 2015 tendrá un código numérico de 10-5 o un código alfanumérico de K-5. "A" es para enero, "B" es para febrero, y así sucesivamente (se omite la letra "I").
• En Sudáfrica, el código de una batería para indicar la fecha de producción es parte de la carcasa y se funde en la parte inferior izquierda de la cubierta. El código es el año y el número de semana (YYWW), por ejemplo, 1336 es para la semana 36 del año 2013.

Uso y mantenimiento

El exceso de calor es una de las principales causas de las fallas de la batería, como cuando el electrolito se evapora debido a las altas temperaturas, lo que disminuye el área de superficie efectiva de las placas expuestas al electrolito y conduce a la sulfatación. Las tasas de corrosión de la rejilla aumentan con la temperatura. También las bajas temperaturas pueden provocar fallas en la batería.

Si la batería se descarga hasta el punto en que no puede arrancar el motor, el motor se puede arrancar mediante una fuente de energía externa. Una vez en marcha, el motor puede recargar la batería, si el alternador y el sistema de carga no están dañados.

La corrosión en los terminales de la batería puede impedir que un automóvil arranque debido a la resistencia eléctrica, lo que puede evitarse mediante la aplicación adecuada de grasa dieléctrica.

La sulfatación es cuando los electrodos se recubren con una capa dura de sulfato de plomo, lo que debilita la batería. La sulfatación puede ocurrir cuando la batería no está completamente cargada y permanece descargada. Las baterías sulfatadas deben cargarse lentamente para evitar daños.

Las baterías SLI (arranque, encendido e ignición) no están diseñadas para descargas profundas, y su vida útil se reduce cuando se las somete.

Las baterías de arranque tienen placas diseñadas para aumentar el área de superficie y, por lo tanto, una alta capacidad de corriente instantánea, mientras que los tipos marinos (híbridos) y de ciclo profundo tendrán placas más gruesas y más espacio en la parte inferior de las placas para que se acumule el material de placa gastado antes de cortocircuitar la celda.

Las baterías de automóviles que utilizan placas de plomo-antimonio requieren un relleno regular con agua pura para reemplazar el agua perdida debido a la electrólisis y la evaporación. Al cambiar el elemento de aleación a calcio, los diseños más recientes han reducido la tasa de pérdida de agua. Las baterías de automóviles modernas tienen requisitos de mantenimiento reducidos y es posible que no proporcionen tapas para agregar agua a las celdas. Tales baterías incluyen electrolito adicional sobre las placas para permitir pérdidas durante la vida útil de la batería.

Algunos fabricantes de baterías incluyen un hidrómetro incorporado para mostrar el estado de carga de la batería.

El principal mecanismo de desgaste es el desprendimiento de material activo de las placas de la batería, que se acumula en la parte inferior de las celdas y que eventualmente puede provocar un cortocircuito en las placas. Esto se puede reducir sustancialmente encerrando un juego de placas en bolsas separadoras de plástico, hechas de un material permeable. Esto permite que el electrolito y los iones pasen, pero evita que el lodo se acumule en las placas. El lodo consiste en gran parte en sulfato de plomo, que se produce en ambos electrodos.

Impacto medioambiental

El reciclaje de baterías de automóviles reduce la necesidad de recursos necesarios para la fabricación de baterías nuevas, desvía el plomo tóxico de los vertederos y evita el riesgo de una eliminación inadecuada. Una vez que una batería de plomo-ácido deja de tener carga, se considera una batería de plomo-ácido usada (BPAU), que se clasifica como desecho peligroso según el Convenio de Basilea. La batería de automóvil de 12 voltios es el producto más reciclado del mundo, según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. Solo en los EE. UU., se reemplazan alrededor de 100 millones de baterías de automóviles al año, y el 99 por ciento de ellas se entregan para su reciclaje.Sin embargo, el reciclaje puede realizarse incorrectamente en entornos no regulados. Como parte del comercio mundial de desechos, las BAPU se envían desde los países industrializados a los países en desarrollo para su desmontaje y recuperación del contenido. Se puede recuperar alrededor del 97 por ciento del plomo. Pure Earth estima que más de 12 millones de personas del Tercer Mundo se ven afectadas por la contaminación por plomo del procesamiento de BAPU.