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Prueba de sistemas de batería

Las baterías de almacenamiento son cada vez más importantes en términos de seguridad del suministro de energía. Sin embargo, han estado en uso durante muchas décadas, especialmente, aunque no solo, en el campo del suministro de energía de emergencia. Pero las pilas son sujetos a procesos de envejecimiento irreversibles e inevitables a lo largo del tiempo, que dan como resultado una reducción disponible capacidad. Con el fin de garantizar la disponibilidad de la capacidad nominal de un sistema de baterías estacionarias, las pruebas periódicas y es necesario un mantenimiento bien organizado. El objetivo es determinar el estado actual de la batería y señalar bloques envejecidos antes de que ocurra un daño relevante, lo que reduce la capacidad de la batería.

IEEE 450-2010 Práctica recomendada para mantenimiento, prueba y reemplazo de baterías de plomo-ácido ventiladas para aplicaciones estacionarias
IEEE 1188-2005 Práctica recomendada para mantenimiento, prueba y reemplazo de baterías VRLA para aplicaciones estacionarias
EPRI Guía de baterías estacionarias: Diseño, aplicación y mantenimiento
DIN IEC 21/455/CD: 1998-12 Guía para el uso de sistemas de monitoreo para baterías estacionarias de plomo-ácido
DIN EN 50272-2
VDE 0510-2:2001-12
Requisitos de seguridad para baterías secundarias e instalaciones de baterías
(Adoptado como DIN EN IEC 62485-2 a partir de abril de 2021)
DIN EN IEC 62485-2
(VDE 0510-485-2)
Requisitos de seguridad para baterías secundarias e instalaciones de baterías.
Parte 2: Baterías estacionarias

Mediciones relevantes en un sistema UPS:

  • Tensión alterna y continua
  • Corriente continua
  • Resistencia interna
  • Densidad del ácido
  • La temperatura

Inspección visual: Son aplicables en este contexto las reglas establecidas en las normas antes mencionadas.

Voltaje de flotación: Todos los valores de voltaje de los bloques de batería individuales dentro de un sistema de batería se registran, a menudo, en intervalos de rango medio (inspección cada 3 meses).

Carga/descarga: Los valores de voltaje del bloque se registran varias veces para este fin, por ejemplo, durante una carga controlada del proceso de descarga. Se deben completar al menos dos ejecuciones de prueba.

Resistencia: Además de los valores medidos para el voltaje de bloque (ver voltaje de flotación), la resistencia interna asociada también se registran los valores de los bloques de batería.

Intervalo U / Intervalo U + I: Las curvas de voltaje y corriente durante la carga y descarga se pueden registrar en intervalos de tiempo libremente definibles.

Conectores: Medición de la caída de tensión en los conectores, también durante la descarga.

Temperatura: Adquisición de temperaturas de bloque, frecuentemente realizada junto con la medición de la tensión de flotación.

Densidad: medición de la densidad del electrolito en los bloques de batería (para baterías ventiladas)

Carga flotante – Contexto
  • La carga flotante es necesaria para las aplicaciones de SAI a fin de evitar la autodescarga de las baterías.
  • Se forman burbujas de gas en el acumulador de plomo a partir de una tensión de 2,4 V por celda, la llamada tensión de gasificación. Como resultado, se acelera la corrosión de los electrodos y se puede formar gas oxihidrógeno durante el transcurso de la operación con sobrecarga prolongada.
  • Un voltaje de flotación ideal para baterías de plomo-ácido con un efecto de minimización de la corrosión se encuentra dentro de un rango de 2,20 a 2,25 V por celda.
  • Se requiere corrección de temperatura para aplicaciones críticas. El factor de corrección para rangos de baterías de plomo de -0,004 a -0,003 V/K.
Resistencia interna – Indicador SoH
  • Desde el momento de su fabricación, las baterías de plomo-ácido comienzan a envejecer de forma irreversible a lo largo de su vida útil.
  • La resistencia interna aumenta a medida que envejecen los componentes de la batería.
  • El estado de salud (SoH) de una batería se puede estimar en función de cómo cambia su resistencia interna con el tiempo.
  • Como requisito previo, se debe medir la resistencia interna cuando se instala la batería para que el valor medido se pueda utilizar como referencia.
Resistencia interna

resistencia-baterias

 – Modelo electroquímico (para tipos de batería a base de plomo)

Indicadores de los efectos del envejecimiento:

  • Rm: efectos de corrosión, formación de dendritas.
  • Re: Condición de electrolitos.
  • Rct: Calidad y estructura del material de la placa activo
  • La resistencia interna de una batería aumenta a medida que avanza el envejecimiento.

 

Test de capacidad – Contexto

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Relacionado con bloques: carga/descarga
  • Medición múltiple de tensiones de bloque durante la carga/descarga.
  • La medición se puede usar para identificar bloques envejecidos sobre la base de valores de tensión divergentes (p. ej., caída de tensión prematura durante la descarga).
Relacionado con la batería: Intervalo U / Intervalo U+I
  • Registro de una secuencia completa de carga/descarga de la batería con respecto a las curvas características de tensión y corriente.
  • Se pueden determinar los amperios-hora suministrados/retirados. La capacidad de una batería se identifica de esta manera.
CONECTORES: procedimiento de medición

Medición de la caída de tensión en los conectores.

  • La medición debe realizarse durante la descarga.
  • Esta medida permite determinar si los conectores de los bloques están dañados o no han sido apretados adecuadamente.
Temperatura – Antecedentes

La temperatura de una célula es un indicador importante de su estado de salud.

  • Pueden producirse cortocircuitos internos debido a la corrosión o la formación de dendritas. Como resultado, la temperatura de la celda aumenta. El aumento de temperatura hace que el electrolito se seque más rápidamente, lo que a su vez favorece los procesos de corrosión. El aumento de la corrosión significa una temperatura más alta -> fuga térmica (peligro de incendio).
  • A menudo se desarrollan cortocircuitos entre placas individuales. Con un voltaje de flotación constante, aumenta el voltaje aplicado a las celdas que no están en cortocircuito y se forma hidrógeno -> riesgo de explosión.
Densidad del ácido – Antecedentes

Determinación del estado de carga midiendo la densidad del ácido.

  • Batería de plomo-ácido ventilada, densidad del ácido en estado completamente cargado: 1,22 a 1,26 kg por metro cúbico (según el tipo de batería), en estado completamente descargado: 1,1 kg por metro cúbico.
  • Medición de densidades de ácido con baterías completamente cargadas
  • Comparación de densidades de ácido de células individuales entre sí -> identificación de células defectuosas
  • Medición de la temperatura del electrolito

 

Instrumento de prueba para tecnología de baterías: Metracell BT PRO

Aplicaciones: Prueba y mantenimiento de baterías VRLA y baterías de plomo-ácido ventiladas. Probar la batería en busca de signos de envejecimiento mecánico (por ejemplo, corrosión de polos) y envejecimiento electroquímico (por ejemplo, resistencia de contacto del electrodo al electrolito).

  • Inspecciones visuales de acuerdo con las normas aplicables
  • Pruebas periódicas de los sistemas UPS
    • Medición de la tensión de flotación para comprobar si hay daños en los bloques de batería (aumento del consumo de energía).
    • Adquisición de las características de tensión y corriente durante la descarga de la batería (con pinza amperimétrica opcional) ->prueba de capacidad de nivel de batería.
    • Medición de voltajes de bloque durante la carga o descarga de la batería -> prueba de capacidad a nivel de bloque.
    • Determinación de la resistencia interna para pruebas referenciales de bloques de baterías a base de plomo.
    • Detección de la temperatura del bloque a través del sensor de infrarrojos opcional.
    • Adquisición de valores de densidad de ácido para determinar la calidad del electrolito (para baterías ventiladas) – lectura vía instrumento de medición externo.
  • Estimación del SoH (estado de salud) de la batería basada en datos históricos (valores comparativos)

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