22 de julio de 2023
La temperatura afecta todos los procesos dentro de una batería, desde la velocidad de reacción electroquímica hasta la viscosidad del electrolito y la estabilidad de la película SEI. Comprender los efectos de la temperatura es un requisito previo para realizar pruebas y mantenimiento eficaces de las baterías. Este artículo explica por qué la temperatura merece la misma atención que el voltaje.
La temperatura tiene un efecto integral en el rendimiento de la batería. Casi todos los procesos internos (velocidad de reacción electroquímica, viscosidad del electrolito, estabilidad de la película SEI) tienen temperatura controlada. Comprender estos efectos es un requisito previo para realizar pruebas y mantenimiento adecuados de la batería.
A bajas temperaturas (por debajo de 0°C), la capacidad utilizable cae significativamente. Para las baterías de plomo-ácido, a 0°C la capacidad utilizable es aproximadamente el 75% de la nominal; a -10°C, aproximadamente el 50%; a -20°C, posiblemente sólo el 30%. Esto no es un daño permanente: la baja temperatura reduce la conductividad iónica del electrolito, ralentiza la cinética de reacción y aumenta la polarización, lo que reduce temporalmente la capacidad disponible. La capacidad se recupera cuando aumenta la temperatura. Sin embargo, la descarga de alta corriente a baja temperatura puede hacer que el voltaje caiga rápidamente y provocar el apagado del equipo, aunque quede capacidad residual.
A altas temperaturas (por encima de 30°C), la capacidad utilizable aumenta temporalmente (aproximadamente un 10% por cada 10°C de aumento para el plomo-ácido), pero el costo es una degradación acelerada de la vida útil. La vida útil del flotador de plomo-ácido a 25°C es de aproximadamente 5 a 8 años; cada aumento de 10°C reduce aproximadamente a la mitad la vida restante; a 35°C, tal vez sólo queden entre 2 y 4 años. Esto se debe a que las altas temperaturas aceleran la corrosión de la red y el consumo de agua del electrolito. Las baterías de iones de litio son igualmente sensibles: las altas temperaturas aceleran la descomposición de la película SEI y la oxidación de los electrolitos, lo que provoca una pérdida acelerada de capacidad y un rápido aumento de la resistencia interna.
Por lo tanto, el valor del control de la temperatura en las pruebas de baterías es el siguiente: los resultados de las pruebas tomadas a diferentes temperaturas no son comparables. Sin registrar la temperatura ambiente durante las pruebas, los análisis posteriores no pueden determinar si los cambios de resistencia reflejan envejecimiento o simplemente una variación de temperatura. Por ejemplo, la resistencia medida en invierno puede ser mayor que en verano, no porque la batería esté vieja, sino porque hacía frío.
La compensación de temperatura es una tecnología clave en las pruebas de baterías. Su propósito es eliminar los efectos de la temperatura para poder comparar los datos medidos en diferentes momentos. El principio: utilizar 25°C como temperatura de referencia y corregir los resultados en función de la desviación de la referencia.
Para las pruebas de resistencia interna, el enfoque de compensación típico es: cada desviación de 10 °C con respecto a la referencia ajusta la lectura en aproximadamente un 30 % para baterías de plomo-ácido o un 15 % para baterías de iones de litio. Por ejemplo, la resistencia interna medida a 10°C como 50 mΩ se corrige a aproximadamente 35 mΩ en la referencia de 25°C. Esto permite una comparación directa entre las lecturas de invierno y verano.
Para las pruebas de tensión, la compensación de temperatura es igualmente importante. El voltaje de circuito abierto de la batería también varía con la temperatura: aproximadamente 3 mV por 1 °C para plomo-ácido. Sin compensación, 12,6 V medidos a 5 °C y 12,6 V medidos a 35 °C pueden corresponder a valores de SOC que difieren en más del 10 %.
El PK59B incluye compensación de temperatura incorporada con un sensor de temperatura estándar para medición simultánea de la temperatura ambiente y de la superficie de la batería. El probador corrige automáticamente las lecturas utilizando una curva de compensación preestablecida; no es necesario ningún cálculo manual. En la práctica, esto reduce significativamente los diagnósticos erróneos causados por la variación de temperatura.
En el proceso de falla de la batería, las anomalías de temperatura a menudo aparecen antes de que aumente la resistencia interna o la capacidad disminuya visiblemente. La detección temprana de anomalías de temperatura puede evitar muchas pérdidas.
Los patrones típicos de anomalías de temperatura incluyen: una celda de una cadena que se calienta significativamente más que otras durante la carga (lo que sugiere una sulfatación interna corta o severa); toda la cadena se calienta persistentemente durante la carga de flotación (lo que sugiere que el voltaje de flotación está configurado demasiado alto); recuperación lenta de la temperatura después de la descarga (lo que sugiere una impedancia interna excesiva). Si estas anomalías de temperatura se pueden detectar a tiempo, se pueden tomar medidas correctivas antes de una falla catastrófica: descontrol térmico o pérdida de capacidad a cero.
El método de detección depende de la configuración del equipo. El enfoque más simple es un probador de batería con capacidad de temperatura (como el PK59B), que registra la temperatura junto con cada prueba de resistencia interna. Más avanzado es un sistema de monitoreo de temperatura en línea con sensores en cada celda y datos cargados continuamente a un host de monitoreo. Para la mayoría de los sitios de telecomunicaciones y UPS, las pruebas periódicas de temperatura combinadas con pruebas de resistencia interna son suficientes para detectar la mayoría de las anomalías de temperatura.
La prueba de temperatura parece simple pero tiene detalles operativos que vale la pena mencionar. Primero: dónde medir. La distribución de temperatura dentro de una batería no es uniforme: los terminales y las conexiones se calientan más que el cuerpo debido al calentamiento Joule debido a la resistencia de contacto. Por lo tanto, mida en el cuerpo de la batería (carcasa intermedia) como referencia principal, con la temperatura del terminal como referencia secundaria. Si la temperatura del terminal excede la temperatura corporal en más de 10°C, es probable que las conexiones estén flojas y necesiten apretarse.
Segundo: cuándo medir. La temperatura de la batería aumenta durante la carga, también durante la descarga, y vuelve gradualmente a la temperatura ambiente cuando está en reposo. Para poder comparar las pruebas, registre la temperatura en un punto constante del ciclo de prueba, por ejemplo, siempre durante la carga flotante estable o siempre al final de la descarga. Si los puntos de medición varían, los datos de temperatura se vuelven difíciles de analizar.
Tercero: cómo interpretar. Una sola lectura de temperatura refleja sólo el momento de la medición y debe compararse con la temperatura ambiente. Si la temperatura del cuerpo de la batería excede la temperatura ambiente en más de 5 °C, se producirá un calentamiento interno anormal incluso si la temperatura absoluta aún es baja. Si las temperaturas de las celdas dentro de una cadena varían en más de 3°C, hay inconsistencia celular.
Para los equipos de mantenimiento, integre las pruebas de temperatura en los procedimientos de mantenimiento de baterías existentes. Los equipos con un PK59A pueden agregar un termómetro infrarrojo como complemento de temperatura; Los equipos con un PK59B utilizan el sensor estándar directamente. Independientemente de la herramienta, la clave es registrar la temperatura junto con cada prueba.
Para compradores en áreas con amplia variación de temperatura ambiente (regiones tropicales, zonas templadas con cuatro estaciones distintas), priorice los modelos con capacidad de prueba de temperatura (PK59B). La falta de datos de temperatura reduce drásticamente la capacidad de análisis de los resultados de las pruebas: puede invertir el mismo tiempo y esfuerzo en las pruebas, pero no puede determinar si los resultados son normales sin el contexto de la temperatura.
De cara al futuro, el mantenimiento de la batería está evolucionando hacia una evaluación integral de múltiples parámetros: resistencia interna, voltaje, temperatura, historial de carga y descarga y condiciones ambientales combinadas a través del análisis de datos para producir una puntuación compuesta del estado de la batería. La temperatura es un parámetro indispensable en este sistema. View the Battery Test Instruments Collection
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