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Baterías para Aplicaciones Estacionarias

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Disponer de energía eléctrica para aplicaciones portátiles, la puesta en marcha, sistemas de emergencia o garantizar la continuidad de suministro ante un fallo en la red eléctrica se ha solucionado …

Disponer de energía eléctrica para aplicaciones portátiles, la puesta en marcha, sistemas de emergencia o garantizar la continuidad de suministro ante un fallo en la red eléctrica se ha solucionado mediante las baterías. Existen las baterías primarias o pilas que pueden entregar energía de forma irreversible hasta su completo agotamiento. Y baterías secundarias, o simplemente baterías, que permiten procesos cíclicos reversibles de carga-descarga. Por este motivo, estas últimas son las más utilizadas en actividades industriales.

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  • 1. Baterías para aplicaciones en ESPAÑOL estacionarias Roberto Villafáfila CITCEA-UPC roberto.villafafila@citcea.upc.edu Presentación Barcelona-España 24 noviembre 2008
  • 2. Introducción Problema: – Disponer de energía eléctrica para aplicaciones móviles sin conexión a la red eléctrica. – Sistemas de seguridad y continuidad de suministro en aplicaciones conectadas a la red. Solución: – Baterías • Baterías primarias (o pilas) – Descarga irreversible. • Baterías secundarias (o baterías) – Proceso cíclico reversible de carga/descarga. en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 3. Sistemas de baterías para aplicaciones conectadas a la red Alimentación cargas en corriente continua: RECTIFICADOR CARGA RED CA/CC CC BATERÍAS Alimentación cargas en corriente alterna: en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 4. Aplicaciones estacionarias Aplicaciones no destinadas a cambiarse de sitio habitualmente: – Instalaciones • Telecomunicaciones, centros de proceso de datos, transporte y distribución de energía eléctrica. – Equipos fijos • Sistemas de alimentación ininterrumpida. Otras características: – Disponibilidad las 24 h/ 365 días del año. – Condiciones de trabajo conocidas y normalmente cíclicas. – Dimensión y potencia frecuentemente considerables. en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 5. Baterías para aplicaciones estacionarias Presente: – Plomo-ácido – Níquel-Cadmio (Ni-Cd) Futuro corto plazo: – Níquel- Hidruro metálico (Ni-MH) – Ión-Litio Futuro largo plazo: – Pilas de combustible – Baterías de flujo en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 6. Baterías de Plomo-ácido Tipos en función del electrolito: – Abiertas, con electrolito líquido. – Reguladas por válvula (VRLA): • AGM, con electrolito absorbido en fibra de vidrio. • Gel, con electrolito inmovilizado o gelificado. Fuente: Hoppecke en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 7. Baterías de Plomo-ácido Ventajas – Las más económicas para aplicaciones de alta potencia. – Reciclables. – Proporcionan altos niveles de seguridad y fiabilidad. – Las VRLA no precisan de mantenimiento significativo durante su vida útil gracias a la tecnología de recombinación de gases. Sin embargo, a las abiertas hay que añadirles electrolito periódicamente. – Las VRLA pueden situarse prácticamente en cualquier posición mientras sus bornes sean accesibles. En cambio, las abiertas tienen que estar en posición vertical y ser accesible para verificar el nivel del electrolito. – Las baterías con electrolito gelificado permiten una utilización más segura y cómoda, pues el electrolito no se evapora. en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 8. Baterías de Plomo-ácido Inconvenientes – Suelen tener grandes dimensiones y un peso elevado. – Su condición depende en gran medida del entorno y de su utilización. – Las abiertas requieren un mantenimiento regular y un espacio especialmente acondicionado por si hubiera pérdida de electrolito. – Las de tipo VRLA están activadas desde que finaliza su proceso de producción. En cambio, las de tipo abierta son activadas después de su instalación. en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 9. Baterías de Niquel-Cadmio (Ni-Cd) Ventajas – Disponible en un amplio rango de tamaños. – Económica. – Construcción robusta y larga vida útil. – Tiempo máximo de almacenamiento elevado. – Fácil de almacenar y de transportar. – Alto número de ciclos de carga/descarga (puede superar los 1.000 ciclos). – Carga rápida y simple, incluso después de un largo período de almacenamiento. – Posible la recarga a bajas temperaturas. Fuente: Enersys en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 10. Baterías de Niquel-Cadmio (Ni-Cd) Inconvenientes – Su densidad energética es relativamente baja, con lo que deben ser recargadas cada poco tiempo. – Necesita una descarga completa periódica, ya que sino se forman cristales en los platos de la celda (también conocido como efecto memoria) y va perdiendo gradualmente capacidad. – Contiene metales tóxicos, por lo que requiere una gestión especial a fin cumplir la normativa medioambiental. – Necesita ser recargada después de un período de almacenamiento, ya que la tasa de autodescarga es relativamente alta. en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 11. Baterías de Ión-Litio Ventajas – Alta densidad energética. – Tasa de autodescarga relativamente baja. – No precisa de descargas periódicas, ya que no tiene efecto memoria. – Se descarga de forma lineal, por lo que es fácil estimar su autonomía. – Algunas pueden entregar corrientes muy elevadas. – Normalmente disponibles en rack. Fuente: Saft en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 12. Baterías de Ión-Litio Inconvenientes – Precisa de un circuito de protección para mantener la tensión y el corriente dentro del rango de seguridad. – Pérdida de vida útil con el tiempo, incluso si se encuentra almacenada, y difícil de predecir. Para reducir este efecto conviene que sea almacenada parcialmente cargada (aproximadamente al 40% de carga) en un lugar frío. – El transporte de grandes cantidades de baterías ión-litio debe ser controlado y regulado. – Tienen un elevado coste de producción, aproximadamente un 40% superior a las Ni-Cd. en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 13. Baterías de Níquel- Hidruro metálico (Ni-MH) Ventajas – Mayor capacidad que las de Ni-Cd (hasta un 40%). – Menor afectación del efecto memoria. – Almacenamiento y transporte sencillo, no sujeto a restricciones legales. – Impacto ambiental bajo y es reciclable. Fuente: Saft en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 14. Baterías de Níquel- Hidruro metálico (Ni-MH) Inconvenientes – Vida útil menor que las de Ni-Cd. – Almacenamiento máximo de tres años. – Envejecimiento prematuro por bajas temperaturas, cargas parciales y almacenamiento a altas temperaturas. – Corriente de descarga limitada. – Proceso de carga más largo que las de Ni-Cd y complejo porque se genera mucho calor. – Autodescarga elevada. – Mantenimiento elevado. en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 15. Comparativa Ión-Litio Plomo- Ni-Cd Ni-MH Ión-Li Ión-Li ácido Ión-Li Cobalto Manganeso Fosfato Tensión nominal 1,25V 1,25V 2V 3,6V 3,6V 3,3V por celda Resistencia 100-200 200-300 por Inferior a 100 100-130 por celda 25-75 por celda 25-50 por celda interna [mΩ] por módulo 6V módulo 6V por módulo 12V 150-300 por módulo Densidad 45-80 Wh/kg 60-120 Wh/kg 30-50 Wh/kg 150-190 Wh/kg 100-135 Wh/kg 90-120 Wh/kg energética Corriente 0,5C o 1C 0,2C 1C o menos 10C o menos 10C o menos recomendada inferior Corriente máxima 20C 5C 5C Inferior a 3C Inferior a 30C Inferior a 30C permitida Número de ciclos >1000 bajo de carga/descarga >1000 300-500 200-300 300-500 300-500 condiciones (hasta el 80% de la capacidad inicial) controladas Tiempo de carga 1h 2-4h 8-16h 1,5-3h 1h o menos en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol
  • 16. Comparativa Ión-Litio Plomo- Ni-Cd Ni-MH Ión-Li Ión-Li ácido Ión-Li Cobalto Manganeso Fosfato Autodescarga 20% 30% 5% Inferior al 10% mensual Tolerancia a la Moderada Baja Alta Baja sobrecarga Temperatura de de -40º a 60ºC De -20º a 60ºC de -20º a 60ºC de -20º a 60ºC operación Estabilidad Sí Sí Sí Hasta 150ºC Hasta 250ºC Hasta 250ºC térmica Cada 3-6 meses para Periodicidad del Cada 2 meses Cada 3 meses abiertas y casi No necesario mantenimiento máximo máximo nulo para VRLA Impacto Bajo toxicidad Alto Muy alto Poco tóxicas medioambiental Reciclable Reciclable Recomendado Recomendado Recomendado Seguridad Circuito de seguridad obligatorio fusible fusible fusible Uso comercial 1950 1990 1970 1991 1996 2006 desde en ESPAÑOL www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol