La carga en paralelo requiere una distribución controlada de la corriente, cadenas de baterías compatibles, medición precisa del voltaje y protección independiente para cada rama. Utilice un perfil de carga IU, conecte únicamente celdas o cadenas compatibles, dimensione los conductores para una caída de voltaje inferior al 2 % a la corriente nominal y monitoree continuamente el voltaje, la corriente y la temperatura. Añada aislamiento y protección contra sobrecorriente a nivel de rama cuando una cadena defectuosa pueda afectar al resto del sistema de prueba.
La regla central es que las cadenas en paralelo deben comportarse como cargas eléctricas similares, mientras que cada rama permanece protegida frente a las fallas de las demás. La compatibilidad, la simetría de los cables, el comportamiento controlado del cargador, los límites térmicos y el aislamiento automatizado de fallas son necesarios para realizar pruebas multicelda confiables.
Establecer la compatibilidad eléctrica
Compatibilidad de la química, la capacidad y el número de celdas
Conecte únicamente baterías o cadenas con la misma química, capacidad nominal y número de celdas. Sus requisitos de voltaje de carga, resistencia interna y comportamiento del estado de carga deben ser suficientemente compatibles para el funcionamiento en paralelo.
No utilice la carga en paralelo para compensar celdas incompatibles. Una cadena con mayor voltaje o menor resistencia puede aceptar una parte desproporcionada de la corriente, dejando otras cadenas con carga insuficiente o generando un calentamiento localizado.
Igualar las condiciones iniciales
Antes de conectar las ramas en paralelo, verifique que sus voltajes y estados de carga estén razonablemente alineados. Conectar cadenas con voltajes considerablemente diferentes puede producir una corriente de igualación elevada que eluda la estrategia prevista de control del cargador.
Mida cada rama de forma independiente antes de conectarla. Una rama con voltaje, temperatura, fuga o resistencia anormales debe permanecer aislada hasta que sea investigada.
Utilizar conexiones simétricas
Diseñe las rutas de carga y descarga de modo que cada rama tenga una longitud de cable, resistencia del conductor, resistencia del conector y calidad de contacto comparables. Una resistencia desigual en las rutas provoca una distribución desigual de la corriente incluso cuando las baterías son por lo demás idénticas.
Cuando sea práctico, utilice una disposición de bus equilibrada o un cableado simétrico equivalente. No se base únicamente en la similitud visual; verifique la corriente de cada rama durante la puesta en servicio.
Seleccionar el perfil de carga correcto
Preferir la carga IU
Utilice un perfil de tipo IU, que consta de una fase de corriente constante controlada seguida de una fase de voltaje constante controlada, cuando sea adecuado para la química de la batería y los requisitos de carga del fabricante.
La fase de corriente constante establece un comportamiento de carga predecible. La fase de voltaje constante limita el voltaje final de carga y permite que la corriente disminuya a medida que las baterías se acercan a la carga completa.
Evitar el comportamiento W no controlado
La carga de tipo W puede producir una distribución desigual de la corriente, ya que pequeñas diferencias en el voltaje de las baterías hacen que las distintas ramas en paralelo acepten corrientes diferentes. Esto puede provocar estados de carga desiguales y un mayor esfuerzo en determinadas cadenas.
El cargador debe regular el parámetro relevante para la química de la batería y el objetivo de la prueba. Una salida nominalmente compartida no es suficiente si no se verifican las corrientes y temperaturas de las ramas.
Comprender las transiciones de los cargadores en paralelo
Cuando se conectan en paralelo las salidas de CC de los cargadores, es posible que las unidades no pasen de modo de corriente constante a modo de voltaje constante exactamente al mismo voltaje. La unidad con el umbral de CV ligeramente inferior puede entrar primero en modo CV y reducir su corriente mientras otra unidad permanece en modo CC.
Cuando la corriente de la primera unidad se aproxima a cero, la otra unidad puede completar la mayor parte o la totalidad de la fase CV restante. Este comportamiento solo es aceptable cuando los cargadores son compatibles, sus ajustes de voltaje están coordinados y el sistema combinado permanece dentro de los límites de la batería y del equipo.
Controlar los conductores y la precisión de las mediciones
Limitar la caída de voltaje
Dimensione los cables de interconexión de modo que la caída de voltaje permanezca por debajo del 2 % a la corriente nominal. Una caída excesiva puede hacer que el cargador detecte un voltaje de batería artificialmente bajo.
Durante la fase CV, esta lectura incorrecta puede hacer que el cargador mantenga un voltaje de salida excesivo en los terminales de la batería, prolongue la carga, aumente el calentamiento o produzca resultados de prueba inexactos.
Incluya en el cálculo la resistencia de los cables, fusibles, conectores, barras colectoras y dispositivos de conmutación. Confirme el resultado mediante mediciones tomadas tanto en los terminales del cargador como en los terminales de la batería bajo carga.
Medir cada rama en paralelo
Monitoree la corriente total y, cuando sea posible, la corriente de cada cadena individual. Las mediciones de corriente de las ramas revelan conexiones deficientes, baterías incompatibles, resistencias anormales y fallas incipientes que la medición de la corriente total puede ocultar.
Registre también el voltaje y la temperatura de cada cadena. Un voltaje total normal no demuestra que cada celda o cadena esté funcionando correctamente.
Coordinar los ajustes del cargador
Los cargadores conectados en paralelo deben tener ajustes de voltaje de salida, límites de corriente, características de control y umbrales de protección compatibles. Confirme que una unidad no pueda impulsar a otra fuera de su rango de funcionamiento permitido.
La combinación de cargadores debe probarse bajo las condiciones previstas de CC, transición, CV y flotación antes de conectarla a celdas valiosas o sensibles a fallas.
Añadir protección contra fallas a nivel de rama
Proteger grandes conjuntos en paralelo
Para sistemas con más de cuatro cadenas VRLA en paralelo, el diseño de referencia requiere un diodo de aislamiento y un fusible tanto en la ruta de carga como en la ruta de descarga de cada cadena. Esta configuración debe tratarse como un requisito de diseño para el sistema correspondiente, sujeto a verificación conforme a las instrucciones del fabricante de la batería y al análisis de la corriente de falla del dispositivo de prueba.
El objetivo es contener las fallas en la rama: una falla en una cadena no debe hacer que las demás suministren una corriente descontrolada hacia ella.
Evitar la descarga inversa
Un diodo de aislamiento en la ruta de descarga puede evitar que las cadenas en buen estado se descarguen en una cadena que contenga una celda en cortocircuito. Sin aislamiento, las cadenas paralelas restantes pueden alimentar la falla con una corriente muy superior a la que la cadena defectuosa podría soportar.
La caída de voltaje directo del diodo, la disipación térmica, la tensión inversa nominal y el comportamiento ante fallas deben incluirse en el diseño. El diodo debe estar dimensionado para la corriente continua y transitoria esperada.
Limitar la corriente de carga durante una falla
Un diodo en la ruta de carga y un fusible correctamente seleccionado pueden evitar que una cadena en cortocircuito absorba la corriente disponible del cargador y la desvíe de las demás ramas. El fusible debe interrumpir la corriente de falla prevista y coordinarse con el propio límite de corriente del cargador.
No seleccione los fusibles únicamente a partir de la corriente de funcionamiento normal. Tenga en cuenta la corriente de irrupción, la corriente de cortocircuito, el tiempo de despeje, la temperatura ambiente y la energía de falla aceptable para la batería y el dispositivo de prueba.
Monitorear la temperatura y las condiciones eléctricas
Aplicar límites de temperatura específicos de la química
Monitoree continuamente la temperatura de las celdas y del electrolito durante la carga. Reduzca la corriente o interrumpa la carga cuando se alcance el límite crítico aplicable.
Los valores de referencia son aproximadamente 35 °C para el electrolito de plomo-ácido y 45 °C para las baterías NiCd estándar, pero no son límites universales. El rango de temperatura especificado por el fabricante de la batería y la norma de prueba tienen prioridad.
Detectar anomalías de la red eléctrica y de CC
La supervisión automatizada debe detectar fallas de fase de la red eléctrica, subtensión y sobretensión, y luego aislar el sistema de carga hasta que las condiciones de suministro vuelvan a un rango aceptable.
En el lado de CC, monitoree la sobretensión, la subtensión, la sobrecarga y el comportamiento anormal de la corriente. En sistemas de alimentación redundantes en paralelo, el monitoreo de corriente debe ser capaz de aislar una unidad de alimentación defectuosa sin desconectar innecesariamente las unidades en buen estado.
Monitorear la ondulación y el estado de carga
Mida la ondulación del voltaje de CC causada por la degradación del convertidor o del filtro. Una ondulación excesiva puede aumentar el calentamiento de la batería e introducir esfuerzos o errores de medición no deseados en la prueba.
Utilice los datos de voltaje, corriente, temperatura y estado de carga para controlar las transiciones a la carga de flotación o finalizar la prueba. El monitoreo de fusibles y del estado de carga debe activar una desconexión rápida cuando se detecte un cortocircuito o una sobrecarga térmica.
Proporcionar medidas de protección para las instalaciones y el dispositivo de prueba
Controlar los riesgos del hidrógeno y la ignición
Las baterías de plomo-ácido pueden liberar hidrógeno durante la carga. Proporcione ventilación natural o forzada adecuada para la instalación y los requisitos de seguridad aplicables, incluidas las normas locales pertinentes, como DIN VDE 0510 cuando corresponda.
Prohíba los trabajos que produzcan chispas cerca de las baterías en carga. La ventilación debe evaluarse según el tamaño real de la batería, la tasa de carga, la carcasa y la distribución de la sala, en lugar de suponerse adecuada por el simple flujo de aire general de la habitación.
Evitar cortocircuitos accidentales
Aísle los conectores entre celdas y los terminales expuestos frente a herramientas conductoras y contactos involuntarios. Mantenga las conexiones secas, seguras y libres de aislamiento dañado.
Utilice cubiertas, terminales protegidos, enclavamientos adecuados y procedimientos de conexión controlados. Una herramienta metálica que conecte terminales adyacentes puede crear un arco eléctrico grave, un riesgo de incendio o daños en la batería incluso cuando el cargador está limitado en corriente.
Añadir diagnósticos a nivel de celda cuando sea necesario
Las celdas de alta presión o experimentales pueden requerir transductores de presión o galgas extensométricas, medición del voltaje de cada celda y sensores de temperatura. Estas señales proporcionan una alerta temprana de presión anormal, desequilibrio, sobrecalentamiento o falla.
Para conjuntos que requieran tolerancia a fallas de circuito abierto, las redes de derivación diseñadas pueden mantener la protección del paquete cuando una celda individual queda en circuito abierto. La selección de diodos, la disipación térmica y el comportamiento de derivación deben validarse para el voltaje, la corriente y el modo de falla específicos de la celda.
Comprender las ventajas y desventajas
El aumento de la corriente incrementa la energía de falla
Conectar salidas de cargadores en paralelo puede aumentar la corriente total de carga por encima de la capacidad de un solo cargador o de una sola configuración de suministro de CA. También puede aumentar la corriente de falla disponible, el calentamiento de los conectores, la energía del arco y las consecuencias de un cortocircuito en una rama.
Por lo tanto, cada aumento de la capacidad en paralelo debe ir acompañado de una revisión de los fusibles, el aislamiento, el dimensionamiento de los conductores, la disipación térmica, las desconexiones de emergencia y la protección de la carcasa.
Los componentes de aislamiento añaden pérdidas
Los diodos mejoran la contención de fallas, pero introducen una caída de voltaje directo y generación de calor. Con corrientes elevadas, esa pérdida puede afectar la precisión del voltaje de carga y requerir una disipación térmica considerable.
El aislamiento activo mediante diodos ideales o contactores puede reducir las pérdidas, pero añade complejidad de control y modos de falla adicionales. El enfoque seleccionado debe validarse durante el funcionamiento normal y en condiciones de falla única.
La carga de igualación depende de la química
Las cargas de igualación periódicas pueden corregir el desequilibrio en las químicas que admiten esta práctica. La referencia describe una carga IU prolongada o una carga breve por encima de 2,4 V por celda, con una frecuencia semanal o mensual según la frecuencia de los ciclos.
Ese voltaje no es un ajuste universal. La igualación puede dañar las baterías que no estén diseñadas para ella, aumentar la generación de gases e invalidar un protocolo de prueba, por lo que deben utilizarse los límites del fabricante de la batería y la norma de prueba aplicable.
Las pruebas en paralelo pueden ocultar fallas individuales
Una cadena en buen estado puede ocultar una cadena débil cuando solo se registran el voltaje del paquete y la corriente total. El sistema general puede parecer normal mientras una rama está sobrecargada, con carga insuficiente o presenta un comportamiento térmico anormal.
Por lo tanto, las mediciones a nivel de rama y las alarmas automatizadas son esenciales para obtener datos de rendimiento y seguridad confiables.
Tomar la decisión adecuada según el objetivo
Utilice el objetivo operativo para determinar la arquitectura mínima de monitoreo y protección:
- Si su objetivo principal es la uniformidad de la carga: Utilice cadenas compatibles, cableado simétrico de baja resistencia, un perfil IU, estados de carga iniciales equilibrados y mediciones individuales de la corriente de cada rama.
- Si su objetivo principal es la contención de fallas: Añada fusibles y dispositivos de aislamiento con una capacidad nominal independiente a cada rama, especialmente cuando haya más de cuatro cadenas VRLA en paralelo, y verifique el comportamiento ante un cortocircuito de una sola cadena.
- Si su objetivo principal es la vida útil de las celdas: Aplique límites de voltaje y temperatura específicos de la química, monitoree continuamente la temperatura de las celdas y del electrolito, y aplique cargas de igualación únicamente cuando estén explícitamente permitidas.
- Si su objetivo principal es la precisión de las mediciones: Mantenga la caída de voltaje por debajo del 2 %, mida el voltaje en los terminales de la batería, monitoree la ondulación de CC y registre el voltaje, la corriente y la temperatura de cada cadena.
- Si su objetivo principal es la seguridad del laboratorio: Proporcione ventilación adecuada para el hidrógeno, elimine las fuentes de ignición cercanas, proteja los terminales, utilice aislamiento de emergencia y mantenga las conexiones secas y sin daños.
Un sistema confiable de prueba de baterías en paralelo se construye haciendo predecible la distribución de corriente, localizando las fallas y permitiendo observar cada celda y rama crítica.
Tabla de resumen:
| Parámetro | Requisito |
|---|---|
| Compatibilidad eléctrica | Coincidir en química, capacidad y número de celdas; igualar los voltajes iniciales |
| Perfil de carga | Utilizar un perfil IU; evitar el tipo W; verificar las transiciones |
| Conductores y medición | <2 % de caída de voltaje; medir la corriente, el voltaje y la temperatura de cada rama |
| Protección contra fallas | Fusibles de rama, diodos de aislamiento, prevención de la descarga inversa |
| Monitoreo | Límites de temperatura, alarmas de voltaje/corriente, detección de ondulación |
| Medidas de protección de las instalaciones | Ventilación para el hidrógeno, prevención de cortocircuitos, diagnósticos a nivel de celda |
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