Usar una batería como tampón

Las baterías de ácido-plomo (lead acid en inglés), no obstante su capacidad de acumulación de energía mucho más baja respecto a las modernas baterías ION-Litio (las que se usan en los teléfonos móviles y en los PC portátiles), tienen algunas ventajas que a continuación podemos elencar:

1. No pierden la carga si no se usan (o por lo menos la pierden muy poco).

2. Es posible cargarlas fácilmente, inclusive con una fuente de alimentación común.

3. Son bastante robustas y resistentes.

4. Pueden entregar corrientes de salida muy elevadas (ideales para el arranque en los automóviles)

Estas características permiten, con una electrónica muy simple, su uso como baterías tampón, es decir, que automáticamente mantienen la tensión de alimentación de un circuito  cuando falta la energía eléctrica. Como ejemplos de uso podemos citar las alarmas anti-robo, las luces de emergencia y los grupos de continuidad UPS.

Símbolo equivalente de una batería.

Una batería ácido-plomo está compuesta por celdas conectadas en serie con una tensión característica de 2V cada una. Por lo tanto, una batería de 6V estará compuesta por 3 celdas mientras que una de 12V estará compuesta por 6 céldas.

Las baterías ácido-plomo más cómodas de usar son las llamadas "sin mantenimiento" o sigiladas. En ellas, el electrolito (solución de ácido sulfúrico y agua) en vez de ser líquido, se encuentra en forma de gel para evitar la evaporación y la perdida de líquido con el tiempo o en el caso que la corriente de entrada o de salida (carga y descarga) sea excesiva.

Como podemos observar en el gráfico, para cargar una batería de ácido-plomo en el mejor modo, el fabricante aconseja una serie de 3 fases de carga que solo un cargador con una electrónica compleja puede producir.

Curvas  de carga  de una batería ácido-plomo aconsejadas por los fabricantes.

En la primera fase se aplica una corriente constante que dependerá del tipo de batería. En el ejemplo la corriente es de 2,5A. Después de un tiempo (4 horas) se pasa a la segunda fase donde el cargador aplica una tensión constante de 13,6V. En esta fase la batería toma la corriente que necesita como se puede ver en la curva roja. Por último, el cargador pasa a una tensión flotante con un mínimo absorbimiento de corriente y que sirve para compensar las pérdidas de la batería y mantenerla siempre cargada (corriente de mantenimiento).

Conexión directa de una fuente de alimentación de 13,6V usada como cargador de una batería de 12V.

No obstante el procedimiento explicado, estas baterías pueden ser cargadas también usando una fuente de alimentación común que entregue una tensión constante (generalmente de 13,6V para las baterías de 12V) y evitando, si están completamente descargadas, de dejar pasar una excesiva corriente inicial para que no se calienten demasiado. En la figura siguiente les muestro una fuente de ejemplo que usa un regulador en serie y un limitador de corriente para evitar una excesiva corriente inicial, cuando la batería está descargada. Esta fuente puede entregar una corriente por debajo de 1,5A y se puede usar con baterías pequeñas (10Ah o menos). Para potencias más elevadas, conviene usar reguladores más potentes o fuentes de tipo switching.

Fuente de alimentación regulada con limitación de la corriente, útil para cargar una batería tampón.

En el ejemplo, la regulación de tensión se obtiene con el LM317 mientras que el transistor BC548, la resistencia de 100 ohms y la resistencia de 0,5 ohm sirven para limitar la corriente. El valor de la resistencia de 0,5 ohms en realidad depende de la corriente máxima que queremos que la fuente deje pasar. La fòrmula es la siguiente:

Resistencia = 0,6 / Corriente máxima

En el ejemplo, con 0,5 ohms la fuente limitará la corriente a 1,2A. Recuerden que el LM317 necesita de un buen disipador de calor. Para calibrar el cargador debemos regular la tensión de salida a 13,6V con el potenciómetro de 10K.

Volviendo al ciclo de carga, mientras que la batería se va cargando, la tensión en sus bornes aumenta y por lo tanto la corriente proveniente de la fuente disminuye automáticamente. Cuando se llega a una tensión de 13,6V, se produce una especie de equilibrio, no pasa casi más corriente y las batería puede considerarse cargada.

Para limitar la corriente de salida existe una solución todavía más simple (aunque si no es muy elegante) que consiste en usar una fuente menos potente que no logre mantener la tensión de salida si el pedido de corriente por parte de la batería es elevado. Esta técnica nos puede sacar de apuros si no disponemos de un cargador. También se puede usar con pequeños paneles fotovoltaicos.

Cuando se usa la batería como tampón simple (por ejemplo en alarmas o luces de emergencia), la fuente de alimentación se encuentra siempre conectada al circuito eléctrico mientras que la batería, conectada en paralelo, absorbe corriente de la fuente para cargarse solo si lo necesita. El circuito necesario podemos observarlo en la figura siguiente:

Fuente de alimentación usada como como cargador con diodo de protección.

El diodo a la salida de la fuente sirve para evitar una posible corriente inversa (desde la batería hacia la fuente) cuando la fuente esta apagada y la batería alimenta el circuito. Conviene usar diodos con una baja caía de tensión y que soporten bien la máxima corriente que la fuente puede entregar, por ejemplo los de tipo Schottky. A través del diodo podría pasar una corriente elevada, por este motivo, conviene montarlos con un disipador.

Conexión de un fusible de protección a la batería tampón.

Este circuito es bastante eficaz pero es muy importante que la tensión de la fuente no sea excesiva en modo tal que la batería deje de absorber corriente cuando está completamente cargada. En caso contrario podría producirse una disminución significativa de la vida útil de la batería por daño de los electrodos.

Símbolo y encapsulado de un diodo de protección.

Recuerden también que las baterías de este tipo pueden entregar corrientes muy elevadas por lo tanto es necesario agregar fusibles de protección.

Diagrama de conexión de una batería tampón en un sistema de iluminación con 12V.

Un inconveniente que se presenta en la configuración descripta está en el hecho que la alimentación del circuito puede variar entre los 11,5V (batería casi descargada) y los 13,6V (tensión de salida de la fuente). Esta variación de tensión, en la mayor parte de los casos, no comporta inconvenientes porque generalmente los circuitos electrónicos prevén una tolerancia en la tensión de entrada. La variación será más visible cuando se usa el sistema para iluminación con led de 12V pero les aseguro que por experiencia personal, en condiciones normales, la variación de la intensidad luminosa es poco significativa.

Pare terminar les recuerdo de no dejar nunca una batería de ácido-plomo descargada porque se daña.

Un agradecimiento especial para Héctor (HJ) por sus correcciones y sus acertadas sugerencias antes de la publicación de este artículo.

Hasta la próxima!!

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