Sistemas de Doble Batería o Auxiliares

Sistemas de Doble Batería o Batería Auxiliar Autónomos, Solares y Duales.

No cabe la menor duda que los tiempos han cambiado en muchas actividades. Si antes salir a acampar, de viaje o un fin de semana tranquilo equivalían a paz y tranquilidad lejos de la gran urbe; hoy en día no necesariamente se logra con facilidad. Hemos desarrollado una dependencia tecnológica enorme y en varios ámbitos que no necesariamente incluyen el ocio: Tenemos un “Smartphone” capaz de comunicarnos en casi cualquier lugar, sacamos miles de fotografías sin gastar ni una película, dispositivos nos dirigen por nuestra ruta al encuentro de la anhelada paz y más encima el grupo de música de moda a nuestras espaldas.

Sin contar además todas las comodidades que nos traemos de la urbanización y que se supone estamos arrancando de ella, nos plantean un problema que la civilización actual tiene varias maneras de enfrentar: hambre de energía. Todos nuestros gadgets favoritos usan electricidad mediante baterías los que son portátiles, otros conectados al vehículo consumen la energía de la batería de arranque, las cervezas heladas ya no se conservan en hielo, en fin un montón de consumidores de energía, pero no tenemos a la mano el enchufe de muralla de nuestras casas.

Entonces se plantea la interrogante… cómo cargo mi equipo? fácil dirán algunos, un cargador para el conector del encendedor! hacemos las cuentas y nos damos cuenta que solo trae 2 puertos USB y en al familia hay 4 celulares… las linternas? las cámaras? el GPS? el cooler? el drone? la máquina capuccino?! suma y sigue.

Pero como la electrónica no es solo consumo y dolores de cabeza, también llega como solución. A continuación abordaremos el tema de los sistemas de batería auxiliares de una manera técnica pero terrenal.

Lo Básico.

Un sistema de batería auxiliar básico se compone principalmente de:

• Batería
• Aislador de batería
• Fusible
• Fuente para recargar

Luego se van agregando componentes en la medida que se buscan más funcionalidades y automatismo al sistema.

Todo vehículo tiene una batería con la que se enciende, se mantiene en funcionamiento y luego usamos para cargar también nuestro dispositivos. Esta batería como tal es vital para poder usar el vehículo y es cargada por el alternador, si la descargamos en exceso el vehículo no podrá partir, lo que implicaría un problema.

Baterías

En el mercado existen 4 grupos principales de baterías:

• Húmedas
• Gel
• AGM
• Litio

Las primeras son las más tradicionales, corresponden a las que tenemos en nuestro vehículos. Estas tienen un líquido (ácido) que al reaccionar con las placas de plomo, generan electricidad. Este proceso es el mismo para todas las baterías a excepción de la de Litio. Usualmente son libre mantención.

En cuando a las baterías de Gel, éstas tienen los mismos componentes que la anterior, sólo que el medio ha sido convertido de líquido a gel. Esto permite tener una mayor cohesión del medio, no se derrama y el contenedor puede ser de distinta forma al tradicional. Son baterías que cuentan con gran capacidad de carga y descarga, pero a su vez necesitan ciclos de carga especiales.

Las baterías de AGM (fibra de vidrio absorbente) contiene el ácido de la batería con paredes de fibra de vidrio, lo que permite que la reacción sea muy buena y no se evapore tan rápidamente el ácido en la reacción. Incluso por su construcción, si estas se rompen no botará líquido alguno. Al igual que la batería gel, tiene su propio ciclo de carga y descarga, por lo que necesita de ciclos especiales.

Litio, aquel elemento químico no metálico que está tan en boga… En este caso en vez de ácido o electrolito, se usa litio para almacenar la energía. Sus grandes ventajas son la capacidad de entrega excesiva de energía y recarga en poco tiempo. gran cantidad de ciclos, mucha capacidad de almacenamiento en menos espacio. Un gran problema es que el litio al oxidarse (entrar en contacto con el aire) se enciende o explota, por lo que su cuidado es un poco más de atención. Además su alto valor versus las otras baterías.

Entonces… ¿cuál batería?

Lo primero es decidir en qué se usará la batería, cómo la cargaremos. Teniendo en cuenta la temática de nuestra comunidad y que los presupuestos no son tan altos como en países del primer mundo, haré el ejercicio de la siguiente manera:

Definiremos algunas cosas antes de proseguir,

Ciclo Profundo: Baterías que entregan la energía de manera constante y estable en el tiempo, por periodos prolongados sin generarse daños o autodestrucción (daños irreparables). Pueden ser de Gel o AGM o Litio.

Capacidad Amper-hora (Ah): Flujo de energía que entrega la batería en 1 hora.

VRLA: Valve-Regulated Lead-Acid battery, o batería de ácido-plomo regulada por válvula. Esto implica una batería sellada, que no permite el escape de los gases de reacción dentro de la batería hacia la atmósfera. Esto además nos permite instalarlas en cualquier posición con total seguridad.

Descarga máxima: Capacidad máxima de descarga de la batería antes que se comience a dañar en el tiempo, es en porcentaje. AGM= 40%, Gel= 50%, Litio = 60%, Arranque= 80%.

Volviendo a nuestro tema, elegimos una batería VRLA de ciclo profundo, pero de cuántos Ah? Aquí es donde comienza lo entretenido y lo simplificaremos con un ejemplo:

Todos sabemos que los equipos eléctricos tienen un consumo. En nuestras casas pagamos la cuenta de electricidad en relación a lo consumido y realmente no notamos cuánto consumimos hasta que debemos imitarlo en nuestros vehículos. Tenemos dos maneras de medir este consumo, en Watts-hora o Amper-hora. Para efectos prácticos, los consumos en nuestro sistema los consideraremos en Ah. Vale también indicar que el consumo varía según el voltaje, ya que en nuestros hogares usamos 220VAC y en nuestros vehículos tenemos 12VDC.

Dicho lo anterior, presento consumos conocidos promedio para facilitar cálculos a nuestro lectores y usuarios, separados por 220V y 12V:

220V

• Cargador de celular 9A
• Cargador de Notebook 27.27A
• Cargador de GoPro 2.47A
• Cargador de cámara fotográfica 1.45A

12V

• Refrigerador con compresor 1,2A (consumo promedio)
• Cinta LED SMD5050 300LED 5 metros: 2,52A
• Bomba de agua estándar: 0.85A

*Nota: Si quieren conocer algún otro consumo, me lo comentan y les responderé a la brevedad.

Teniendo claro lo que necesito usar/cargar (demanda) en mi sistema, toca la parte fome que les simplificaré: Dimensionar la batería

TIP: para pasar el consumo de 220V a 12V se usa la siguiente fórmula

Watts / (12*1,1*t), donde t= tiempo que funcionará el equipo en horas.

Digamos que queremos que nuestro sistema (consumos indicados más arriba) corra a su máximo consumo por 6 horas (20:00PM a 02:00AM):

Total de amper = 44.74Ah

Por buenas prácticas, consideramos siempre que la batería debe doblar en capacidad al consumo requerido:

Batería = 44.74 * 2 => 89.52 Ah

O sea, hay que considerar una batería mínima de 90Ah y el mercado ofrece 100Ah.

Como resumen, si quieres usar un sistema como el indicado más arriba por 6 horas, necesitarás una batería de 100Ah. Bastante no? Tenemos la base de nuestro sistema resuelto, pero ahora ¿Qué más necesito? Ahora necesitamos determinar de qué manera cargaremos nuestra batería, ya que sino sólo nos servirá una única vez. El método que escojamos para cargar nuestra batería depende en gran medida el tipo que elegimos. No es lo mismo cargar una batería ácido-plomo húmeda que una gel o una AGM, menos una de litio.

En nuestro caso, las baterías más fáciles de conseguir por buenos precios son las AGM usadas en sistema de autonomía solar en telecomunicaciones. Como calculamos antes, necesitamos una batería mínimo de 100Ah tipo VRLA AGM. Aquì podemos tomar 3 caminos principales:

1. Alternador del vehículo
2. Solar
3. Híbrido

En el caso de usar el alternador del vehículo necesitaremos lo siguiente:

• Aislador manual o electrónico.
• Cable
• Fusible 100A

El aislador cumple la función de aislar o cortar el suministro de energía desde el alternador a la batería secundaria o auxiliar. Lo podemos comparar con el interruptor de la luz en la casa, si yo no quiero tener la luz prendida, apago el interruptor o aislador manual. En palabras simples, el aislador es como una llave que debes abrir y cerrar manualmente cada vez que quieras cargar o no la batería secundaria. Este aislador es importante porque permite evitar que el sistema consuma por completo la batería de arranque una vez que la secundaria es usada completamente lo que dejaría el vehículo sin funcionar.

Como solución a los olvidadizos o en busca de la eficiencia, hoy la electrónica nos ayuda con los VSR (relé sensible al voltaje) que monitorean el voltaje de la batería de arranque y de la auxiliar, de manera tal que cuando el motor se detiene, aísla automáticamente las baterías entre si evitando la descarga de ambas. También permite que si la carga es baja y el motor está andando, habilitar la recarga de la batería auxiliar.

El cable es de vital importancia, tanto en su calidad con en su calibre o porte. Debido a los altos consumos entre baterías y alternador, se recomienda instalar al menos un cable de 4AWG. Esto permite considerar las pérdidas por largo de cable y pasar suficiente corriente sin recalentarse.

Fusible 100A va entre ambas baterías, esto en caso de un sobre-consumo, cortocircuito o descontrol desde el sistema auxiliar no dañe ambas baterías, originando un incendio u explosión. Se considera de 100A porque con esa capacidad podrías usar la batería auxiliar para arrancar el vehículo en caso de falla en la batería principal, sin tener que desconectarla.

Diagrama del circuito desde el alternador con relé inteligente Victron Cyrix

Para el sistema solar, el listado es el siguiente:

• Panel Solar
• Regulador de Carga
• Cable

En los paneles solares se abre otro pequeño mundo que explicaré a continuación, existen dos tipos de paneles solares:

• Monocristal
• Policristal

En los primeros, la composición del cristal es uniforme, un solo cristal por vez, creando un sólido grande, constante y de alta pureza. Estos son los originarios y ya llevan bastante tiempo en el mercado. La gracia de este proceso largo y complejo, es que se obtiene un panel mucho más eficiente energéticamente, ocupan menos espacio para la misma capacidad, tienen una mayor vida útil y tienen mejor desempeño en condiciones de poca luz solar. Sus principales desventajas son su alto costo y si quedan tapados por tierra o nieve, todo el panel deja de funcionar.

El panel Policristal tiene un proceso de construcción menos prolijo, se hacen en moldes de silicio y son vertidos dentro los cristales lo que genera una poca uniformidad y cristales de distintos tamaños. Las ventajas son su bajo costo y su mejor resistencia al calor. Dentro de sus desventajas están su menor eficiencia comparado con los monocristal y que tienen una baja eficacia espacial, esto significa que deben ser más grandes para igualar la capacidad de uno monocritalino.

Entonces la pregunta sería ¿Cuál?

Lo importante acá es considerar que, por ejemplo, los paneles policristalinos son buenos para ser utilizados en sistemas que no tengan alta demanda o bajo consumo. Además con el pasar de los años, esta opción a mejorado sus prestaciones y su costo a disminuido. También tienen mejor versatilidad en cuando a variación de las condiciones solares. Otro punto a favor es que por su costo no será complejo su reemplazo en caso de daños. Si en cambio, preferimos priorizar la eficiencia del sistema y estrujar hasta el último peso de nuestros paneles, la mejor opción es el monocristalino, ya que tiene un mejor rango de trabajo y una eficiencia teórica mayor. Como nota al pie: siempre considerar la peor situación de carga, que se podría considerar de 3 a 4 horas de sol efectivo, teniendo la inclinación óptima para la latitud/longitud que estemos.

• Para nuestro ejemplo de batería de 100Ah AGM VRLA, consideramos la regla común de adquirir un panel con los watts que equiparan a nuestra batería, eso nos indica que consideramos un panel solar de 100W policristalino, 95W efectivos, Vmp 17,72V, Imp:5,65A.

Si el consumo calculado es de 44,74Ah, tomamos la calculadora y nos da:

44,74/5.65 = 7,9horas o aproximamos a 8hrs.

Con este resultado quedamos en la duda porque ¡no alcanzamos a cargar completamente la batería! pero no desesperen, teniendo un máximo de 3 a 4 horas de sol efectivo en invierno o días nublados, aún nos quedan al menos 8 horas de sol útil. Es muy posible que algunas veces tengamos un sol radiante y abrazador durante 6 u 8 horas en pleno verano, que nos permite mantener la carga de la batería dentro de la zona buena y que consideramos en el diseño, el doble de capacidad o que en un día muy malo para el panel, igual podamos cargar un gran porcentaje de la batería y consumir tranquilamente hasta el siguiente día.

Regulador de carga

El regulador solar o regulador de carga es un dispositivo necesario en la instalación solar ya que se encarga de controlar la entrada a las baterías de la energía generada en los paneles solares.

El regulador permite por un lado, alargar la vida de la batería y por el otro, obtener información y parámetros del funcionamiento de la instalación. Permite alargar la vida de las baterías ya que permite el paso de la electricidad según el estado en que se encuentre la batería en cada momento. Por ejemplo, cuando esta esté a un nivel de carga inferior al 95%, permitirá el paso libre de toda la electricidad con el objetivo de cargarla cuanto antes posible. Mientras que si se encuentra en un porcentaje de carga del 95 al 99%, permitirá el paso de forma muy controlada que es lo que llamamos carga de flotación, con el fin de llenar al máximo la batería. Por otra parte, si la batería se encuentra completamente cargada, cortará el paso de corriente para evitar sobrecargas o un sobrecalentamiento del acumulador. Gracias a realizar la carga de esta forma, se evitan problemas en las baterías solares y se alarga al máximo sus años de vida. Se debe considerar adquirir un regulador de carga acorde al tipo de batería que se tenga, esto porque cada tipo de batería requiere de ciclos distintos de carga a voltajes y corrientes distintas. El equipo adecuado permitirá alargar la vida útil del elemento esencial de nuestro sistema y ahorrarnos bastante dinero en el tiempo.

Para saber si necesito un regulador de 10A, 20A, 30A, 60A o 80A se deberá mirar el amperaje(corriente) del panel indicado como corriente nominal o IMP y multiplicarlo por el número de paneles que queramos instalar en la instalación solar. Por ejemplo, en una instalación solar de 12V donde se instalen 6 placas de 140W 12V, el IMP de este panel será de 7.97A. Por lo tanto si se disponen de 7 placas se obtendrá una corriente máxima de 55,79, y será necesario usar un regulador solar de 60A. También es importante si en un futuro hay previsto instalar más paneles, poner ya de inicio un regulador de mayor capacidad, así, cuando se instalen será necesario cambiar este dispositivo.

Para nuestro ejemplo, con un Imp de 5,65A, con un regulador de 10A es suficiente y nos permitiría además en un futuro ampliar nuestra capacidad de carga solar instalada.

Cable

Aquí me tomo la libertad de remarcar la importancia de ellos. Son quienes transportan la energía, están expuestos al sol, agua, tracción mecánica, golpes, maltrato y negligencias; sin embargo son la parte fundamental del sistema, ya que sin ellos no podemos comunicar los diferentes componentes del sistema y además si no nos preocupamos, podemos generar condiciones de peligro como electrocución o incendios.

Como vimos anteriormente en el regulador de carga, es importante tener claro las capacidades de los paneles, bateías y consumos. No se usa el mismo tamaño o sección de cable para todo el circuito. En el caso de los paneles solares vienen con su propio cable que conectamos a la entrada correspondiente del regulador y tenemos como opción para el regulador con la batería partir desde 12AWG que soporta una corriente nominal de 20A. Luego para salir desde la batería a nuestras cargas, dependerá del consumo calculado y que expondremos más adelante.

Sistemas Híbridos

Estos son los más interesantes pero a su vez los más complejos. En ellos se mezclan las múltiples posibilidades para cargar el banco de baterías, implicando tener la opción de elegir cuál es la fuente de carga más adecuada en ese instante para usar. Por ejemplo, si estamos usando nuestros paneles solares para cargar la batería y le damos arranque al vehículo, nuestra fuente de carga más idónea es el alternador del vehículo, es una mayor cantidad de energía constante. Luego apagamos el motor y el sistema debiese volver a usar los paneles solares, pero ¿ qué sucede con la energía que igual sigue entregando los paneles? ¿puedo entonces usar 2 fuentes distintas para cargar una misma batería?, en este caso no se debe ni puede usar dos fuentes distintas al mismo tiempo para cargar una misma batería.

Es en estos sistemas complejos donde la electrónica hace su aparición. Hoy existen los cargadores inteligentes DC-DC, que son capaces de administrar eficientemente nuestro sistema de carga y descarga de la batería, permitiendo cambiar de fuente de manera instantánea, mantener ciclos de carga más complejos (de 3 etapas hasta 7 etapas), monitoreo en línea de voltajes y estados del sistema, capacidad de usar la batería auxiliar como puente o batería de arranque sin siquiera tocar un botón. Incluso el cargador DC-DC en conjunto con un conversor AC-DC puede permitir cargar la batería con el enchufe de la casa en 220V sin mover un dedo, conectar directamente los paneles solares a estos sistemas inteligentes y muchas otras características entretenidas.

Con los sistemas híbridos se abre otro mundo completo, pero que teniendo la base anterior es muy abordable y el diseño de nuestro sistema cumplirá fácilmente nuestros requisitos.

Diagrama de circuito híbrido que nos permite usar como fuentes de carga los paneles solares, alternador o red doméstica. Incluso se considera un selector para hacer pueden entre las baterías y darle batería a la de partida.

Conclusiones.

El mundo de los 12V en el ámbito vehícular es un tanto misterioso y no es fácil de digerir si no tienes el conocimiento indicado o no se te dan estas cosas. La idea de esta explicación es intentar aterrizar para cualquier tipo de usuario esta tecnología que nos da la autonomía necesaria en nuestras aventuras y viajes. También nos permite tener acceso a comodidades para la familia y por tanto, compartir del aire libre con todos.

Sin ir más lejos, al sentarnos a pensar en nuestros consumos de electricidad nos percatamos que cosas pequeñas como celulares o luces, en el tiempo, su consumo es considerable. Imaginen entonces diseñar el sistema de batería auxiliar para tener una casa! Es en este momento donde debemos tomar el peso a nuestro consumo energético, que multiplicado por 300.000 hogares en una ciudad es una cifra imposible de dimensionar.

Seamos conscientes con nuestros consumos en nuestros hogares, seamos responsables con el diseño y uso del sistema de batería auxiliar en nuestro vehículos porque la electricidad no es un tema a la ligera. Podemos ocasionar incendios, quemaduras, lesiones y hasta la muerte.

Los dejo cordialmente invitados a comentar este artículo que he realizado con harta dedicación. No es una verdad absoluta y pueden haber otras maneras de abordar este tema, pero lo hice de manera tal que lo que he ido aprendiendo lo traspaso como lo entendí, sin muchos tecnicismos, directos al grano con la teoría básica. Cualquier consulta, aporte o sugerencia es bienvenida y espero las hagan.

También los invito para compartir sus experiencias, rutas y tips con la comunidad completa:

Facebook

Instagram

Youtube

Próximamente nuevas aventuras!

SALGAN Y EXPLOREN!!