Durante la carga, el material activo positivo se oxida, produciendo electrones, y el material negativo se reduce, consumiendo electrones. Estos electrones constituyen el flujo de corriente en el circuito externo. El electrolito puede servir como simple amortiguador del flujo interno de iones entre los electrodos, como en las pilas de iones de litio y níquel-cadmio, o puede ser un participante activo en la reacción electroquímica, como en las pilas de plomo-ácido.
La energía utilizada para cargar las pilas recargables suele proceder de un cargador de pilas que utiliza la electricidad de la red de CA, aunque algunas están equipadas para utilizar la toma de corriente de 12 voltios de CC de un vehículo. El voltaje de la fuente debe ser mayor que el de la batería para forzar el flujo de corriente hacia ella, pero no demasiado o la batería podría dañarse.
Los cargadores tardan desde unos minutos hasta varias horas en cargar una batería. Los cargadores lentos «tontos», sin capacidad de detección de voltaje o temperatura, cargarán a un ritmo bajo, y normalmente tardarán 14 horas o más en alcanzar una carga completa. Los cargadores rápidos suelen cargar las celdas en dos a cinco horas, según el modelo, y los más rápidos tardan tan sólo quince minutos. Los cargadores rápidos deben tener múltiples formas de detectar cuándo una célula alcanza la carga completa (cambio en la tensión de los terminales, temperatura, etc.) para detener la carga antes de que se produzca una sobrecarga o un sobrecalentamiento perjudicial. Los cargadores más rápidos suelen incorporar ventiladores de refrigeración para evitar el sobrecalentamiento de las celdas. Los paquetes de baterías destinados a la carga rápida pueden incluir un sensor de temperatura que el cargador utiliza para proteger el paquete; el sensor tendrá uno o más contactos eléctricos adicionales.
Diferentes químicas de baterías requieren diferentes esquemas de carga. Por ejemplo, algunos tipos de baterías pueden recargarse con seguridad a partir de una fuente de tensión constante. Otros tipos deben cargarse con una fuente de corriente regulada que disminuye a medida que la batería alcanza la tensión de carga completa. Cargar una batería de forma incorrecta puede dañarla; en casos extremos, las baterías pueden sobrecalentarse, incendiarse o ventilar su contenido de forma explosiva.
Tasa de descargaEditar
Las tasas de carga y descarga de las baterías se discuten a menudo haciendo referencia a una tasa «C» de corriente. La tasa C es la que teóricamente cargaría o descargaría completamente la batería en una hora. Por ejemplo, la carga por goteo puede realizarse a C/20 (o una tasa de «20 horas»), mientras que la carga y descarga típicas pueden producirse a C/2 (dos horas para la capacidad total). La capacidad disponible de las pilas electroquímicas varía en función de la velocidad de descarga. Parte de la energía se pierde en la resistencia interna de los componentes de la célula (placas, electrolito, interconexiones), y el ritmo de descarga está limitado por la velocidad a la que pueden desplazarse las sustancias químicas de la célula. En el caso de las pilas de plomo-ácido, la relación entre el tiempo y la velocidad de descarga se describe mediante la ley de Peukert; una pila de plomo-ácido que ya no puede mantener una tensión terminal utilizable a una corriente elevada puede seguir teniendo capacidad utilizable, si se descarga a una velocidad mucho menor. Las hojas de datos de las pilas recargables suelen indicar la capacidad de descarga en 8 o 20 horas u otro tiempo establecido; las pilas para los sistemas de alimentación ininterrumpida pueden estar clasificadas para una descarga de 15 minutos.
La tensión terminal de la batería no es constante durante la carga y la descarga. Algunos tipos tienen una tensión relativamente constante durante la descarga en gran parte de su capacidad. Las pilas alcalinas y de zinc-carbono no recargables tienen una tensión de 1,5 V cuando son nuevas, pero esta tensión disminuye con el uso. La mayoría de las pilas AA y AAA de NiMH tienen una tensión de 1,2 V, pero tienen una curva de descarga más plana que las alcalinas y, por lo general, pueden utilizarse en equipos diseñados para usar pilas alcalinas.
Las notas técnicas de los fabricantes de pilas suelen hacer referencia a la tensión por celda (VPC) de las celdas individuales que componen la pila. Por ejemplo, para cargar una batería de plomo-ácido de 12 V (que contiene 6 celdas de 2 V cada una) a 2,3 VPC se requiere una tensión de 13,8 V a través de los terminales de la batería.
Daños por inversión de celdasEditar
Someter una celda descargada a una corriente en la dirección que tiende a descargarla más hasta el punto de que los terminales positivo y negativo cambian de polaridad provoca una condición llamada inversión de celdas. Por lo general, al hacer pasar la corriente a través de una célula descargada de esta manera se producen reacciones químicas indeseables e irreversibles, lo que provoca un daño permanente en la célula.La inversión de la célula puede producirse en varias circunstancias, siendo las dos más comunes:
- Cuando una batería o célula se conecta a un circuito de carga al revés.
- Cuando una batería formada por varias celdas conectadas en serie se descarga profundamente.
En este último caso, el problema se produce porque las diferentes celdas de una batería tienen capacidades ligeramente diferentes. Cuando una célula alcanza el nivel de descarga antes que el resto, las células restantes forzarán la corriente a través de la célula descargada.
Muchos dispositivos que funcionan con baterías tienen un corte de bajo voltaje que evita que se produzcan descargas profundas que puedan causar la inversión de la célula. Una batería inteligente tiene un circuito de control de tensión incorporado.
La inversión de la celda puede producirse en una celda poco cargada incluso antes de que se descargue por completo. Si la corriente de drenaje de la batería es lo suficientemente alta, la resistencia interna de la celda puede crear una caída de tensión resistiva que es mayor que la emf de avance de la celda. Esto da lugar a la inversión de la polaridad de la célula mientras fluye la corriente. Cuanto mayor sea la velocidad de descarga requerida de una batería, mejor deberán ser las celdas, tanto en el tipo de celda como en el estado de carga, para reducir las posibilidades de inversión de la celda.
En algunas situaciones, como cuando se corrigen baterías de NiCd que han sido previamente sobrecargadas, puede ser deseable descargar completamente una batería. Para evitar daños por el efecto de inversión de celdas, es necesario acceder a cada celda por separado: cada celda se descarga individualmente conectando un clip de carga a través de los terminales de cada celda, evitando así la inversión de celdas.
Daños durante el almacenamiento en estado totalmente descargadoEditar
Si una batería multicelular se descarga completamente, a menudo se dañará debido al efecto de inversión de celdas mencionado anteriormente.Sin embargo, es posible descargar completamente una batería sin que se produzca la inversión de celdas, ya sea descargando cada celda por separado o permitiendo que las fugas internas de cada celda disipen su carga con el tiempo.
Incluso si una celda se lleva a un estado completamente descargado sin que se produzca la inversión, pueden producirse daños con el tiempo simplemente por permanecer en el estado descargado. Un ejemplo de esto es la sulfatación que se produce en las baterías de plomo-ácido que se dejan en un estante durante largos períodos.Por esta razón, a menudo se recomienda cargar una batería que está destinada a permanecer en el almacenamiento, y mantener su nivel de carga mediante la recarga periódica.Dado que el daño también puede ocurrir si la batería está sobrecargada, el nivel óptimo de carga durante el almacenamiento es típicamente alrededor de 30% a 70%.
Profundidad de descargaEditar
La profundidad de descarga (DOD) se indica normalmente como un porcentaje de la capacidad nominal en amperios-hora; 0% DOD significa que no hay descarga. Como la capacidad utilizable de un sistema de baterías depende de la velocidad de descarga y de la tensión admisible al final de la descarga, la profundidad de descarga debe calificarse para mostrar la forma en que debe medirse. Debido a las variaciones durante la fabricación y el envejecimiento, la DOD para la descarga completa puede cambiar con el tiempo o el número de ciclos de carga. Generalmente, un sistema de baterías recargables tolerará más ciclos de carga/descarga si la DOD es menor en cada ciclo. Las baterías de litio pueden descargarse hasta un 80-90% de su capacidad nominal. Las baterías de plomo-ácido pueden descargarse hasta un 50-60%. Mientras que las baterías de flujo pueden descargarse al 100%.
Vida útil y estabilidad de los ciclosEditar
Si las baterías se utilizan repetidamente, incluso sin maltratarlas, pierden capacidad a medida que aumenta el número de ciclos de carga, hasta que finalmente se considera que han llegado al final de su vida útil. Los distintos sistemas de baterías tienen diferentes mecanismos de desgaste. Por ejemplo, en las baterías de plomo-ácido, no todo el material activo se restablece en las placas en cada ciclo de carga/descarga; con el tiempo se pierde suficiente material como para reducir la capacidad de la batería. En los tipos de iones de litio, especialmente en las descargas profundas, se puede formar algo de metal de litio reactivo en la carga, que ya no está disponible para participar en el siguiente ciclo de descarga. Las baterías selladas pueden perder humedad de su electrolito líquido, especialmente si se sobrecargan o funcionan a alta temperatura. Esto reduce la vida del ciclo.
Tiempo de recargaEditar
Encontrar fuentes: «Batería recargable» – noticias – periódicos – libros – scholar – JSTOR (septiembre de 2017) (Aprende cómo y cuándo eliminar este mensaje de la plantilla)
El tiempo de recarga es un parámetro importante para el usuario de un producto alimentado por baterías recargables. Aunque la fuente de alimentación de carga proporcione suficiente energía para hacer funcionar el dispositivo además de recargar la batería, el dispositivo está conectado a una fuente de alimentación externa durante el tiempo de carga. En el caso de los vehículos eléctricos de uso industrial, puede ser aceptable la carga durante los turnos libres. Para los vehículos eléctricos de carretera, la carga rápida es necesaria para cargar en un tiempo razonable.
Una batería recargable no puede recargarse a un ritmo arbitrario. La resistencia interna de la batería producirá calor, y el aumento excesivo de la temperatura dañará o destruirá una batería. Para algunos tipos, la velocidad máxima de carga estará limitada por la velocidad a la que el material activo puede difundirse a través de un electrolito líquido. Una velocidad de carga elevada puede producir un exceso de gas en una batería, o puede dar lugar a reacciones secundarias perjudiciales que reduzcan permanentemente la capacidad de la batería. A grandes rasgos, y con muchas excepciones y advertencias, restaurar la capacidad total de una batería en una hora o menos se considera una carga rápida. Un sistema de carga de baterías incluirá estrategias de control de circuitos y de carga más complejas para la carga rápida, que para un cargador diseñado para una recarga más lenta.