Clasificaciones de la batería

Debido a que las baterías crean un flujo de corriente en un circuito mediante el intercambio de electrones en reacciones químicas iónicas, y hay un número limitado de moléculas en cualquier batería cargada disponible para reaccionar, debe haber una cantidad limitada de carga total que cualquier batería pueda motivar a través de un circuito antes. sus reservas de energía están agotadas. La capacidad de la batería podría medirse en términos de un número total de electrones, pero este sería un número enorme. Podríamos usar la unidad del coulomb (igual a 6.25 x 10 ₁₈ electrones, o 6.250.000.000.000.000.000 de electrones) para hacer que las cantidades sean más prácticas para trabajar, pero en cambio una nueva unidad, el amperio-hora , fue hecho para este propósito. Dado que 1 amperio es en realidad una tasa de flujo de 1 culombio de electrones por segundo, y hay 3600 segundos en una hora, podemos establecer una proporción directa entre culombios y amperios-hora:1 amperio-hora =3600 culombios. ¿Por qué inventar una nueva unidad cuando una vieja hubiera funcionado bien? ¡Para hacerles la vida más difícil como estudiantes y técnicos, por supuesto!

Aplicación de amperios-hora para medir la capacidad de la batería

Una batería con una capacidad de 1 amperio-hora debe poder suministrar continuamente corriente de 1 amperio a una carga durante exactamente 1 hora, o 2 amperios durante 1/2 hora, o 1/3 amperios durante 3 horas, etc., antes quedando completamente descargado. En una batería ideal, esta relación entre la corriente continua y el tiempo de descarga es estable y absoluta, pero las baterías reales no se comportan exactamente como lo indicaría esta fórmula lineal simple. Por lo tanto, cuando se proporciona una capacidad en amperios-hora para una batería, se especifica a una corriente determinada, a un tiempo determinado o se asume que está clasificada para un período de tiempo de 8 horas (si no se proporciona un factor limitante).

Por ejemplo, una batería de automóvil promedio puede tener una capacidad de aproximadamente 70 amperios-hora, especificada a una corriente de 3,5 amperios. Esto significa que la cantidad de tiempo que esta batería podría suministrar continuamente una corriente de 3,5 amperios a una carga sería de 20 horas (70 amperios-hora / 3,5 amperios). Pero supongamos que se conectó una carga de menor resistencia a esa batería, consumiendo 70 amperios continuamente. Nuestra ecuación amperio-hora nos dice que la batería debería aguantar exactamente 1 hora (70 amperios-hora / 70 amperios), pero esto podría no ser cierto en la vida real. Con corrientes más altas, la batería disipará más calor a través de su resistencia interna, lo que tiene el efecto de alterar las reacciones químicas que tienen lugar en su interior. Lo más probable es que la batería se descargue por completo algún tiempo antes el tiempo calculado de 1 hora bajo esta carga mayor.

Por el contrario, si se conectara una carga muy ligera (1 mA) a la batería, nuestra ecuación nos diría que la batería debería proporcionar energía durante 70.000 horas, o poco menos de 8 años (70 amperios-hora / 1 miliamperio), pero Lo más probable es que gran parte de la energía química de una batería real se haya agotado debido a otros factores (evaporación del electrolito, deterioro de los electrodos, fuga de corriente dentro de la batería) mucho antes de que hubieran transcurrido 8 años. Por lo tanto, debemos tomar la relación amperio-hora como una aproximación ideal de la vida útil de la batería, la clasificación amperio-hora confiable solo cerca de la corriente o período de tiempo especificado por el fabricante. Algunos fabricantes proporcionarán factores de reducción de amperios por hora que especifiquen reducciones en la capacidad total a diferentes niveles de corriente y / o temperatura.

Para las celdas secundarias, la clasificación de amperios-hora proporciona una regla para el tiempo de carga necesario a cualquier nivel dado de corriente de carga. Por ejemplo, la batería de automóvil de 70 amperios-hora del ejemplo anterior debería tardar 10 horas en cargarse desde un estado completamente descargado a una corriente de carga constante de 7 amperios (70 amperios-hora / 7 amperios).

Aquí se dan las capacidades aproximadas en amperios-hora de algunas baterías comunes:

• Batería de automóvil típica:70 amperios-hora a 3,5 A (celda secundaria)
• Batería de carbono y zinc tamaño D:4,5 amperios-hora a 100 mA (celda primaria)
• Batería de carbono-zinc de 9 voltios:400 miliamperios-hora a 8 mA (celda primaria)

¿Cómo comprobar el estado de la batería, con y sin carga?

A medida que una batería se descarga, no solo disminuye su almacenamiento interno de energía, sino que su resistencia interna también aumenta (a medida que el electrolito se vuelve cada vez menos conductor) y el voltaje de la celda de circuito abierto disminuye (a medida que los productos químicos se diluyen cada vez más). ). El cambio más engañoso que presenta una batería descargada es una mayor resistencia. La mejor verificación del estado de una batería es una medición de voltaje bajo carga , mientras que la batería está suministrando una corriente sustancial a través de un circuito. De lo contrario, una simple verificación del voltímetro a través de los terminales puede indicar falsamente que la batería está en buen estado (voltaje adecuado) aunque la resistencia interna haya aumentado considerablemente. Lo que constituye una "corriente sustancial" está determinado por los parámetros de diseño de la batería. Una verificación del voltímetro para revelar un voltaje demasiado bajo, por supuesto, indicaría positivamente una batería descargada:

Batería completamente cargada:

Ahora, si la batería se descarga un poco. . .

. . . y descarga un poco más. . .

. . . y un poco más hasta que muera.

Observe cuánto mejor se revela la verdadera condición de la batería cuando se verifica su voltaje bajo carga en lugar de sin carga. ¿Significa esto que no tiene sentido verificar una batería con solo un voltímetro (sin carga)? Bueno no. Si una simple verificación del voltímetro revela solo 7.5 voltios para una batería de 13.2 voltios, entonces sabrá sin lugar a dudas que está muerta. Sin embargo, si el voltímetro indicara 12.5 voltios, podría estar casi completamente cargado o algo agotado; no podría saberlo sin una verificación de carga. Tenga en cuenta también que la resistencia utilizada para colocar una batería bajo carga debe estar clasificada para la cantidad de energía que se espera que se disipe. Para verificar baterías grandes, como una batería de plomo-ácido de automóvil (12 voltios nominales), esto puede significar una resistencia con una potencia nominal de varios cientos de vatios.

REVISAR:

• La amperios-hora es una unidad de capacidad de energía de la batería, igual a la cantidad de corriente continua multiplicada por el tiempo de descarga, que una batería puede suministrar antes de agotar su reserva interna de energía química.

• La clasificación de una batería en amperios-hora es solo una aproximación de la capacidad de carga de la batería y solo se debe confiar en el nivel actual o el tiempo especificado por el fabricante. Esta clasificación no se puede extrapolar para corrientes muy altas o tiempos muy largos con precisión.
• Las baterías descargadas pierden voltaje y aumentan su resistencia. La mejor verificación de una batería descargada es una prueba de voltaje bajo carga.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de baterías
• Hoja de trabajo de uso básico del voltímetro