¿Qué tan malo es subvoltaje una batería de plomo-ácido de 12 voltios?

Tuve una acalorada discusión con algunos colegas hoy en torno a qué tan bajo voltaje estaba bien para una batería de plomo-ácido de 12 voltios; En su opinión, el zumbador de advertencia de bajo voltaje y el apagado automático definitivo eran molestos y representaban un riesgo para la seguridad.

• Tenía un tipo que insistía en que las baterías estaban "bien", incluso cuando habían sido subestimadas y que podía tirarles casi cualquier cosa.
• Otro tipo insistió en que la batería de su automóvil había sido en algún momento tan baja como 2 (!) Voltios y bueno, no tuvo problemas con eso.

Siempre pensé cuando navegaba que nunca dejaba caer su batería de 12 voltios por debajo de alrededor de 11 voltios, por lo que esta postura muy pasiva me ha confundido un poco. ¿Hay datos disponibles para cuantificar una pérdida en la calidad de la batería de plomo-ácido por eventos de bajo voltaje? ¿Cuánto pierdo en cuanto a capacidad por un evento de bajo voltaje? Estoy bastante seguro de que tengo razón, pero necesito algunos datos.

Su punto puede hacerse fácilmente de manera diferente.

Si observa la curva de descarga de una batería de plomo-ácido con una clasificación de 12V o 6V:

Esto viene de Yuasa. Ellos hacen las cosas. Es confiable u optimista, ciertamente no pesimista.

Echemos un vistazo a la de 12V y supongamos de manera optimista que solo está interesado en una descarga de 0.2C, de cualquier otra forma, se pueden hacer los mismos argumentos con una línea diferente.

En su marca de 12V, puede ver que hay un "punto de inflexión" donde el voltaje pasa de relativamente constante a caer en picado.

A 11V casi va directo hacia abajo.

A 9V caerá inmediatamente bajo la misma corriente de carga.

Esto significa que en el punto de 12 V esencialmente ha utilizado el 60% de su capacidad. Con 11V, está efectivamente en el 93%. A 9V estás en 99.5%.

Ahora, agregando que una batería con 0V a través de ella ya no tiene iniciativa química, de ningún tipo de química, deberá motivarla a recrear el desequilibrio químico que causa el voltaje aparente y el potencial de flujo de corriente. Esto es difícil en cualquier batería (razón por la cual casi todas las baterías están construidas con electrodos ya químicamente construidos con los materiales correctos para crear el potencial de la celda).

Con SLA se gasta mucha energía en la recombinación química de sulfatos y sulfitos, desperdiciando mucha energía. Esto resulta en la necesidad de una potencia excesiva para volver a conectar una celda que se deja a 0V. Excesiva potencia = calor. Calor = gasificación. Gasificación = pérdida de humedad. Pérdida de humedad = mala. Sin mencionar que el voltaje más alto que generalmente se requiere produce muchos, muchos subproductos en las placas, al lado de los subproductos ya generados al neutralizarlo en primer lugar y te queda una batería AA con el peso y el tamaño de un 6Ah SLA.

Ahora, si te acercas a 9V, se convertirá en 0V muy rápidamente. Llegarás fácilmente demasiado tarde.

Muchos fabricantes nos dicen "Considere que su batería está vacía a 11.8V", algunas personas (incluido yo) asumen 11V. Aquellos que usan 11V a menudo (pero no siempre) tienen cuidado de saber que este es el límite inferior . Esto es exactamente por esa razón.

Si no aceptan que cientos de fabricantes, innumerables expertos en el campo y usuarios dicen "a 11.8V no obtendrás mucho más y será riesgoso intentarlo", entonces solo convéncelos con el hecho de que a 11V no habrá mucho que obtener de todos modos. Hecho. Todos los otros puntos discutibles.

La razón por la cual la batería de un automóvil se puede dejar caer a 2V y luego seguir funcionando, es porque esa batería estaba a 2V en muy poco tiempo, porque el idiota que dejó las luces encendidas se dio cuenta después de un tiempo. Y debido a que generalmente están sobredimensionados por un factor de 2 a 5, según el tipo y la marca de un automóvil, por lo que uno lisiado funcionará durante un par de años más.

Y seamos honestos, ¿realmente vamos a dedicar horas y horas de trabajo e investigación para convencer a alguien que ni siquiera puede pensar en las luces de su automóvil de hechos acordados compartidos entre miles de ingenieros eléctricos en todo el mundo?

Excelente respuesta de Asmyldof. Lo único que agregaría es que:

(1) Existen varias variedades distintas de plomo-ácido: la 'batería de arranque' que está destinada a ser descargada muy raramente, la 'batería motriz' destinada a una descarga gradual y más profunda, la 'batería de reserva' para operación tipo UPS donde las descargas profundas son raras y, por lo tanto, los impactos negativos acumulativos de dicha descarga profunda se compensan con la vida útil esperada y un nuevo sabor que puede operar en un estado parcial de descarga durante largos períodos. Todos tienen características muy distintas en el fino detalle.

(2) La industria de las baterías de plomo-ácido es muy competitiva. A menos que tenga una nueva química patentada que lo diferencie de la competencia, entonces (a) obtiene lo que paga (en términos de calidad), y (b) ningún fabricante se beneficia al establecer límites de uso / recomendaciones por debajo de lo que es razonable esperar una buena vida útil de sus productos.

Dragones de nudillos que dicen "Oh, estas cosas son a prueba de balas", o "Ejecuté este b ** ch a 2.5V y todavía funciona bien". por lo general no son los que tienen que gastar cientos / miles de sus propios dólares cuando las baterías "misteriosamente" no duran los años que deberían. Estas son las personas que también son responsables de que las baterías tengan garantías cortas, porque puede ser difícil demostrar que un cliente usó mal una batería fuera de los límites publicados (sin tener una electrónica de monitoreo elaborada incorporada para grabarla y probarla).

La hoja de datos del fabricante es el rey, y su aplicación debe coincidir con una batería destinada a ese caso de uso. Los tres puntos de datos de experiencia personal de su colega no tienen valor, al menos en el contexto de la duración de la batería (y quién tiene que pagar por el reemplazo prematuro).

Un factor importante a considerar con las baterías de celdas múltiples es que el daño causado por el bajo voltaje se concentrará en la celda más débil, pero el rendimiento de esa celda más débil será generalmente el factor limitante con respecto al rendimiento del paquete en su conjunto. . Si las seis celdas de un paquete de 12 voltios son igualmente buenas, reducir su voltaje a 9 puede reducir las seis celdas a 1.5 voltios sin dañar significativamente nada, pero si una de las celdas es más débil que las otras, reducir el voltaje del paquete bajar a 9 puede provocar que el voltaje de la celda débil se reduzca a 1.0 voltios mientras que las otras cinco celdas están en 1.6. Si eso se hace varias veces, la celda débil puede volverse aún más débil, de modo que su voltaje cae a nada mientras las otras celdas aún están en 1.8.

En los casos en que se usa un paquete de baterías de celdas múltiples para fines de capacidad de almacenamiento en lugar de la capacidad de manejo de corriente, sospecho que un paquete de baterías con electrónica para extraer más corriente de baterías más fuertes podría producir un mejor comportamiento de por vida que uno que simplemente conecta las celdas en serie, pero no estoy al tanto de que tales diseños sean comunes. No obstante, es importante tener en cuenta que en las baterías de celdas múltiples, el daño causado por condiciones de bajo voltaje aumentará a medida que aumente la diferencia entre baterías más fuertes y más débiles, y esa diferencia aumentará como resultado de dicho daño.

Esta no es una respuesta técnica, sino algo más de combustible para su contraargumento:

Solía ​​trabajar en lugares que tenían GRANDES bancos de baterías de respaldo (de 100 a 1000 de baterías de alta calidad) y esos se cambiaron (TODAS las baterías) a un gran costo si se ciclaban por debajo del límite recomendado por el fabricante debido a un corte de energía. Esta era una infraestructura de red telefónica crítica de alta confiabilidad con requisitos legales para permanecer en línea en un corte de energía (también ataque nuclear, natch). Vería paletas de baterías en espera de reciclaje que probablemente durarían otra década con el enfriador de cerveza de Joe Normal en su remolque o similar, pero esto me lleva a mi punto:

Si necesita un rendimiento garantizado, siga las especificaciones del fabricante.

Puede "salirse con la suya" con la batería de un automóvil porque es probable que nunca llegue a sus límites, por lo general duran años, tal vez si lo descarga a 2v se saldrá con la suya y seguirá funcionando encender su automóvil en condiciones normales por otros 5 años, pero eso no significa que no acortó su vida por un año, o que si condujera a Alaska en invierno todavía funcionaría, o que si lo descargara a 2v a pocas veces más no se acurrucaría y moriría. Pero como consumidor, simplemente se encogerá de hombros y comprará una batería nueva, o habrá vendido el automóvil para entonces.

Puedes salirte con la tuyaun montón de cosas en la vida cotidiana del consumidor, pero si está tratando de garantizar el rendimiento de su dispositivo / producto, no puede romper las reglas (a menos que sea malditamente bueno), es por eso que se cambiaron todas esas baterías de respaldo: probablemente todavía funcionaría bien hasta ~ 90% de las especificaciones, pero cuando se corta la energía en un día de invierno 3 años a partir de ahora, y ese evento de descarga por exceso de especificaciones ha llevado las baterías demasiado lejos en la curva, y en lugar de tener el especificó 30 minutos en la mano para restablecer la energía, el equipo se desconecta inesperadamente 10 minutos antes, bloquea la red y apaga todo el sistema por un día porque la situación de restauración desde la muerte es 10 veces peor que el "apagado controlado" vas a parecer un imbécil correcto, y los abogados de alguien van a llamar a tu puerta.

Cualquier fabricante de baterías que valga la pena podrá decirle estos datos (y garantizarlos), si no pueden, no usarán sus cosas para CUALQUIER aplicación crítica.

Como nota al margen: los vehículos militares cambian sus baterías con mucha más frecuencia que la batería de automóvil de Joe Public por exactamente la misma razón: cuando te disparan en un día invernal, debes poder poner en marcha la carga de tu tropa por primera vez garantizado, no hagas algunos intentos con un poco de descanso en el medio.

Esta fue una instalación mediana, luego reemplazada por muchos racks de baterías AGM más pequeñas:

Me gusta esto:

Y si se ciclaran demasiado profundo, TODOS se cambiarían. No hay duda.

Respondiendo a la pregunta " ¿Hay datos disponibles para cuantificar una pérdida en la calidad de la batería de plomo-ácido por eventos de bajo voltaje? ", Aquí hay dos buenas fuentes:

" La vida útil de la batería está directamente relacionada con la profundidad del ciclo de la batería cada vez. Si una batería se descarga al 50% todos los días, durará aproximadamente el doble que si se cicla al 80% DOD ^[1] . Si se recicla solo 10% DOD, durará aproximadamente 5 veces más tiempo que uno ciclado al 50%. Obviamente, hay algunas limitaciones prácticas en esto: generalmente no desea tener una pila de baterías de 5 toneladas allí solo para reducir el DOD . El número más práctico para usar es 50% DOD de forma regular. "- https://www.solar-electric.com/deep-cycle-battery-faq.html

" Vida típica de las baterías de arranque y de ciclo profundo cuando se realiza un ciclo profundo:

Depth of Discharge    Starter Battery    Deep-cycle Battery
------------------------------------------------------------
100%                  12–15 cycles       150–200 cycles
50%                   100–120 cycles     400–500 cycles
30%                   130–150 cycles     1,000 and more cycles

"- http://batteryuniversity.com/learn/article/lead_based_batteries

Ambas fuentes se encontraron gracias a los comentarios de Hot Licks y Nick Alexeev.

Notas / PS

^[1] DOD significa Profundidad de descarga con 100% de significado para descargar completamente la batería

Otras respuestas tienen excelente información pero no responden la pregunta directamente.

Tengo experiencia con más de diez mil baterías. Las baterías de bajo voltaje destruyen la batería causando sulfatación en baterías de plomo ácido o dendritas en litio. Ambos son muy destructivos. Las personas que dicen que la batería puede manejarlo realmente dicen que su batería es una batería de mejor calidad que la habitual. Sin embargo, el agotamiento de las baterías por debajo de su voltaje nominal es destructivo y todavía daña la batería. Eventualmente verá que la batería se agota más rápidamente. Eliminar un corte de voltaje es extremadamente tonto, porque NUNCA debe usar una batería con bajo voltaje si desea que la batería dure. Lo más costoso que puede hacer es dejar una batería bajo tensión, la segunda más costosa es, para empezar, tenerla bajo tensión. No está diseñado para operar fuera de sus parámetros y acortará la vida drásticamente. No necesita una tabla para comprender que las baterías se agotarán más rápidamente cuando las descargue demasiado. Solo sea lo suficientemente tonto como para descargar sus baterías en exceso y pronto lo descubrirá.

Lo que normalmente agota rápidamente las baterías nuevas es hacer que se descarguen y dejarlas en reposo durante semanas o meses en estado de agotamiento.

Ese es el destino típico de la mayoría de las baterías "recreativas". Se vuelven desatendidos.

Unas pocas descargas de desastres seguidas de una carga y las baterías seguirán cooperando, pero nunca deje baterías descargadas de motocicletas o automóviles para su posterior cuidado.

Notará que las celdas de la batería se sulfatan cuando el voltaje de la batería puede elevarse y la batería no recibe corriente. Por lo general, una batería de 12V 70Ah sana y ligeramente descargada cae a 15-20 amperios después de unos minutos a una carga de 14.4V. Cuando está sulfatado Puede aplicar 15-30 V y apenas fluye corriente. Entonces estás en problemas.

Si tiene una fuente de alimentación limitada de corriente, puede torturar las baterías y freírlas a un voltaje más alto con el límite de corriente establecido en quizás 0.01 de la capacidad.

Si / cuando la batería comienza a consumir algo de corriente, tiene mucho tiempo antes de que esté completamente cargada.

Normalmente, cuando está muy sulfatado, puede posponer una batería nueva, pero nunca será tan nueva.

Las baterías de plomo-ácido son como las mascotas: se comportan de acuerdo con la forma en que se tratan.

Hace algunos años compré este scooter con un murciélago de 6 V muerto; solo comenzó con patada de pedal. Bate colocado en un cargador controlado: 6V por raíz cuadrada 2, aproximadamente 8,5 V. Era una carga de 4AH, regulada (probada) al 10%, por lo tanto 400mA; pero como el murciélago estaba muerto, tuvo que aumentar el voltaje hasta 10 o 12 V (realmente no puedo recordar) hasta que se puedan alcanzar esos 400 mA. En este punto, tenía que controlar el líquido dentro de las células y la corriente de carga; Casi cada 20 minutos más o menos, tuvo que disminuir el voltaje para obtener la corriente de carga correcta. Eventualmente llegó a un punto donde podría tener 400 mA con voltaje de carga correcto (8,5 V) y siempre monitoreando la electrolita en las celdas. Luego, déjalo reposar cargando durante 14 horas. Se volvió como nuevo. Supongo que se necesitaba un exceso de voltaje para "romper" las sales malas en los electrodos.