Batería de UPS: Flotación, Ecualización y Recarga Rápida: Cuándo Usar Cada Modo

Un banco de baterías de UPS fue evaluado recientemente para su reemplazo después de solo tres años de servicio.

La primera sospecha fue la calidad de la batería. Pero el historial de carga mostró otra causa posible: la UPS se había configurado para realizar cargas de ecualización frecuentes a un voltaje elevado.

Para las baterías VRLA utilizadas principalmente para servicio de espera, la carga repetida de alto voltaje puede aumentar la generación de gas, la pérdida de agua y la temperatura de la batería si excede el perfil de carga recomendado por el fabricante de la batería.

La vida útil de la batería depende de más que la batería en sí. La configuración del cargador, la temperatura y el tiempo disponible para la recarga son importantes.

La carga de flotación, la carga de ecualización o de refuerzo y la recarga rápida cumplen diferentes propósitos. No deben tratarse como modos de carga intercambiables.

Puntos clave

• Carga de flotación es el modo de espera normal para la mayoría de los sistemas de baterías VRLA de UPS.

• Carga de ecualización o de refuerzo solo debe usarse cuando el fabricante de la batería lo permite.

• Recarga rápida está limitada tanto por la corriente de carga permitida de la batería como por la capacidad del cargador de la UPS.

• La capacidad de la batería, la corriente del cargador y el tiempo de recarga disponible deben evaluarse juntos.

• Los parámetros de carga siempre deben basarse en los datos técnicos del modelo de batería específico.

La carga de flotación es el modo de espera normal de la UPS

Para la mayoría de los bancos de baterías VRLA conectados a una UPS en línea, la carga de flotación es la condición de operación normal.

Cuando la energía de la red pública está disponible, el cargador de la UPS mantiene la batería a un voltaje constante controlado. A medida que la batería se acerca a la carga completa, la corriente de carga cae a un nivel bajo y la batería permanece lista para la próxima interrupción.

Para muchas baterías VRLA estacionarias, el voltaje de flotación recomendado a alrededor de 25 °C es aproximadamente:

2.25–2.30 V por celda

Para una batería de 12 V con seis celdas, esto corresponde aproximadamente a:

13.5–13.8 V por batería

Este es un rango típico, no una configuración que deba aplicarse a todas las baterías.

Los diseños AGM, GEL, TPPL y otros VRLA pueden tener diferentes requisitos de carga. El voltaje de flotación correcto siempre debe provenir de la documentación técnica del modelo de batería específico.

Un pequeño error de voltaje de flotación se vuelve importante con el tiempo

Las baterías de UPS pueden permanecer en flotación durante años, por lo que incluso un pequeño error de carga puede tener un efecto a largo plazo.

Si el voltaje de flotación es demasiado bajo, la batería puede permanecer parcialmente cargada. La subcarga prolongada puede contribuir a la sulfatación y a la reducción de la capacidad disponible.

Si el voltaje de flotación es demasiado alto, la batería permanece bajo una sobrecarga continua. Esto puede aumentar la generación de gas, la pérdida de agua, la corrosión de la rejilla y la temperatura de operación.

La UPS puede no mostrar una alarma inmediata mientras la vida útil de la batería se reduce gradualmente.

Para servicio de espera a largo plazo, el voltaje de flotación preciso es más importante que la carga agresiva.

Se debe verificar la compensación de temperatura

El voltaje de carga de plomo-ácido cambia con la temperatura.

A medida que aumenta la temperatura de la batería, el voltaje de carga recomendado normalmente disminuye. A temperaturas más bajas, puede ser necesario un voltaje ligeramente más alto.

Muchas baterías VRLA estacionarias utilizan un valor de compensación de temperatura negativo de unos pocos milivoltios por grado Celsius por celda, pero el coeficiente exacto depende del diseño de la batería.

Si la UPS admite carga con compensación de temperatura, verifique que:

• el sensor de temperatura de la batería esté instalado correctamente;

• la compensación de temperatura esté habilitada donde sea necesario;

• la temperatura de referencia coincida con las instrucciones del fabricante de la batería.

Un banco de baterías que opera continuamente a 30 °C no debe usar automáticamente exactamente el mismo voltaje de carga que uno que opera a 20 °C o 25 °C.

La carga de ecualización no es mantenimiento rutinario para todas las baterías VRLA

La ecualización a menudo se asocia con las baterías de plomo-ácido, pero el término puede ser engañoso en aplicaciones de UPS.

Las baterías tradicionales de plomo-ácido ventiladas pueden usar ecualización periódica para reducir las diferencias en el estado de carga entre celdas.

Las baterías VRLA requieren más precaución.

Dependiendo del fabricante, una etapa de carga temporal de mayor voltaje puede describirse como:

• carga de ecualización;

• carga de refuerzo;

• carga de recuperación;

• carga de puesta en marcha.

Estos términos no siempre son intercambiables.

Algunos fabricantes de VRLA proporcionan un procedimiento de ecualización específico. Otros restringen su uso o especifican un método de carga de refuerzo diferente.

La presencia de una opción de Carga de Ecualización en un menú de UPS no significa que deba ejecutarse automáticamente todos los meses.

El manual de la batería debe decidir eso.

¿Cuándo puede ser apropiado un voltaje de recarga más alto?

Una situación es después de una descarga significativa.

Una batería descargada debe recargarse lo antes posible. Algunos fabricantes de baterías permiten un voltaje de carga o una corriente de carga temporalmente más altos para reducir el tiempo de recuperación.

El punto importante es que esto es temporal.

Una vez alcanzida la condición de recarga requerida, el cargador debe volver al nivel de carga de espera normal especificado por el fabricante de la batería.

Otra situación es la recarga incompleta repetida.

Esto es común en sitios con un suministro de red inestable.

El ciclo de operación puede verse así:

Interrupción → descarga de la batería → la red pública regresa → recarga parcial → otra interrupción

Si la próxima interrupción ocurre antes de que la batería se haya recuperado, el tiempo de respaldo disponible será menor.

Cuando esto sucede repetidamente, el banco de baterías puede pasar gran parte de su vida útil por debajo del estado de carga completo.

Antes de aumentar el voltaje de carga, verifique primero el diseño del sistema.

La capacidad de la batería por sí sola no determina el tiempo de recarga

Este es uno de los puntos más pasados por alto en el dimensionamiento de baterías de UPS.

Un banco de baterías más grande proporciona más energía almacenada, pero también requiere más tiempo o más corriente de carga para recuperarse después de una descarga.

Se deben considerar tres factores juntos:

Capacidad de la batería + capacidad del cargador + ventana de recarga disponible

Considere un ejemplo simple.

Si una batería de 100 Ah permite una corriente de recarga máxima de 0.2C, la corriente correspondiente sería:

100 Ah × 0.2 = 20 A

Pero si el cargador de la UPS solo puede suministrar 10 A, el banco de baterías no se recargará a 20 A.

El cargador se convierte en el factor limitante.

Esto es particularmente importante cuando se agrega un banco de baterías externo grande para extender el tiempo de respaldo de la UPS.

Agregar más baterías aumenta el tiempo de ejecución, pero no aumenta automáticamente la capacidad de carga.

Por lo tanto, un sistema diseñado para varias horas de respaldo puede requerir un cargador de mayor capacidad o módulos de carga adicionales si se requiere una recuperación rápida.

Para dimensionar el banco de baterías antes de verificar el tiempo de recarga, consulte nuestra Guía de dimensionamiento de tiempo de ejecución de baterías de UPS.

Las interrupciones frecuentes hacen que el tiempo de recarga sea parte del diseño de la UPS

En sitios con una red inestable, la capacidad de recarga debe considerarse durante la selección de la UPS, no después de la instalación.

Suponga que un banco de baterías está diseñado para un largo tiempo de respaldo, pero el sitio experimenta varias interrupciones por día.

Después de la primera descarga, la UPS puede tener solo unas pocas horas para recargarse antes de la próxima interrupción.

Si el cargador no puede restaurar suficiente capacidad durante ese período, cada interrupción subsiguiente comienza con menos energía almacenada.

Por lo tanto, el banco de baterías puede tener el tamaño correcto para el tiempo de ejecución, pero estar mal adaptado al entorno operativo real.

Para sitios con interrupciones frecuentes, verifique:

• profundidad de descarga esperada;

• número de interrupciones por día;

• capacidad de la batería;

• corriente del cargador de la UPS;

• tiempo de recarga disponible;

• horario de operación del generador, si corresponde.

Esto a menudo es más útil que simplemente aumentar la capacidad de Ah de la batería.

Para obtener más información sobre la capacidad de la UPS, el tiempo de ejecución y la configuración de la batería, consulte nuestra Guía de dimensionamiento de UPS.

La ecualización no puede reparar una batería defectuosa

Si una batería en una cadena en serie muestra un voltaje anormal, aplicar un voltaje de carga más alto a toda la cadena no debería ser la primera respuesta.

Verifique primero la condición de la batería.

Las mediciones útiles incluyen:

• voltaje individual de la batería;

• resistencia interna o conductancia;

• resistencia de conexión;

• temperatura de la batería;

• capacidad de descarga;

• hinchazón, fugas o corrosión visibles.

Una batería con pérdida de capacidad significativa, daño interno, secado excesivo o calentamiento anormal normalmente no se puede restaurar simplemente aumentando el voltaje de carga.

La ecualización es un procedimiento de carga, no un método de reparación.

Para obtener más información sobre el cableado y el monitoreo de cadenas de baterías, consulte Punto medio de la batería de UPS: qué hace, cuándo lo necesita y cómo conectarlo.

Por qué la carga excesiva es una preocupación con las baterías VRLA

Las baterías VRLA están diseñadas para recombinar gran parte del gas generado durante la carga normal.

Esa capacidad de recombinación tiene límites.

El voltaje de carga, la corriente de carga o la temperatura excesivos pueden aumentar la generación de gas más rápido de lo que la batería puede recombinarlo.

La presión interna aumenta y la válvula de alivio de presión puede operar.

Una vez que se pierde humedad de una batería VRLA sellada, normalmente no se puede restaurar de la misma manera que se puede reparar el electrolito en una batería ventilada convencional.

Por lo tanto, la sobrecarga repetida puede acelerar el secado y la pérdida de capacidad permanente.

Si una batería muestra:

• hinchazón de la carcasa;

• temperatura inusual;

• fugas o corrosión;

• manchas alrededor del área de la válvula;

• voltaje anormal persistente;

investigue la causa antes de cambiar la configuración de carga.

La recarga rápida se trata principalmente de la corriente de carga disponible

Para las baterías de UPS de plomo-ácido, recarga rápida es generalmente un término más útil que carga rápida.

El tiempo de recarga depende principalmente de:

1. capacidad del cargador de la UPS;

2. corriente de carga máxima permitida por la batería;

3. profundidad de la descarga anterior;

4. temperatura de la batería;

5. el perfil de carga especificado por el fabricante.

No existe una tasa C máxima única que se aplique a todas las baterías VRLA.

Algunos modelos de batería permiten una corriente de recarga inicial relativamente alta, mientras que otros utilizan límites más bajos.

Es por eso que declaraciones como:

Todas las baterías de UPS deben cargarse a 0.1C.

o:

0.25C es siempre el máximo.

son demasiado amplias.

Utilice la hoja de datos para el modelo de batería exacto.

No pase por alto el cargador de la UPS al agregar baterías externas

Este punto es especialmente importante cuando una UPS estándar se conecta a un banco de baterías externo mucho más grande.

El cálculo de la batería puede mostrar que el tiempo de respaldo requerido es alcanzable, pero queda otra pregunta:

¿Cuánto tiempo necesitará la UPS para recargar las baterías después de una descarga?

Si la respuesta es 10, 15 o incluso 20 horas, eso puede ser aceptable en un sitio con un suministro de red estable.

Puede no ser aceptable en un sitio donde es probable que ocurra otra interrupción en varias horas.

Por lo tanto, para proyectos de UPS de largo tiempo de ejecución, la capacidad del cargador debe verificarse junto con:

• clasificación kVA/kW de la UPS;

• voltaje de CC de la batería;

• capacidad de Ah de la batería;

• tiempo de respaldo requerido;

La longitud del cable de la batería y el tamaño del conductor también deben verificarse, especialmente cuando los gabinetes de batería externos se instalan a varios metros de la UPS.

Para la longitud del cable, la caída de voltaje y la ubicación del gabinete de la batería, consulte ¿A qué distancia debe estar una UPS del gabinete de la batería?.

Las baterías de litio utilizan una estrategia de carga diferente

Los sistemas de baterías de litio no deben heredar simplemente la terminología de plomo-ácido como carga de flotación y ecualización.

Las baterías de litio industriales normalmente siguen un perfil de carga definido por el fabricante de la batería y controlado por el sistema de gestión de la batería.

El BMS típicamente monitorea:

• voltaje de celda;

• temperatura de la batería;

• corriente de carga;

• estado de carga;

• desequilibrio de celdas;

• sobrevoltaje;

• sobretemperatura.

Para un sistema de batería de UPS de litio, las preguntas importantes son:

• ¿Es el cargador de la UPS compatible con la batería?

• ¿La comunicación entre la UPS y el BMS está funcionando correctamente?

• ¿El voltaje y la corriente de carga están dentro de los límites del fabricante de la batería?

Los parámetros de carga no deben aumentarse manualmente más allá de los límites definidos por el fabricante de la batería o el BMS.

Flotación vs. ecualización vs. recarga rápida

Antes de cambiar la configuración de carga de la batería de la UPS

Antes de cambiar los parámetros de flotación, refuerzo o recarga, verifique:

• modelo y tecnología exactos de la batería;

• voltaje de flotación especificado por el fabricante;

• voltaje de refuerzo o ecualización permitido;

• corriente de carga máxima;

• requisito de compensación de temperatura;

• capacidad del cargador de la UPS;

• capacidad del banco de baterías en Ah;

• frecuencia de interrupción esperada;

• tiempo de recarga disponible;

• temperatura de la batería;

• voltajes individuales de la batería.

No ajuste un parámetro de forma aislada.

Un voltaje de carga más alto puede reducir el tiempo de recarga, pero también puede aumentar el estrés de la batería.

Un banco de baterías más grande puede proporcionar un respaldo más prolongado, pero también puede requerir mucho más tiempo para recargarse.

La estrategia de carga debe coincidir con la batería, el cargador de la UPS y las condiciones reales del sitio.

Tres reglas prácticas

Utilice la hoja de datos de la batería para el voltaje de flotación.

No aumente el voltaje de flotación simplemente porque una configuración más alta parece cargar la batería de manera más completa.

No programe la ecualización automáticamente a menos que el fabricante de la batería lo recomiende.

Una función de ecualización en el menú de la UPS no significa que todas las baterías VRLA requieran ecualización periódica.

Cuando el tiempo de recarga es importante, verifique el cargador tan cuidadosamente como la capacidad de la batería.

Un banco de baterías grande conectado a un cargador subdimensionado puede proporcionar un excelente tiempo de respaldo una vez completamente cargado, pero una recuperación deficiente entre interrupciones.

Las baterías de UPS pasan la mayor parte de su vida útil conectadas a un cargador en lugar de suministrar carga.

Eso hace que el voltaje de carga, la compensación de temperatura, la corriente de carga y el tiempo de recarga sean parte de la vida útil de la batería, no solo configuraciones de puesta en marcha.

Elegir la batería correcta es solo el primer paso.

Cargarla correctamente es igual de importante.

Nota técnica

El voltaje de carga, la corriente de carga, la compensación de temperatura, la configuración de ecualización o refuerzo y los límites de recarga varían según el diseño de la batería y la configuración del cargador de la UPS.

Siga siempre la última documentación técnica proporcionada por el fabricante de la batería y el fabricante de la UPS. Los valores discutidos en este artículo son referencias de ingeniería generales y no deben reemplazar las instrucciones de carga específicas del modelo.

Normas internacionales y referencias técnicas

Las siguientes normas internacionales son relevantes para los sistemas de baterías de UPS estacionarias:

• Serie IEC 60896 — Baterías estacionarias de plomo-ácido reguladas por válvula.

• IEC 62485-2 — Requisitos de seguridad para baterías secundarias estacionarias e instalaciones de baterías.

• IEEE 1188 — Mantenimiento, prueba y reemplazo de baterías VRLA estacionarias.

• IEC 62619 — Requisitos de seguridad para celdas y baterías de litio secundarias industriales.

Estas normas proporcionan orientación técnica y de seguridad general. Los parámetros de carga reales siempre deben confirmarse con la documentación actual del fabricante de la batería y la UPS.

¿Necesita ayuda para dimensionar un sistema de baterías de UPS?

La capacidad de Ah de la batería es solo una parte del diseño de baterías de UPS.

Para proyectos que requieren un largo tiempo de respaldo, ciclos de descarga frecuentes o recuperación rápida después de interrupciones, la capacidad del cargador y el tiempo de recarga deben evaluarse junto con el banco de baterías.

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