Guia Completa sobre Bateries: Funcionament i Característiques

Parts i Funcionament Bàsic d'una Bateria

Les parts principals d'una bateria són les plaques positives i les plaques negatives, col·locades alternativament. Entre una placa positiva (+) i una negativa (-) hi col·loquem un material aïllant per evitar curtcircuits.

A cada compartiment o tassó, hi aboquem l'electròlit (generalment una barreja d'àcid sulfúric i aigua destil·lada).

Nombre i Tipus de Plaques

A cada tassó d'una bateria, normalment tenim un nombre més alt de plaques negatives que de plaques positives. Això és perquè les plaques positives reaccionen per ambdós costats, i d'aquesta manera, cada costat té una placa negativa adjacent per poder reaccionar eficientment.

Exemple: 4 plaques negatives / 3 plaques positives en un tassó. Si cada tassó genera aproximadament 2V, una bateria de 6 tassons tindrà una tensió nominal de 12V (o lleugerament superior, com 12.6V en estat de càrrega completa).

Processos Interns: Càrrega, Descàrrega, Gasificació

Càrrega i Descàrrega

Durant el procés de càrrega, fem passar electrons (corrent elèctric) des de la placa negativa cap a la positiva a través de l'electròlit. Aquest procés canvia la composició química del líquid, disminuint la proporció d'aigua destil·lada i augmentant la concentració d'àcid sulfúric.

En el procés de descàrrega (quan aprofitem l'energia), la reacció química es produeix de manera inversa: l'energia química es converteix en energia elèctrica, i el corrent flueix de la placa positiva a la negativa a través del circuit extern, mentre la composició de l'electròlit canvia, augmentant la proporció d'aigua.

Tensió de Gasificació

La tensió de gasificació ocorre quan carreguem una bateria. Si se supera el voltatge de càrrega recomanat, durant la càrrega la bateria augmenta la seva temperatura i l'electròlit pot començar a descompondre's (electròlisi de l'aigua), generant gasos (hidrogen i oxigen).

La bateria disposa de vàlvules de seguretat que alliberen aquest gas a l'exterior en cas de superar la pressió tarada. Aquests gasos (i l'aigua que els formava) són irrecuperables en bateries convencionals, provocant una pèrdua de líquid.

Característiques Elèctriques Clau

Les característiques elèctriques principals d'una bateria són:

• Voltatge (V): La diferència de potencial elèctric nominal.
• Capacitat (Ah): Els amperes per hora, que indiquen la quantitat d'energia que pot emmagatzemar.
• Corrent d'arrencada (A): Els amperes que pot subministrar instantàniament, important per a l'arrencada de motors.

Connexió de Bateries: Sèrie i Paral·lel

Connexió en Sèrie

Quan connectem dues o més bateries en sèrie:

• Els voltatges se sumen.
• La capacitat (Ah) total és la de la bateria amb menor capacitat del conjunt.
• Si una bateria és de menor capacitat que l'altra, aquesta es descarregarà abans.
• En cas de ruptura o curtcircuit intern d'una de les bateries, el circuit pot quedar inutilitzat.
• Exemple: Si connectem una bateria de 6V i una de 12V en sèrie per alimentar un circuit que requereix 18V, la bateria de 6V (si té menys capacitat o es descarrega primer per altres motius) podria esgotar-se completament abans que la de 12V hagi lliurat tota la seva energia útil, podent fins i tot patir danys per descàrrega profunda o inversió de polaritat.

Connexió en Paral·lel

Quan connectem dues o més bateries en paral·lel (han de tenir el mateix voltatge nominal):

• El voltatge total és el mateix que el d'una sola bateria.
• Les capacitats (Ah) se sumen.
• Exemple: Una bateria de 12V i 70Wh (aproximadament 5.8Ah) connectada en paral·lel amb una bateria de 12V i 140Wh (aproximadament 11.7Ah) resulta en un sistema de 12V amb una capacitat total de 210Wh (aproximadament 17.5Ah).

Altres Aspectes Importants

Resistència Interna

La resistència interna d'una bateria varia segons el seu estat de càrrega.

• Si està carregada, la seva resistència serà menor, ja que l'electròlit té una major concentració d'àcid sulfúric (millor conductor).
• Si està descarregada, té major resistència, ja que la seva composició té més proporció d'aigua destil·lada (pitjor conductor) i sulfat de plom a les plaques.

Selecció de la Bateria

A l'hora de triar una bateria, tindrem en compte factors com:

• El voltatge requerit pel sistema.
• La capacitat (Ah) necessària per a l'autonomia desitjada.
• El corrent d'arrencada (A) si és per a un vehicle (relacionat amb el cubicatge del motor i el tipus de combustible).
• Les dimensions físiques i el tipus de borns.

Dins d'una bateria, es pot augmentar la capacitat augmentant la superfície de les plaques o la quantitat d'electròlit, però augmentar la concentració d'àcid més enllà del disseny òptim pot ser perillós i contraproduent.

Millores: Addició de Calci

S'afegeix calci a les reixetes de les plaques de plom en algunes bateries modernes. Això ajuda a:

• Reduir la corrosió de les plaques per l'àcid.
• Disminuir la gasificació i l'evaporació de l'aigua durant la càrrega.

Això permet fabricar bateries segellades que no requereixen manteniment (addició d'aigua destil·lada) durant la seva vida útil.