Baterías de Plomo.

Algunos estamos implicados en hacer funcionar el observatorio astronómico remoto en base a energía solar. 
Lo normal es que los cielos oscuros estén en lugares aislados y por tanto con difícil acceso a la red eléctrica convencional.
Trabajar con energía solar presenta nuevos desafíos, entre ellos conocer el comportamiento de las baterías de plomo. 

Somos nuevos en esto y estamos aprendiendo y creo que merece la pena comentar algún "fenómeno" que se va presentando, como por ejemplo la caída brusca en la tensión de los acumuladores o las  oscilaciones de los reguladores de carga.

Escalones.
Tomás G. me llamó la atención sobre los escalones hace tiempo. En su observatorio, el único equipo conectado 24h es la estación EMA (Estación Meteorológica para Astronomía), que a la hora programada activa su relé auxiliar y conecta ordenador y modem para permitir el control remoto. Así se aprovecha al máximo la energía acumulada y se requieren menos paneles solares y baterías.
 La tensión de la batería va quedando registrada en la estación y a veces, una vez recuperadas esas lecturas, aparecían los escalones. Llama la atención, al menos a los legos, que una batería de 80Ah, entregando solo 50mA, pierda casi un voltio en diez minutos. Como las lecturas recuperadas de la estación son cada 5 minutos, daba la impresión de una caída de tensión casi instantánea. 
 En su momento solo se me ocurrió que pudiera deberse al regulador de carga que estaba por medio. Pero Tomás conectó directamente la estación a la batería y ocurría lo mismo. Así que ya te asalta la duda ¿será un fallo en las medidas de la estación? 
Para descartarlo, alimenté la estación con una fuente variable, verificando que sus lecturas de tensión son correctas décima a décima de voltio en todo el rango. Llegados a este punto, la curiosidad me ha animado a aprender algo de las baterías. 
He empezado con baterías AGM de 7.6Ah marca MasterBat. He usado dos unidades nuevas. Son medidas dependientes de la temperatura, y supongo que también cambiaran ligeramente según la tecnología de la batería usada, gel, AGM, calcio etc. 
En la primera prueba, la batería se carga durante 1h a 600mA y se descarga a 120mA sin regulador. Las medidas son cada 5sg con la estación EMA.

Fig.1 Carga durante 1h y posterior descarga. Lecturas EMA cada  5 sg (resolución 0.1v)

Efectivamente, en la Fig.1 se ve un escalón muy rápido al principio de 0.7v en 30sg, luego otro lento de de 2v en 15 min. A mitad de este último escalón es cuando cortan los reguladores de carga para evitar el deterioro de la batería. 
 La curva obtenida me sorprendente tanto que dudo si la batería no estará defectuosa, sobre todo por el escalón de 2v. Para confirmarla hago otro prueba con la otra batería y otro instrumento de medida, un micro Xmega, que con su AD de 12 bits y promediando, acerca a una resolución de 0.01v. La siguiente curva es la fase final de la descarga pero habiendo partido de una carga completa.

Fig.2 Fase final de descarga partiendo de una carga completa.

El resultado es similar, aunque esta vez se ha descargado mucho más y aparece un segundo
escalón de 2v, es como si se fueran cortocircuitando una tras otra las células de la batería.
Como dije, estas tensiones tan bajas no se permiten en el uso normal, ya que en estos niveles
la batería se deteriora muy rápidamente.

Regulador de Carga.

Este elemento limita el exceso de carga y descarga para proteger la batería. Una batería de plomo descargada se deteriora muy rápidamente.

Fig.3 Reguladores de carga probados.

Al principio no le presté especial atención y usé el más económico que encontré. 
La sorpresa te la llevas cuando un día ves que tu equipo, en este caso el display de la estación, se apaga y enciende continuamente y cada vez a mayor frecuencia.

Oscilaciones.

 La Fig.4 muestra la tensión en la bateria al final de la descarga, justo cuando el regulador de carga corta la salida. La tensión está baja y el regulador corta la salida; la batería en vacío recupera tensión y llegado el nivel, el regulador reconecta la carga. Y así continuamente a una frecuencia cada vez mayor. En función de la corriente de descarga esto se prolonga durante más o menos tiempo antes de estabilizarse.

Fig.4 Ciclo completo de descarga a 1.3A a través de regulador.

Es una situación poco recomendable para el buen funcionamiento de cualquier equipo.

A la vista de las oscilaciones probé otros dos reguladores, aparentemente mejores, pero con

idéntico resultado. La única forma de evitar esto es con un regulador que actúe no solo por

niveles, también en función de la energía almacenada, de forma que solo reconecte la salida

cuando se haya inyectado a la batería cierto nivel de carga.

Rendimiento.

Un aspecto importante que se deriva de la Fig.1 en un primer vistazo es que la batería ha 

recibido 600 mA durante 1h y solo ha devuelto 120 mA durante 3h. Esto supone un rendimiento del 60%, cuando lo esperado en baterías selladas es el 90%. Habría que repetir esta prueba con mayor atención.

Y en la misma línea, ¿cuanta energía es capaz de almacenar realmente esta batería ?.

Si entiendo bien las curvas del fabricante, puede entregar 4,6 A durante 1h para terminar en

10v. O bien 1,9 A durante 3h para llegar a 11v.

La carga que he podido colocar supone una corriente media de descarga de 1,3 A. La curva de descarga, esta vez con regulador, está en la Fig. 4.

La batería ha entregado 1,3 A durante algo menos de 3 horas para llegar a 11v, pero el

fabricante dice que la batería puede entregar 1,9 A durante 3 horas. Es como si en vez de

una batería de 7,6 Ah fuera de 4 Ah. Habrá que hacer esta prueba con un fabricante de

reconocido prestigio, a ver que sale.

Fig.5 Caracteristicas de descarga del fabricante.

Conclusiones.

Como lego en el tema, destacaría lo siguiente:
 -  Una batería con 12v está casi descargada.

  - En el proceso de carga y descarga se pierde el 60% de la energía.

  - La batería de las pruebas tiene unas prestaciones inferiores al etiquetado.

  - Un regulador barato produce oscilaciones indeseables para un equipo electrónico.