ENERSYS - Cómo elegir la mejor fuente de energía de tracción para vehículos eléctricos de uso en almacenes - Handling&Storage

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ENERSYS - Cómo elegir la mejor fuente de energía de tracción para vehículos eléctricos de uso en almacenes

Martin Walsh, responsable principal de aplicaciones del departamento de Energía de Tracción y de Reserva para la región EMEA en EnerSys

Cómo elegir la mejor fuente de energía de tracción para vehículos eléctricos de uso en almacenes y fábricas: factores que se deben tener en cuenta

Muchas aplicaciones industriales dependen de vehículos como las carretillas elevadoras, transpaletas y vehículos para el transporte del personal para garantizar un desplazamiento rápido, seguro y eficiente de materiales y personas. Con una frecuencia cada vez mayor, estos vehículos cuentan con alimentación eléctrica y su potencial depende en gran medida de las baterías y cargadores utilizados para su funcionamiento. Por lo tanto, los usuarios deben tener en cuenta diferentes factores clave a la hora de comprar o actualizar las baterías de sus vehículos. Además, los fabricantes de equipos originales deberían tener en cuenta estos factores para asegurarse de que sus productos cuenten con la mejor solución de batería posible, capaz de satisfacer las necesidades de sus clientes. Entre estos factores clave se incluye la consideración de las tecnologías de plomo-ácido y de ion-Litio (Li-ion) y sus variantes, así como el coste total de propiedad (CTP).

Tecnologías de baterías de plomo-ácido

Un innovador tipo de batería de plomo-ácido que emplea la tecnología conocida como placas delgadas de plomo puro (TPPL) ofrece a los fabricantes de primeros equipos y a los usuarios finales una alternativa a los diseños convencionales de plomo-ácido e ion-Litio. La tecnología TPPL soluciona muchas de las carencias de las baterías de plomo-ácido y permite a los usuarios obtener la productividad, ahorro y seguridad esenciales en el entorno competitivo actual.
Estos son los cuatro tipos principales de baterías de plomo-ácido:

■ Plomo-ácido húmedas (plomo-antimonio)
■ Plomo-ácido reguladas por válvula (VRLA) de tipo gel (plomo-calcio)
■ VRLA con fibra de vidrio absorbida (AGM) (plomo-calcio)
■ Placas delgadas de plomo puro (TPPL) (Plomo puro – VRLA – AGM)

Las baterías húmedas de plomo-ácido ofrecen una vida útil correcta, pero su diseño inherente genera muchos problemas. La carga dista mucho de ser la ideal, ya que requieren periodos de carga completa de entre 8 y 12 horas, y una sobrecarga del 10%-20% para obtener la mezcla ácida y minimizar la estratificación. Además, es necesario realizar llenados de agua de forma periódica. La carga rápida, aunque es posible, requiere el uso de cargadores especiales, accesorios para baterías y algoritmos de carga.
Las baterías VRLA de gel y del tipo AGM disponibles en el mercado ofrecen mejoras. Sin embargo, tienen una capacidad de aceptación de carga limitada, por lo que necesitan un mayor tiempo de carga (entre 8 y 10 horas). Los productos de gel actuales no responden de forma eficiente a los programas de recarga de corriente alta para cargas rápidas.

Ventajas de la tecnología TPPL

La tecnología TPPL, basada en dos conceptos clave, placas delgadas y plomo puro, supone una mejora en relación con el resto de baterías de plomo-ácido.

■ Placas delgadas: los electrodos positivos y negativos utilizados en los sistemas TPPL solo tienen 1 mm de grosor, en comparación con los 9 mm habituales de las baterías de plomo-ácido tradicionales. Esto permite la colocación de muchos más electrodos en el mismo espacio, lo que aumenta la capacidad de las baterías e incrementa la densidad energética. Como resultado de ello, los requisitos de espacio para obtener la misma capacidad que los sistemas AGM se reducen en aproximadamente un 30%.
■ Plomo puro: Las baterías AGM de VRLA utilizan una aleación de plomo y calcio para sus placas positivas y negativas. La tecnología TPPL utiliza plomo de alta pureza combinado con ácido sulfúrico de muy alta pureza. El comportamiento químico de las baterías es mucho más estable, lo que ofrece ventajas en términos de características de carga y vida útil. Además, la estructura de grano del plomo puro hace que las placas sean mucho menos susceptibles a la corrosión.

Al igual que otros productos anteriores de VRLA, las baterías con tecnología TPPL son de tipo hermético, con una emisión de gases mínima y sin necesidad de llenados de agua. Este diseño aporta una impedancia interna muy baja a las baterías, permite una velocidad muy alta de descarga y una aceptación de la carga rápida y eficiente. De esta manera, se logra el funcionamiento en el modo de estado de carga parcial (ECP). Este modo recibe el nombre de cargas parciales, porque los operarios pueden aprovechar momentos como los cambios de turno o las pausas del almuerzo para cargar las baterías con una corriente elevada durante periodos cortos. La recarga completa durante los fines de semana con igualación de celdas aportará al paquete de baterías un estado de carga (EC) completa.
Las baterías se pueden cargar con ratios comprendidos entre 0,4 C5 y 0,7 C5, o de dos a cuatro veces el ratio de carga de las baterías AGM y de gel estándar. Existen algoritmos de carga rápida para aplicaciones cíclicas para una carga rápida y segura. Las operaciones de ECP se pueden llevar a cabo sin efectos adversos de memoria en las baterías.
En la figura 2 se muestran los datos de una planta de elaboración de alimentos con un sistema de funcionamiento de 6 días / 3 turnos mediante el uso de una batería de 48 V-625 Ah. La duración de los periodos de carga es representativa del tiempo disponible con un trabajo a turnos normal. En este régimen, la batería funcionó en modo de ECP. El sexto día, la batería recibió una carga adicional, con una carga de igualación constante, para obtener un estado de carga completa con el fin de estar lista para su funcionamiento a la semana siguiente.
La tecnología TPPL también ofrece una densidad energética mayor. En la figura 3 se muestran las densidades energéticas volumétricas relativas a nivel de celdas.
El consumo energético se reduce, ya que las baterías requieren una sobrecarga inferior, normalmente del 8%-10%, en comparación del 10%-20% que requieren las baterías húmedas. Se puede obtener un ahorro energético de hasta el 30% mediante el uso de baterías TPPL con unos cargadores adecuados.
Hay otra ventaja disponible para los usuarios que deseen mantener un stock de baterías de repuesto para una sustitución rápida de las unidades usadas. A diferencia de las baterías convencionales, que requieren una recarga entre cada seis a doce semanas durante el periodo de almacenamiento, las baterías TPPL se pueden almacenar hasta dos años a 20° C a partir de un estado de carga completa. Esto reduce los costes dedicados al control de la tensión en circuito abierto de las baterías en inventario y permite la carga de las baterías que la necesiten. En la figura 4 se cuantifica el rendimiento de las baterías durante su almacenamiento.

Reducción del CTP con la tecnología TPPL

El ahorro en el CTP proviene de la posibilidad de optimizar las operaciones diarias y de la tecnología mejorada de las baterías. Dado que las tecnologías de energía de tracción, como es el caso de las baterías NexSys®, permiten la carga rápida y las operaciones de ECP, los vehículos pueden seguir siendo productivos durante mucho más tiempo sin necesidad de detenerlos durante un periodo de carga prolongado. Como resultado de ello, es posible utilizarlos durante varios turnos, sin el espacio, los costes de capital y la mano de obra asociados al almacenamiento, mantenimiento y sustitución de las baterías de recambio. Además, se eliminan los costes y el espacio necesarios para las salas de carga exclusivas, así como los desplazamientos de las carretillas hasta estas salas, ya que las baterías con la tecnología TPPL se pueden cargar en cualquier lugar.
Los costes de mantenimiento se reducen todavía más, ya que no es necesario el tiempo que se dedicaba antes al llenado de agua. Los costes energéticos también se reducen, ya que las baterías TPPL requieren una sobrecarga menor que las celdas húmedas. Durante su uso, las baterías ofrecen una vida útil superior a las de las baterías AGM y de gel estándar. Por otro lado, su mayor rendimiento y superior densidad energética permiten obtener baterías más pequeñas y con un coste menor, al mismo tiempo que se ahorra espacio en los vehículos.

ion-Litio: ¿Está esperando a que alcance su máximo potencial?

La sensibilidad de las baterías de ion-Litio a determinadas condiciones de funcionamiento y factores externos hacen que requieran el uso de sistemas electrónicos de gestión de las baterías, que contienen los algoritmos necesarios para utilizar las celdas de un modo seguro, controlado y optimizado, incluida una función de apagado. Los proveedores de sistemas de ion-Litio afirman que prácticamente no requieren mantenimiento, que ofrecen una mayor densidad de potencial y carga flexible, por lo que mejoran el rendimiento de las soluciones de plomo-ácido tradicionales; pero esas ventajas también se pueden encontrar en los sistemas TPPL. Dicho esto, los productos de ion-Litio sí que ofrecen una vida útil extremadamente larga, por lo que a menudo duran más que las carretillas industriales y, en ocasiones, se pueden reutilizar.
Mientras que las baterías de plomo-ácido se pueden reciclar fácilmente y prácticamente en su totalidad, la eliminación de las baterías de ion-Litio supone un mayor esfuerzo. No obstante, se han producido grandes avances en un nivel de planta piloto a la hora de mejorar la capacidad de reciclaje de los sistemas de ion-Litio, y se prevé que, en los próximos años, se establezca un método más consistente y económico para recuperar las importantes materias primas de los compuestos principales.

Conclusión

La tecnología TPPL de EnerSys, implementada en la gama de baterías NexSys®, está teniendo un impacto positivo en el mercado. Es capaz de ofrecer una capacidad (Ah) equivalente o superior a los tipos de baterías de celdas húmedas tradicionales. Las ventajas ofrecidas por la tecnología TPPL son lo suficientemente importantes como para transformar el modo en el que se manipulan los materiales en almacenes y fábricas. Los usuarios de energía de tracción y los fabricantes de equipos originales cuentan ahora con opciones muy interesantes. El rendimiento demostrado durante muchas décadas de las baterías de plomo-ácido sigue siendo competitivo gracias a innovaciones recientes, como la tecnología TPPL, mientras que los sistemas de ion-Litio son una alternativa que puede ir ganando interés a medida que sus futuras evoluciones salgan al mercado.

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