Baterías de Coche: Funcionamiento, Componentes y Características Eléctricas

Descarga Completa y Sulfatación

Una descarga completa produce la sulfatación de las placas (en baterías con electrolito líquido), un problema que no ocurre con las baterías de electrolito seco o fijado (AGM, Gel). La sulfatación se debe a que el electrolito, que es básicamente una disolución de ácido sulfúrico en agua, pierde sus propiedades conductoras al descargarse profundamente la batería (convirtiéndose mayormente en agua). Solo se recuperaría parcialmente si se aplicaran procesos de carga específicos, pero generalmente, cuando llega a este estado avanzado, la materia activa de las placas está degradada de forma irreversible.

Balance Energético Batería-Alternador

Es la relación existente entre la capacidad de la batería y la capacidad de carga del alternador. Esta relación vendrá limitada por la capacidad de carga de este último, ya que depende de las revoluciones del motor y de la cantidad de consumibles eléctricos del vehículo activos. Los que más consumen son el motor de arranque, la luneta térmica, los calentadores de arranque (en motores diésel) y los sistemas de audio de alta potencia.

• Balance positivo: El alternador genera la suficiente corriente para alimentar todos los consumidores activos y, además, cargar la batería.
• Balance negativo: El alternador no es capaz de generar la corriente suficiente para todos los consumidores activos y para cargar la batería simultáneamente. En este caso, la batería suple la diferencia, descargándose.

Funciones Principales de la Batería

• Suministrar la corriente necesaria para el motor de arranque, el sistema de encendido y la inyección durante la puesta en marcha del motor del vehículo.
• Alimentar los accesorios eléctricos del automóvil cuando el motor está parado.
• Suministrar la corriente eléctrica adicional cuando el consumo eléctrico total supera la capacidad de generación del alternador en un momento dado.
• Actuar como un estabilizador de tensión, atenuando los picos y fluctuaciones de voltaje en el sistema eléctrico del vehículo.

Componentes de una Batería de Coche

• Separadores: Tienen la misión de aislar eléctricamente las placas positivas de las negativas para evitar cortocircuitos internos, permitiendo al mismo tiempo el flujo del electrolito.
• Rejillas: Tienen la doble función de servir como soporte estructural para la materia activa (plomo esponjoso en placas negativas, dióxido de plomo en positivas) y de conducir la corriente eléctrica generada hacia los bornes.
• Contenedor: Caja fabricada generalmente en un termoplástico resistente a los ácidos (como el polipropileno), dividida internamente en 3 o 6 compartimentos estancos (vasos) mediante separadores. En cada uno de estos vasos se aloja un conjunto de electrodos (placas positivas y negativas).
• Placas: Forman los electrodos positivos y negativos donde se produce la reacción química. Están compuestas por las rejillas recubiertas de materia activa.
• Bornes: Terminales metálicos (generalmente de plomo o aleación) positivo (+) y negativo (-) que se usan para conectar la batería al sistema eléctrico del vehículo y transmitir la energía.
• Electrolito: Solución de ácido sulfúrico y agua destilada que actúa como medio conductor y participa activamente en la reacción química reversible de carga y descarga.
• Válvulas (en baterías selladas VRLA): Permiten la salida controlada de los gases (hidrógeno y oxígeno) que pueden formarse durante la carga o por sobrecarga, manteniendo una presión interna segura. En baterías convencionales con tapones, estos permiten la ventilación.

Características Eléctricas de la Batería

Capacidad (Ah)

Se mide en Amperios-hora (Ah) e indica la cantidad de corriente (en Amperios) que una batería completamente cargada puede suministrar durante un período determinado (generalmente 20 horas) hasta descargarse a un voltaje específico. Esencialmente, representa la cantidad de energía eléctrica que puede almacenar.

Tensión Nominal (V)

Las baterías de los coches convencionales (no híbridos/eléctricos puros con sistemas de alto voltaje) utilizan baterías con una tensión nominal de 12 Voltios (12V). Si se necesitara mayor tensión, se acoplarían baterías en serie (por ejemplo, en camiones o vehículos industriales es común usar dos baterías de 12V en serie para obtener 24V). La tensión nominal viene determinada por el número de vasos (celdas) conectados en serie dentro de la batería (cada vaso tiene aproximadamente 2.1V).

Tensión en Reposo (Voltaje de Circuito Abierto - OCV)

Es el valor de tensión que se mide entre los bornes de la batería cuando no está conectada a ninguna carga ni está siendo cargada (en reposo). Se utiliza para determinar el estado de carga (SoC) de la batería. Esta medición debe realizarse idealmente cuando el electrolito está a una temperatura estable (aprox. 20-25°C) y la batería ha reposado varias horas tras su uso o carga. Una batería de 12V completamente cargada suele mostrar un OCV de 12.6V o superior.

Tensión entre Bornes (en Carga/Descarga)

Una batería ideal se considera una fuente de fuerza electromotriz (f.e.m.) que mantiene una diferencia de potencial constante. Sin embargo, una batería real tiene resistencia interna, por lo que la tensión medida entre sus terminales varía: disminuye durante la descarga (cuanto mayor es la corriente, más cae la tensión) y aumenta durante la carga (siendo superior a la f.e.m.). Durante el funcionamiento normal del vehículo con el motor en marcha, la tensión del sistema (y por tanto, en bornes de la batería) suele estar entre 13.8V y 14.4V (tensión de carga del alternador).

Tensión de Gasificación

Es el valor de tensión de carga a partir del cual la electrólisis del agua en el electrolito se acelera significativamente, produciendo hidrógeno en las placas negativas y oxígeno en las positivas. Estos gases son evacuados al exterior en baterías convencionales o recombinados internamente en baterías VRLA. Ocurre típicamente por encima de 14.4V a temperatura ambiente.

Intensidad de Arranque en Frío (CCA - Cold Cranking Amps)

Este factor indica la capacidad de la batería para suministrar una gran corriente durante un corto período, esencial para el arranque del motor, especialmente en condiciones de frío. Se define como la corriente máxima (en Amperios) que una batería nueva y completamente cargada puede suministrar durante 30 segundos a -18°C (0°F) sin que la tensión descienda por debajo de 7.2V (para una batería de 12V). Un valor CCA más alto indica una mayor potencia de arranque.

Gestión del Consumo Eléctrico

Debido a la gran cantidad de consumidores eléctricos que puede llegar a tener un vehículo moderno, la demanda de energía eléctrica puede superar la capacidad del alternador en ciertas condiciones, y la gestión del estado de la batería se vuelve crucial. En vehículos con alta demanda o sistemas Start-Stop, puede resultar insuficiente una sola batería convencional o requerirse tecnologías específicas (EFB, AGM) y sistemas de gestión más avanzados.

Para optimizar el uso de la energía y asegurar la capacidad de arranque, muchos fabricantes incorporan una unidad de control de gestión de energía (a veces llamada sensor inteligente de batería - IBS, o integrada en la BCM). Esta unidad monitoriza el estado de la batería (tensión, corriente, temperatura, estado de carga SoC, estado de salud SoH) y puede gestionar la carga del alternador y desconectar consumidores eléctricos no esenciales si detecta un nivel bajo de carga, priorizando siempre la capacidad de arranque del motor y el funcionamiento de los sistemas críticos.