Un giro de tuerca

En otro lugar, tuve una excelente discusión sobre cómo funcionan los alternadores con múltiples bancos de baterías y aisladores. No es completamente complicado, pero se necesitan muchas palabras para tratar de explicar y tener sentido. Después de buscar buenas ilustraciones en Internet y no encontrarlas, terminé preparando las mías y quise limpiar mi respuesta después, ampliarla y hacerla un poco más fácil de leer.

El TL muy tonto;Resumen de DR con múltiples bancos de baterías en diferentes estados de carga es que su sistema eléctrico automático es muy socialista. “De cada (alternador) según su capacidad, a cada (batería) según sus necesidades.”Esto es cierto con pequeños ajustes, ya sea que su aislador sea un relé o un diodo, también.

¿Qué sucede exactamente cuando un alternador carga dos baterías?

En una situación en la que tiene una batería auxiliar conectada a su batería de arranque con un aislador intermedio, ¿cómo reacciona el regulador del alternador? Supongamos que la batería de arranque está a plena carga (12.7 v) y la batería auxiliar está a media carga(12.0 v)

Según tengo entendido, el regulador vería un voltaje de algo entre los dos, digamos 12.3 v y continuaría poniendo un alto voltaje en lugar de cargarlo por goteo para evitar daños.

¿Mi entendimiento está completamente apagado?

…

Digamos que la batería de arranque es del 95% y la batería de la casa es del 50%. Para que la corriente llegue a la batería de la casa, tendría que pasar a través de la batería de arranque. Y dado que la batería de arranque sigue teniendo una capacidad inferior a la que da el alternador, ¿cómo es que no absorbe nada?

Esta pregunta surgió porque dejé la ventilación del calentador del automóvil en el ajuste más bajo durante días y no me di cuenta. Por lo general, el salpicadero muestra la aguja de carga ligeramente inclinada hacia la “Carga” cuando conduzco. Esta vez, con la batería de arranque medio agotada, estaba emitiendo mucha más corriente. Lo que noté fue que también cargaba la batería de mi casa mucho más rápido.

Después de una pequeña discusión, obtuve un poco más de buena información del póster original. Tiene un 88 Econoline con un relé de aislamiento de batería de fábrica y un alternador, por lo que pude preparar ilustraciones que eran al menos razonablemente específicas para un vehículo en particular.

Originalmente quería tomar un par de ilustraciones para que tuviera un poco más de sentido, pero después de revisar Internet para ver si alguien ya tenía las ilustraciones correctas, nadie lo hizo. No es de extrañar que nadie entienda cómo funcionan estas cosas. Puedes encontrar ilustraciones durante todo el día del voltaje de la batería durante la carga o descarga, pero nunca encontré una tabla de voltaje (a un nivel específico de carga), ya que cambia dependiendo de cuánta corriente estés ingresando o sacando justo en ese momento, que es lo que necesitas para entender esto.

Hice suficiente caza para asegurarme de que mi información fuera correcta, y solo hice mis propias ilustraciones después del trabajo una noche.

¿Cómo funciona cada pieza del sistema por sí sola?

Antes de que todo esto tenga sentido, debe poder ver cómo actúa cada pieza bajo diferentes cargas eléctricas, pero hay muchas variables que cambian las cosas. Estas ilustraciones no son* precisas * para ninguna configuración en particular, pero son “más o menos correctas” para el alternador 2G de serie y la batería de arranque que obtienes en un E-150 de alrededor de 1987-1994, y con suerte lo suficientemente buenas para explicar el concepto.

Alternador

La mayoría de los gráficos muestran la corriente de salida máxima que puede obtener dependiendo del alternador o la velocidad del motor, lo que realmente no nos ayuda mucho. Lo que realmente necesita ver es lo que hará su alternador a una velocidad de crucero fija a medida que aumenta la carga en él.

A velocidad de crucero, puede ver que la salida de voltaje de su alternador es en su mayoría plana hasta algún lugar alrededor de su salida nominal, y en algún lugar después de eso, a medida que carga más, el voltaje que puede apagar disminuye. Para la parte plana del gráfico, el regulador de voltaje está elevando el campo en el alternador para mantener el voltaje arriba. Una vez que el campo está a plena potencia, eso es todo lo que tiene, y el voltaje cae rápidamente después de eso a medida que aumenta la demanda de corriente.

Esto cambia a medida que cambia el régimen del motor. Al ralentí, con el anteronador girando solo alrededor de 2000 RPM (generalmente alrededor de 3 veces la velocidad de la manivela), el punto de corte se mueve mucho más a la izquierda. En cruise, la mayoría de los Ford tendrán el alternador girando entre 4,000-6,000 RPM, y esto es probablemente bastante representativo de eso. Si está haciendo funcionar el motor más rápido, empuja el corte más a la derecha, pero no tanto; llega a un punto en el que toda la resistencia en los componentes básicamente gana sobre girar el alternador más rápido. La mayoría de los alternadores Ford son buenos para alrededor de 16,000-18,000 RPM antes de que las cosas comiencen a romperse.

Esta curva no es precisa ni se basa en datos de prueba reales, porque desafortunadamente no tengo ninguno y no pude encontrar ninguno. Este se basa en información para alternadores excitados por separado disponibles en textos de ingeniería, y modificado con la adición del comportamiento apropiado para tener un regulador de voltaje. Así que sí, estoy seguro de que así es como se ve la curva, pero al mismo tiempo, no, no estoy seguro de un solo número exacto en este gráfico, ya que lo he ajustado por globo ocular. ¿Alguien quiere juntarse y hacer un banco de pruebas de alternadores para que podamos obtener números reales?

Batería de arranque

Lo siguiente es lo que hace la batería de arranque en diferentes niveles actuales.

Esta fue la parte difícil de encontrar, y terminé extrayendo esta información de algunas cartas de baterías realmente buenas elaboradas por un tipo de barco para la revista Home Power. Estos gráficos de batería están al menos basados en datos experimentales de alguien, por lo que son un poco más precisos que el gráfico de alternador que tengo arriba. Para obtener este gráfico, esencialmente tomé el gráfico en la última página del documento vinculado, y tomé los valores en un “segmento” en un estado de carga específico (90% para esta primera curva), luego ajusté para el tamaño de la batería.

Todo en esa curva cambia tanto con el tamaño de la batería como con la descarga, por lo que he hecho una para cada una de las diferentes situaciones que necesitaríamos examinar para comprender cómo funcionan juntos los aisladores y los múltiples bancos de baterías. Para esta primera, se supone que se trata de una batería de plomo ácido de 75 Ah (básicamente la batería del Grupo 65 en una Econoline).

Al mirar a la izquierda de cero en la parte inferior, esa es la corriente de descarga, con la batería suministrando energía. A la derecha está la corriente de carga, con la alimentación puesta en su batería. Lo que se puede leer aproximadamente fuera de este gráfico es el voltaje. Este gráfico tiene aproximadamente los números de voltaje correctos para que su batería de arranque esté cargada al 90%, lo cual es bastante normal para solo haber encendido una camioneta que está sentada por un rato.

La parte menos precisa de estos gráficos es aproximadamente 0 corriente. El comportamiento de la batería de plomo ácido es muy “difuso” en esta área, y el voltaje depende de muchas otras cosas, así que no preste mucha atención a la línea que conecta las corrientes de “carga” y “descarga” más bajas; no significa mucho allí.

El sistema más simple: Un alternador, una batería de arranque

Carga baja

Ahora, veamos la primera y más simple combinación, solo su alternador y su batería de arranque. Justo después de encender la camioneta, el alternador se activa hasta 14-14, 5 V aproximadamente. La bomba de combustible y la electrónica de su camioneta tardan tal vez 30 A en funcionar, por lo que su sistema probablemente estará alrededor de 14.2 V, primero debe “adivinar” para averiguar esto, y luego regresar y sumar las cosas para ver si su conjetura fue correcta.

Lo que es importante ver es que la batería y el alternador están unidos, por lo que *tienen* que estar al mismo voltaje. A 14,2 V, su alternador puede apagar aproximadamente 42 A, y su batería “quiere” un valor de carga de aproximadamente 7 A, por lo que 14,2 V sería correcto si el resto de su sistema exige aproximadamente 35 A en ese momento. Bastante cerca, pero tal vez no sea una buena suposición como podemos hacer, porque las corrientes no se equilibran del todo: su automóvil y la batería quieren 37A juntos, y el alternador quiere apagar 42A, así que estamos un poco apagados.

Puedo saltarme un paso y decir que 14.3 V funciona demasiado alto, así que intentemos a mitad de camino a 14.25 V. A ese voltaje, la batería de arranque quiere 7.5 A, y la camioneta todavía quiere que 30A funcione, y el alternador quiere apagar 35A. Eso está bastante cerca, dentro de un par de amperios, así que llamaría a 14.25 la respuesta. Probablemente sea un poco demasiado preciso teniendo en cuenta lo manipulados que están los gráficos.

Carga media

Ahora con ese simple combo de un alternador/una batería, encendamos los faros y encendamos el ventilador a un nivel bajo; ahora diremos que hemos elevado nuestra carga de la camioneta a 50A. Adivinemos 14.1 V para el voltaje del sistema. Mirando el gráfico de baterías, la corriente de carga de la batería probablemente caerá a más como 6.5 A a ese voltaje, por lo que su carga total ahora es de aproximadamente 56.5 A. El gráfico del alternador dice que está emitiendo aproximadamente 56 A a ese voltaje, ¡así que nuestra suposición fue buena! Los 56A que salen del alternador se dividirán en unos 50A que van a la camioneta y 6A que van a la batería.

Carga alta

Está bien, es hora de sobrecargar el alternador. Enciende la calefacción en max (esos sopladores dibujan alrededor de 20A en max), enciende el aire trasero y, tal vez, los asientos con calefacción. Pon los limpiaparabrisas, pon todo en marcha. Ahora tenemos alrededor de 90A de demanda en el sistema. Eso es mucho más de lo que el alternador puede apagar por sí solo a más de 12 V, por lo que si confías en el gráfico ligeramente ficticio que hice, tu alternador solo puede apagar aproximadamente 11.5 V con esa carga.

¡Batería al rescate! Todavía está conectado, y si estuviera en realidad a 11,5 V, ¡realmente estaría sacando algo de jugo! Lo que realmente va a suceder es que el sistema se asentará en cualquier voltaje que la corriente de salida de la batería y el alternador sumen a 90A.

Mirando el gráfico, eso me parece de aproximadamente 12.4 V. A 12,4 V, su alternador aún puede arrancar 83A, y su batería apagará los 7A restantes.

El sistema Simple TL;DR

Elegí la situación simple primero porque esta tiene que tener sentido antes de que pueda entender lo que sucede cuando agrega un segundo banco de baterías con una carga diferente. En este simple ejemplo, ya tiene dos cosas que pueden apagar la energía (alternador y batería) que tienen que “decidir” cómo compartir la carga. La cosa es que en realidad no es una “decisión”.”Cada cosa tiene su propio comportamiento natural que el gráfico intenta dar sentido, y el sistema tiene una “ley natural”, que es que el voltaje para todas las piezas que estamos mirando siempre será el mismo (porque están conectadas directamente). Por lo tanto, el alternador y la batería aumentarán o disminuirán la salida hasta que el voltaje se estabilice entre ellos. Es un acto de equilibrio físico.

Agregar un banco de baterías AUX/Casa

Carga baja del vehículo, carga de batería auxiliar del 50%

Ahora, volvamos al primer ejemplo donde acaba de arrancar la camioneta y tiene una carga razonable del sistema de 30A, pero ahora agregamos las baterías de su casa. Digamos que su banco de baterías es de 200Ah, equivalente a casi tres de las baterías de arranque en tamaño – quiero exagerar un poco las cosas para que sea más fácil ver el efecto en los diferentes gráficos. El banco de baterías solo está cargado al 50% cuando el relé del aislador lo conecta al alternador y a la batería de arranque, por lo que su gráfico se ve así.

La forma es muy similar, pero las corrientes son mucho más grandes (porque el banco es más grande) y los voltajes son más bajos (porque el banco está medio descargado). El sistema de tu camioneta todavía quiere que alrededor de 30A funcione con sus propias cosas.

Así que ahora, con ese relé aislador conectado, la ley de” todos los voltajes son los mismos ” se aplica a las tres piezas. Para averiguar qué va a hacer, tengo que adivinar un voltaje de nuevo para empezar. Puedo hacer una suposición educada y decir que tal vez el sistema funcione a 13.5 V, lo que se ve bastante cerca. Veamos, a 13.5 V, nuestro alternador emite aproximadamente 76A, y nuestra demanda es de 30A (de la electrónica del automóvil) más aproximadamente 3A (lo que la batería pequeña mayormente cargada quiere a ese voltaje) y la friolera de 65A que nuestro hambriento banco de baterías quiere a ese voltaje. Eso es una carga total de 98A, mucho más de lo que el alternador está apagando, ¡así que obviamente he adivinado mal!

Si lo intento de nuevo, sale más cerca, a las 13.4V, la carga es de 30A, todavía alrededor de la batería de arranque de 3A (un cambio demasiado pequeño para decirlo en la tabla), pero hasta aproximadamente 40A en el banco de baterías. El alternador también puede apagar unos pocos amplificadores más. Así que la carga baja a 73A, y la capacidad del alternador sube hasta quizás 77. Básicamente, estamos cerca de allí; 13.4 V es lo más preciso que podemos obtener con estos gráficos.

Con ese ejemplo, puede ver realmente cómo se divide la energía entre los dos bancos de baterías. La batería de arranque no necesita mucho; está demasiado lleno para cargar mucho más a un voltaje tan bajo, y el voltaje sigue siendo demasiado alto para que se descargue en absoluto. Mientras tanto, su banco de baterías aux está hambriento, y solo va a absorber corriente hasta que baje el voltaje del alternador a un nivel donde se está satisfaciendo. A medida que aumenta la corriente, el voltaje del alternador disminuye, y a medida que disminuye el voltaje, el “hambre” de la batería auxiliar disminuye, por lo que se encuentran en el medio.

Carga baja del vehículo, carga de batería auxiliar del 50%

Ahora, para ver qué estaba pasando con su equipo el otro día cuando su banco auxiliar estaba realmente caído, aquí hay una curva para su batería auxiliar con solo 20% de carga.

Esta es una diferencia suficiente para comenzar a succionar el jugo de su batería de arranque, tal como lo vio, aunque todavía no mucho.

Voy a adivinar 12.7 V primero. A 12.7 V, su alternador está apagando alrededor de 82A, su batería de arranque en realidad está apagando alrededor de 1A. Su camioneta todavía quiere que 30A funcione, y su batería auxiliar quiere absorber un total de 50A. Esa es probablemente una buena suposición del voltaje, estamos a un par de amperios de todo lo que suma. 83A más o menos del alternador y la batería de arranque, y 50 de ellos van a recargar el banco auxiliar.

Puedes ver dónde incluso pequeños cambios en mis conjeturas sobre la creación de esos gráficos harían que sea más difícil extraer de tu batería de arranque.

• Si su aux tuviera menos del 20% de carga restante, definitivamente tiraría mucho más fuerte de la batería de arranque, ya que su alternador está completamente al máximo.
• Mi” curva del alternador ” también podría haber sido generosa para ese alternador de más de 70A, ya que acabo de preparar esa parte de la curva “a simple vista” hasta que se veía bien. A diferencia de las baterías, no tengo buenos datos duros para eso, solo suficiente conocimiento básico de cómo funciona para elaborar un gráfico.
• El menor aumento de carga de la camioneta en sí vendrá casi directamente de su batería de arranque ahora, con una disminución de la corriente de carga de la batería doméstica. El alternador está casi completamente al máximo, por lo que si apaga los calentadores para 10A (para un total de 40A para la camioneta), el voltaje cae un poco a 12.68 V, su alternador aún produce aproximadamente 82A, la batería de arranque se apaga aproximadamente 2A y su corriente de carga auxiliar cae a solo 44A (para una carga total de 84A). No suena como mucho, pero los amperímetros en los guiones de Ford son realmente muy sensibles, y definitivamente lo verías como un tic de aguja muy notable.

Por otro lado, esto demuestra por qué no debe preocuparse demasiado por un aislador de relés que haga que sus baterías auxiliares “agoten” su batería de arranque cuando el automóvil está en funcionamiento. Tienes que drenar las baterías de tu casa antes de que empiecen a sacar corriente de tus baterías de arranque, e incluso entonces, es un pequeño goteo.

Al mismo tiempo, puede ver cómo recargar las baterías de la casa con una carga realmente baja realmente funciona el moco del alternador. No es un buen papel para salir barato.

¿Qué pasa con un aislador de diodos?

Un aislador de diodos cambia las cosas, y no siempre de una buena manera. Garantiza que el banco de su casa no retirará el cargo directamente de su banco inicial cuando esté corriendo. Sin embargo, como se puede ver en los ejemplos anteriores, eso no es realmente un gran riesgo, incluso con un simple relé.

Lo que definitivamente hace un aislador de diodos es cambiar la forma de la curva del alternador. Los diodos tienen lo que se llama una “caída de voltaje hacia adelante” cuando están funcionando. Esto es básicamente una pérdida de voltaje fija cuando la corriente fluye. Entiendo que para la mayoría de los diodos de alternador esto es de aproximadamente 0.9 V.

Para compensar esto, el cable de “detección de voltaje” para su regulador de voltaje todavía está conectado en la batería de arranque, en el lado posterior del diodo (no lo conecte en el lado auxiliar de la batería). Si su regulador quiere 14.2V, va a poner el campo en el alternador más alto, hasta que el alternador esté emitiendo 15.1 V. Esto producirá 14.2 V en el lado aguas abajo de ese diodo.

Esto afecta el rendimiento del alternador de tres maneras:

• Añade carga al alternador. Si está produciendo 50A, está perdiendo 45W cruzando el diodo, por lo que son otros 45W que el alternador tiene que apagar. Esto significa que su alternador siempre funcionará un poco más caliente.
• Reduce la salida del alternador donde el regulador alcanza el máximo. Porque se necesita fuerza de campo extra para suministrar el 0 extra.9V, su regulador se quedará sin la capacidad de agregar “patada” adicional a una corriente de salida más baja, por lo que se “caerá” la parte plana de la curva antes.
• Pierde voltaje en todas partes por encima de ese punto plano para una corriente dada, por lo que su rendimiento de carga cuando el alternador está al máximo disminuye de manera muy mensurable.

He creado otro gráfico que muestra este comportamiento. La curva general no es la más precisa, pero la diferencia en el rendimiento es bastante acertada.

La curva original del alternador está punteada. He estirado el gráfico un poco más alto para que las diferencias sean más fáciles de ver. Es un poco onduladas de 14 a 13V, pero en general está bien.

Como puedes ver, no hay mucha diferencia cuando tienes una carga baja. Sin embargo, una vez que haya agotado su campo, ¡vaya! Qué diferencia. El alternador que estaba clasificado en 67A probablemente estaría clasificado en alrededor de 58A ahora si se utiliza el mismo criterio. Pierdes casi 5A en todo el rango. Toda su energía perdida va a los 50W+ o así que su diodo se está comiendo.

Por eso me gustan los relés aisladores. Incluso con las corrientes muy altas que obtienes recargando un banco de 200 Ah que está drenado, puedo obtener un solenoide de servicio continuo que manejará la corriente por tops 40 como máximo. Prefiero gastar el dinero extra que pagaría por un aislador de diodos (aproximadamente 3 35 como mínimo extra para este tamaño de alternador) hacia un alternador mucho mejor en su lugar.

Entonces, ¿qué está pasando realmente aquí?

Nada en el sistema realmente sabe cómo distribuir la electricidad, cada pieza solo tiene sus propias características de rendimiento, y el sistema se “equilibrará” naturalmente a cualquier voltaje que haga que el suministro disponible (del alternador) satisfaga la demanda (de la electrónica del automóvil y los dos bancos de baterías).

Además, ¡los aisladores de diodos son el diablo! (Su kilometraje puede variar)