Batería de servicio y alternador

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El automóvil con motor térmico en sus inicios ya necesitaba de la electricidad para producir la chispa en la bujía (el motor diésel llegó bastante después), y enseguida se implantaron más sistemas que la utilizaban como energía, entre estos el motor de arranque llegó en 1913, y con el paso del tiempo aumentaron los complementos eléctricos.

Para el circuito eléctrico del automóvil se necesitan algunos elementos principales, como son; la batería, el motor de arranque y el generador de electricidad con el motor en marcha.

La batería es el almacén de electricidad para aportarla si se necesita con el motor parado, el motor de arranque usa la electricidad de la batería para poner en marcha el motor térmico, y el generador produce electricidad con el motor en marcha para recargar la batería y suministrar la que el automóvil necesite para su funcionamiento.

En este enlace a otro artículo tienes información adicional sobre los temas que vamos a ver y además explica la corriente alterna y continua, utilizaremos dos vídeos de ese artículo para reforzar el contenido al explicar la dínamo y el alternador.

Dínamo y batería con electrólito líquido y mantenimiento periódico; motor parado y arranque

El coche que se ve de frente en las imágenes en un Renault 4L, que utilizó la dínamo casi hasta finales de 1970, y se representan estos contenidos:

  • Batería de servicio con mantenimiento; se ha de revisar periódicamente el nivel del electrólito líquido y reponer agua desmineralizada si está bajo
  • En el borne + de la batería hay tres cableados; uno llega al contactor de arranque para accionar la puesta en marcha del motor, otro representa el suministro a los demás consumidores eléctricos del automóvil, circuito eléctrico, y el tercero está conectado a la dínamo a través del disyuntor
  • El borne – de la batería está conectado a la carrocería metálica del coche, es la masa (algunos automóviles tienen conectado a masa el borne +)
  • La dínamo es accionada por el motor térmico, cuando está en marcha, mediante una correa de arrastre
  • La corriente generada por la dínamo es continua, como la de la batería
  • El testigo de batería se ve integrado en el velocímetro (no tiene cuenta RPM); apagado indica que la batería está cargando y encendido que no carga o hay incidente
  • El disyuntor controla el circuito del polo + de la dínamo a la batería; si está abierto no hay comunicación y si se cierra si la permite
  • El borne – de la dínamo está conectado a masa
  • El motor de arranque está acoplado junto al volante motor, al que puede mover al engranar su piñón con el dentado exterior del volante cuando recibe electricidad por el polo +, el – está conectado a masa

Imagen de la izquierda; contacto puesto y motor parado:

  • Batería en reposo; en realidad al estar puesto el contacto habrá algún consumo eléctrico
  • Testigo de batería encendido; no hay carga
  • Disyuntor abierto
  • Si se solicita consumo eléctrico lo aporta la batería

Imagen de la derecha; arranque del motor:

  • Está accionado el contactor de arranque; llega electricidad de la batería al motor de arranque que hace girar al motor térmico al engranar con el dentado del volante motor
  • Hay gran descarga de la batería por el consumo del motor de arranque
  • Testigo de batería encendido; no hay carga
  • Disyuntor abierto
  • Si se solicita más consumo eléctrico lo aporta la batería

Imagen central de la batería de servicio de 12V con mantenimiento:

  • Se ven los seis vasos de la batería, cada vaso tiene dos placas, + y –, que se conectan a los bornes + y – de la batería
  • Para su funcionamiento las placas han de estar sumergidas en electrólito líquido, compuesto de ácido sulfúrico diluido en agua desmineralizada
  • Con el uso parte del agua desmineralizada se evapora y ha ser restituida en las revisiones periódicas, para lo que se cuenta con tapones sobre cada vaso
  • Si el electrólito no cubre las placas de algún vaso se pierde capacidad eléctrica y se llegan a deteriorar al secarse y desprenderse el material, pudiendo quedar inoperantes

Dínamo y batería con electrólito líquido y mantenimiento periódico; motor parado y arranque

Dínamo y batería con electrólito líquido y mantenimiento periódico; motor en marcha a menos y más de 1.500 RPM

Seguimos con el mismo coche ahora ya con el motor en marcha en dos distintas situaciones, y vemos las actuaciones de los diversos elementos que intervienen en cada imagen.

Como este automóvil no tiene cuenta RPM, se representa que a va a menos o más de 1.500 RPM circulando a baja o más velocidad.

Imagen de la izquierda con el motor a menos de 1.500 RPM:

  • Batería en descarga, pues es la que aporta la electricidad que sea necesaria, ya que la dínamo no carga
  • Testigo de batería encendido; no hay carga
  • Disyuntor abierto; al llegar menos voltios de la dínamo girando que la que tiene la batería
  • A menos de 1.500 RPM la velocidad de giro de la dínamo no es suficiente para aportar carga a la batería

Imagen de la derecha con el motor a más de 1.500 RPM:

  • La batería se está cargando
  • El testigo de batería está apagado, al estar cargándose
  • Disyuntor cerrado; los voltios generados por la dínamo son superiores a los de la batería y se va cargando
  • A más de 1.500 RPM la velocidad de giro de la dínamo permite producir más voltios que los de la batería, cargándola y suministrando la que necesite el circuito eléctrico

Con más tráfico en las ciudades que hace que se mantenga el motor a ralentí durante mucho tiempo, y la mayor cantidad de complementos eléctricos, se necesita generar más electricidad desde ralentí, por lo que la dínamo se sustituyó por el alternador.

Imagen central de la batería de servicio de 12V con mantenimiento:

  • El nivel de electrólito es bajo en cinco de los seis vasos
  • En el vaso tres desde la izquierda el nivel es tan bajo que la pérdida de carga es alta, también es algo bajo el nivel en otros vasos lo que aumenta la pérdida de capacidad aun más
  • Esta situación se debe a que no se han hecho los mantenimientos preconizados, y puede que la batería ya no sea recuperable cuando se aprecien los síntomas; dificultad de arranque del motor o incluso que no sea posible, y se deba sustituir la batería

Dínamo y batería con electrólito líquido y mantenimiento periódico; motor en marcha a menos y más de 1.500 RPM

Alternador y batería con electrólito líquido sin mantenimiento; motor parado y arranque

Utilizamos la imagen frontal de un Nissan Pathfinder (2005 a 2014) con alternador, que ya se utilizaba desde hacia bastantes años antes, con estos elementos:

  • Batería de servicio sin mantenimiento; no necesita en principio revisar el nivel del electrolito líquido, ácido sulfúrico diluido en agua desmineralizada, pues su tecnología permite que durante su vida útil prevista el consumo de agua no llegue a presentar problemas
  • No obstante se podría acceder a los tapones para completar el nivel si fuese preciso
  • En el borne + de la batería hay tres cableados; uno llega al contactor de arranque para accionar la puesta en marcha del motor, otro representa el suministro al circuito eléctrico de los demás consumidores, y el tercero está conectado al alternador a través del regulador y excitación de carga (EX)
  • El borne – de la batería está conectado a la carrocería metálica del coche, es la masa (algunos automóviles tienen conectado a masa el borne +)
  • El alternador es accionado por el motor térmico, cuando está en marcha mediante una correa de arrastre
  • La corriente generada por el alternador es alterna (van cambiando los polos de + a – alternativamente)
  • Como la batería solo se puede cargar con corriente continua se transforma a este formato la generada por el alternador antes de salir al exterior; por el polo + al + de la batería y el – está conectado a masa
  • El testigo de batería se ve integrado en el cuenta RPM; apagado indica que la batería está cargando y encendido que no carga o hay incidente
  • El regulador determina la cantidad de electricidad que genera el alternador, según la demanda, actuando sobre un circuito de excitación (EX)
  • Se ven dos cables, el de carga que va del + alternador al mismo borne de la batería y el de excitación (EX) que regula la cantidad de carga que genera el alternador
  • El motor de arranque está acoplado junto al volante motor, al que puede mover al engranar su piñón con el dentado exterior del volante cuando recibe electricidad por el polo +, el – está conectado a masa

Imagen de la izquierda; contacto puesto y motor parado:

  • Batería en reposo; en realidad al estar puesto el contacto habrá algún consumo eléctrico
  • Testigo de batería encendido; no hay carga
  • Regulador – excitación; inactivo o nula
  • Si se solicita consumo eléctrico lo aporta la batería

Imagen de la derecha; arranque del motor:

  • Está accionado el contactor de arranque; llega electricidad de la batería al motor de arranque que hace girar al motor térmico al engranar con el dentado del volante motor
  • Hay gran descarga de la batería por el consumo del motor de arranque
  • Testigo de batería encendido; no hay carga
  • Regulador – excitación; inactiva o nula
  • Si se solicita más consumo eléctrico lo aporta la batería

Imagen central de la batería de servicio de 12V sin mantenimiento:

  • Se ven los seis vasos de la batería, cada vaso tiene dos placas, + y –, que se conectan a los bornes + y – de la batería
  • Para su funcionamiento las placas han de estar sumergidas en electrólito líquido, compuesto de ácido sulfúrico diluido en agua desmineralizada
  • El nivel del electrólito sobre las placas es más alto que en la batería con mantenimiento, además hay más distancia entre la parte inferior de las placas y el fondo
  • Con el uso parte del agua desmineralizada se evapora, menos al haber válvulas de presión, además como hay más electrólito sobre las placas y mayor distancia al fondo hará falta más tiempo para la evaporación del agua y que baje tanto de nivel
  • Además, las placas tienen aditivos (calcio) para evitar que se desprenda materia aunque el nivel baje en exceso
  • Aunque los tapones no son accesibles desde el exterior, se puede abrir la placa que los oculta y rellenar con agua desmineralizada, aunque no es un mantenimiento previsto
  • Esta tecnología, que en realidad no evita la evaporación del agua desmineralizada aunque la reduce, lo que aporta es mayor duración de la batería sin que aparezcan síntomas de fallo

Alternador y batería con electrólito líquido sin mantenimiento; motor parado y arranque

Alternador y batería con electrólito líquido sin mantenimiento; a ralentí con poca o mucha demanda eléctrica

Mantenemos el mismo automóvil, ahora con el motor en marcha a ralentí con poca o mucha demanda del circuito eléctrico.

Imagen de la izquierda con el motor a ralentí y poca demanda eléctrica:

  • La batería está en carga
  • Testigo de batería apagado; hay carga
  • El regulador – excitador (EX) adapta la electricidad generada por el alternador a la demanda del circuito eléctrico del automóvil, que es baja
  • La cantidad de electricidad que genera el alternador determina su resistencia al giro, al ser baja la demanda no precisa mucho par motor que es proporcional al consumo de combustible

Imagen de la derecha con el motor a ralentí y mucha demanda eléctrica:

  • La batería está en carga, se representa más valor de carga
  • Testigo de batería apagado; hay carga
  • El regulador – excitador (EX) adapta la electricidad generada por el alternador a mayor demanda del circuito eléctrico del automóvil, que es alta, para generar más electricidad
  • La resistencia de giro del alternador es mayor y precisa mayor par motor, más consumo de combustible

Con el alternador que permite generar la electricidad necesaria se pueden incorporar más sistemas eléctricos sin que aparezcan defectos de funcionamiento del sistema eléctrico.

Imagen central de la batería de servicio de 12V sin mantenimiento:

  • Sigue en buen estado la batería sin mantenimiento durante la vida útil prevista, a lo que ayuda el alternador que hace que esté permanentemente cargada con el motor en marcha
  • Las mayores exigencias a la batería son las secuencias de arranque del motor, y algo si se utilizan consumidores eléctricos con el motor parado

En el texto complementario de la anterior diapositiva se explica esta batería sin mantenimiento.

Alternador y batería con electrólito líquido sin mantenimiento; a ralentí con poca o mucha demanda eléctrica

Alternador “inteligente”; solo carga al decelerar ¿es válida la batería tradicional?

Seguimos de momento con la imagen de base del Nissan Pathfinder, pues en el año 2014 ya estaba implantada la tecnología que vamos a explicar.

La denominación de alternador  “inteligente” es nuestra, se suele identificar esta tecnología como “recuperación de energía en frenada”.

Pero al funcionar cargando la batería al soltar el acelerador, se frene o no, y dejar de cargar al acelerar pensamos que lo de alternador “inteligente” es más indicativo de como actúa.

Los puntos 1 a 8 ya los hemos explicado, y se repiten los contenidos para quienes no hayan visto la anterior diapositiva:

  • 1. Batería de servicio sin mantenimiento; no necesita en principio revisar el nivel del electrolito líquido, ácido sulfúrico diluido en agua desmineralizada, pues su tecnología permite que durante su vida útil prevista el consumo de agua no llegue a presentar problemas. No obstante se podría acceder a los tapones para completar el nivel si fuese preciso
  • 2. En el borne + la batería hay tres cableados; uno llega al contactor de arranque para accionar la puesta en marcha del motor, otro representa el suministro al circuito eléctrico de los demás consumidores, y el tercero está conectado al alternador a través del regulador y excitación de carga (EX)
  • 3. El borne – de la batería está conectado a la carrocería metálica del coche, es la masa (algunos automóviles tienen conectado a masa el borne +)
  • 4. EL alternador es accionado por el motor térmico, cuando está en marcha mediante una correa de arrastre
  • 5. La corriente generada por la el alternador es alterna (van cambiando los polos de + a – alternativamente). Como la batería solo se puede cargar con corriente continua se transforma a este formato la generada por el alternador antes de salir al exterior; por el polo + al + de la batería y el – está conectado a masa
  • 6. El testigo de batería se ve integrado en el cuenta RPM; apagado indica que la batería está cargando y encendido que no carga o hay incidente
  • 7. El regulador determina la cantidad de electricidad que genera el alternador, según la demanda, actuando sobre un circuito de excitación (EX). Se ven dos cables, el de carga que va del + alternador al mismo borne de la batería y el de excitación (EX) que regula la cantidad de carga que genera el alternador
  • 8. El motor de arranque está acoplado junto al volante motor, al que puede mover al engranar su piñón con el dentado exterior del volante cuando recibe electricidad por el polo +, el – está conectado a masa
  • Se ven los tres pedales; acelerador, freno y embrague al ser un coche con caja de cambios manual

Imagen de la izquierda; motor acelerando:

  • Batería (tradicional sin mantenimiento); en descarga según la demanda de electricidad del circuito eléctrico
  • Testigo de batería apagado; no hay carga pero no es por fallo ya que este sistema no carga la batería al acelerar para reducir consumo de combustible, menos resistencia de giro del alternador
  • Regulador – excitación (EX); inactivo o nula
  • Todo el consumo eléctrico lo aporta la batería

Imagen de la derecha; motor decelerando (frenando o sin hacerlo):

  • Batería (tradicional sin mantenimiento); cargando mucho para recuperar el consumo eléctrico durante las aceleraciones
  • Testigo de batería apagado; hay carga. Se encenderá si hay fallos
  • Regulador – excitación (EX); mucha por la gran demanda del circuito eléctrico y carga de la batería descargada en aceleraciones
  • Todo el consumo eléctrico lo aporta el alternador, que ofrece más resistencia al giro, pero al estar en fase de deceleración no implica más consumo de combustible

Imagen central de la batería de servicio de 12V sin mantenimiento:

  • Se producen fuertes y frecuentes secuencias de descarga y carga, de gran intensidad, que no son soportadas por la batería tradicional sin mantenimiento, que se degradará prematuramente por lo que no es válida para circuitos eléctricos con alternador “inteligente”

En el texto complementario de otra diapositiva anterior se explica esta batería sin mantenimiento.

Alternador “inteligente”; solo carga al decelerar ¿es válida la batería tradicional?

Alternador “inteligente”; solo carga al decelerar con batería AGM (o similar)

Repetimos la explicaciones del alternador “inteligente” con batería capaz de soportar las exigencias de funcionamiento, con tecnología AGM (Absorbed Glass Material).

El coche que hemos elegido en un Range Rover de 2021:

  • Los puntos numerados ya los hemos explicado, y se repiten los contenidos para quienes no hayan visto las anteriores diapositivas
  • 1. Batería de servicio AGM; diseñada soportar frecuentes descargas y cargas rápidas de elevada intensidad sin que afecte a la duración prevista
  • 2. En el borne + la batería hay tres cableados; uno llega al contactor de arranque para accionar la puesta en marcha del motor, otro representa el suministro al circuito eléctrico de los demás consumidores, y el tercero está conectado al alternador a través del regulador y excitación de carga (EX)
  • 3. El borne – de la batería está conectado a la carrocería metálica del coche, es la masa (algunos automóviles tienen conectado a masa el borne +)
  • 4. El alternador es accionado por el motor térmico, cuando está en marcha mediante una correa de arrastre
  • 5. La corriente generada por la el alternador es alterna (van cambiando los polos de + a – alternativamente). Como la batería solo se puede cargar con corriente continua se transforma a este formato la generada por el alternador antes de salir al exterior; por el polo + al + de la batería y el – está conectado a masa
  • 6. El testigo de batería se ve integrado en el cuenta RPM; apagado indica que la batería está cargando y encendido que no carga o hay incidente
  • 7. El regulador determina la cantidad de electricidad que genera el alternador, según la demanda, actuando sobre un circuito de excitación (EX). Se ven dos cables, el de carga que va del + alternador al mismo borne de la batería y el de excitación (EX) que regula la cantidad de carga que genera el alternador
  • 8. El motor de arranque está acoplado junto al volante motor, al que puede mover al engranar su piñón con el dentado exterior del volante cuando recibe electricidad por el polo +, el – está conectado a masa
  • Se ven los dos pedales; acelerador y freno al ser un coche con caja de cambios automática

Imagen de la izquierda; motor acelerando:

  • Batería AGM en fuerte y rápida descarga según la demanda de electricidad del circuito eléctrico, asumida sin problemas por la batería
  • Testigo de batería apagado; no hay carga pero no es por fallo ya que este sistema no carga la batería al acelerar para reducir consumo de combustible, menos resistencia de giro del alternador
  • Regulador – excitación (EX); inactivo o nula
  • Todo el consumo demandado por el circuito eléctrico lo aporta la batería

Imagen de la derecha; motor decelerando (frenando o sin hacerlo):

  • Batería AGM cargando mucho para recuperar el consumo eléctrico durante las aceleraciones, perfectamente asumido sin fatiga adicional
  • Testigo de batería apagado; hay carga. Se encenderá si hay fallos
  • Regulador – excitación (EX); mucha por la gran demanda del circuito eléctrico y carga de la batería, que se ha descargado en aceleraciones
  • Todo el consumo eléctrico lo aporta el alternador, que ofrece más resistencia al giro, pero al estar en fase de deceleración no implica más consumo de combustible

Imagen central de la batería AGM:

  • El electrólito es retenido en fibra de vidrio, no es liquido, y no requiere ningún mantenimiento
  • Se producen fuertes y frecuentes secuencias de descarga y carga, de gran intensidad, que son soportadas sin inconvenientes por la batería AGM, que asume fuertes y rápidas descargas y cargas de alta intensidad
  • Dispone de un control de su estado de carga para mantenerse con suficiente capacidad de arrancar el automóvil más un porcentaje de seguridad, lo hemos representado didácticamente a la izquierda de la batería con diferentes posibles niveles de carga
  • En caso de que la carga no sea suficiente el alternador “inteligente” cargará también en aceleración hasta recuperar el valor de carga necesario

En la siguiente diapositiva se explican tres baterías de servicio de 12V con más detalle, la AGM que hemos incorporado, la EFB y la de ión – litio indicando para que utilizaciones son más adecuadas.

Alternador “inteligente”; solo carga al decelerar con batería AGM (o similar)

 

Batería para alternador “inteligente” y “stop & start”

El texto que sigue está en la diapositiva con algún complemento más.

Baterías de servicio de 12V EFB:

  • Es una evolución de las baterías de electrólito líquido sin mantenimiento mejor adaptada a usos más intensos
  • Sus siglas proceden de estas palabras en inglés; Enhanced Flooded Battery
  • Adecuadas para sistemas que hacen trabajar a la batería con cargas parciales durante largos periodos, sin necesitar poder soportar ciclos de gran intensidad y frecuentes de descargas y cargas, lo que ya las desestima para sistemas con alternador “inteligente”
  • Llevan poliéster en las placas + mejorando la efectividad y resistencia al uso, con cargas y descargas frecuentes medias y mantener sus cualidades con cargas incompletas
  • Responde bien a arranques del motor con cargas parciales y con mejor rendimiento lo que facilita sucesivas puestas en marcha del motor
  • Puede mantenerse con cargas parciales incompletas durante periodos sin funcionar el motor y arrancarle sin problemas
  • Su diseño encaja con las necesidades de los sistemas “stop & start”, pero no con alternador “inteligente”
  • El consumo de agua destilada es muy bajo, se puede rellenar abriendo la tapa precintada de los vasos
  • Tiene control de la carga para mantener siempre la suficiente para el siguiente arranque del motor, de no ser así anula temporalmente el sistema “stop & start”

Baterías de servicio de 12V AGM:

  • Sus siglas se derivan de su denominación en ingles; Absorbed Glass Material
  • Son idóneas para descargas y cargas muy intensas y frecuentes manteniendo excelente rendimiento durante su ciclo de vida previsto
  • Su diseño de electrólito en fibra de vidrío evita tener que hacer mantenimientos y durante su vida útil aporta más demandas de intensidad eléctrica y también de cargas
  • Tiene más presiones y ajustes entre sus componentes, y ventilación en un solo sentido, lo que mejora la fiabilidad y duración, aporta más estanqueidad, y soporta mejor las vibraciones además de poder asumir posiciones variables durante la marcha
  • Mejor capacidad de arranque que una batería convencional del mismo tamaño, lo que reduce el tiempo de puesta en marcha
  • Es adecuada para sistemas con alternador “inteligente”, “stop & start” y ambos sistemas combinados.
  • El sistema “stop & start” puede perjudicar más o menos en algunos casos al engrase del motor.

Batería de 12V de ión – litio:

  • No se utilizan para funciones de servicio en coches con motor térmico exclusivamente
  • Su aplicación es para coches microhíbridos como batería de suministro para el alternador – motor de arranque, alterno – arranque (incluye los vídeos de los enlaces al alternador “inteligente” y “stop & start”); el sistema alterno – arranque, además de la función de generador actúa como motor eléctrico al iniciar la marcha y aceleraciones ayudando al motor térmico
  • Hay otra batería de 12V de servicio para el circuito eléctrico del automóvil
  • Para el sistema microhíbrido se utiliza esta tecnología de alterno – arranque también con baterías de ión – litio de 48V

Batería de servicio de 12V de ión – litio:

  • Se utiliza en algunos automóviles eléctricos que obtienen la energía para su desplazamiento de baterías de ión – litio de más capacidad (del orden de 300V o más), sustituyendo a la batería de servicio tradicional, EFB o AGM de 12V

Baterías para alternador “inteligente” y “stop & start”

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