Reparación de baterías de alta tensión – averías en celdas o elementos

 En el post de hoy nos vamos a centrar en posibles averías que pueden surgir en las celdas o elementos de las baterías y qué comprobaciones realizar para encontrar los fallos. Las celdas pueden deteriorarse por alcanzar sus ciclos de carga completa o por problemas internos de los componentes químicos derivados de alcanzar temperaturas críticas tanto superiores como inferiores.

Si recordamos en post anteriores, dijimos que para la reparación de baterías es necesario disponer de útil de diagnosis, multímetro y pinza amperimétrica. En realidad la herramienta que mas vamos a utilizar es el multímetro o, en su defecto, también podemos utilizar un osciloscopio, pero hay que tener en cuenta las especificaciones de entrada y disponer de los atenuadores eléctricos adecuados para no dañarlo.

En el multímetro, lo que más vamos a usar en la batería es el voltímetro en corriente continua y escala de baja y alta tensión. Comprobar cual es el voltaje nominal de la batería HV ya que, generalmente, suelen tener 360 V pero algunos vehículos modernos pueden rondar los 800 V por lo que hay que mirar el voltaje máximo de nuestro multímetro.

Normalmente todos los elementos de batería están monitorizados por una o varias unidades BMS. Otras baterías disponen de interruptores RAD los cuales son de tipo normalmente cerrado y sus contactos se abren si los módulos o celdas se hinchan, por lo que en caso de fallo puede salir reflejado en memoria de averías de la unidad.

Una lectura con útil de diagnosis puede ayudar, pero puede que muestre que un módulo o elemento esté fallando y en realidad sea el cable de monitorización o fallo en la propia BMS, por lo que debemos comprobar siempre con voltímetro los elementos.

En caso de ser una batería con todos los elementos en un solo módulo o bloque, desconectaremos los puentes atornillados que unen en serie los elementos para realizar la medición individualmente.

En caso de conformar varios módulos, iremos desconectando todos los puentes entre módulos para aislarlos y realizar la medición de varios elementos a la vez, ahorrando tiempo. El voltaje de cada módulo dependerá del número de elementos conectados en serie.

A la hora de realizar la medición no hay misterio y es simple matemática. El voltímetro se colocan en paralelo con la punta roja en el positivo del elemento o módulo y la negra en el negativo. Cada elemento es de 3,6 V aproximadamente y cada módulo tendrá un voltaje que dependerá del número de elementos que contenga en serie. Por ejemplo:

Nissan Leaf: cada módulo contiene 2 elementos de 2 celdas dobles en serie .

(3,6 V X 2) X 2 = 14,4 V cada módulo.

Tesla model S: cada módulo contiene 6 elementos de 72 celdas en paralelo.

3,6 X 6 = 21,6 V cada módulo.

Renault Zoe: Cada módulo contiene 8 elementos con 2 celdas en paralelo.

3,6 X 8 = 28,8 V cada módulo.

El voltímetro tendría que dar un valor aproximado al voltaje nominal, pero hay que tener en cuenta que una celda totalmente cargada rondará los 4,2 V y descargada los 3,2 V.

En caso de los módulos, es mejor medirlos individualmente, anotar los valores de medición y ver qué módulo da un valor de tensión un poco desviado. Una vez localizado el módulo afectado, desmontarlo para medir cada elemento individualmente.

Una diferencia de tensión de aproximadamente 1 V en uno de los elementos puede indicar que está dañado. Recordar que cualquier elemento por debajo de 3 V ha realizado una descarga profunda y se debe sustituir y un elemento con valor superior a 4,3 V se considera sobrecarga.

Independiente del voltaje que tengan, si se observa que un elemento está hinchado también es síntoma de avería.

En Europa, los fabricantes no suelen disponer de un catálogo de componentes de batería HV, ya que suelen sustituir la batería completa o porque no hay una rotación de recambios suficiente por el bajo número de vehículos circulando y las baterías se pueden sulfatar.

En estos casos debemos recurrir al mercado de ocasión, ya sea la compra de elementos o módulos por separado o comprar la batería completa para disponer de muchos otros componentes para recambio.  

Algunas empresas se dedican a la regeneración de baterías las cuales cargan y descargan las celdas para intentar recuperarlas y poder volver a utilizarlas. También existen cargadores que realizan esta función para lograr balancear las celdas y reutilizarlas. Esto supone un coste y en realidad es realizar una reparación provisional, ya que a la larga, el vehículo volverá al taller. El elemento recuperado fallará porque desde un primer momento ya tenia síntomas de estar deteriorado.

Otra forma de observar si un elemento está averiado es por la temperatura. Los elementos averiados tienden a aumentar su temperatura en el funcionamiento. Con una cámara térmica o una pistola láser de temperatura se puede medir la temperatura de los elementos o módulos mientras están trabajando. Si un elemento se calienta de forma anómala y los otros mantienen una temperatura similar, ese elemento puede estar averiado.

En algunos casos, las celdas deterioradas se pueden vender o dar a empresas que realizan la regeneración de baterías. Puede que esa celda no soporte la intensidad de descarga de un vehículo eléctrico, pero pueden servir para baterías estacionarias para almacenar y posteriormente entregar la energía eléctrica procedente de placas solares en una instalación fotovoltaica, dándoles una segunda vida.

Recordad que si se sustituye un elemento por uno de ocasión o desguace, este tiene que estar cargado. El vehículo puede detectar que ese elemento no está al mismo voltaje que los demás y el fallo puede persistir. Para ello hay que tener disponible un cargador adecuado para realizar una carga individual antes de montarlo.

Puede que existan más averías como celdas abiertas con el electrolito interno saliendo de su cofre y alguna más pero generalmente suele ser temas relacionados con los voltajes.

En el siguiente post veremos averías en los sensores, fusibles y relés contactores.