Baterías Eléctricas de Aeronave y Protección ante Fuga Térmica

Conceptos Básicos de Baterías

Las baterías convierten energía química en energía eléctrica.

• Capacidad: Medida en Amperios-hora (Ah). Representa la cantidad de carga que una batería completamente cargada puede suministrar.
  • Ejemplo: Una batería de 5 Ah puede suministrar 5A durante 1 hora, o 2.5A durante 2 horas.
  • La capacidad depende del tamaño físico de las placas de la batería (no del voltaje).
  • Conexión en Serie: El voltaje se duplica, la capacidad permanece igual.
  • Conexión en Paralelo: La capacidad se duplica, el voltaje permanece igual.

Comprobación de Estado

• Comprobación con Carga (On-Load Check): Una prueba aplicada para dar una mejor indicación del estado de la batería usando el voltímetro de la aeronave.
  • Requiere aplicar una carga (por ejemplo, luces, calefacción del pitot) durante un tiempo específico (10-20 segundos).
  • El voltaje debe permanecer estable y no caer por debajo de un valor específico.
  • Implica comparar voltajes con carga y sin carga.

Tipos de Baterías

Baterías de Plomo-Ácido

• Composición: Ánodo (Peróxido de Plomo), Cátodo (Plomo Esponjoso), Electrolito (Agua y Ácido Sulfúrico).
• Voltaje: 2V por celda con carga, 2.2V sin carga.
• Características:
  • Buen almacenamiento de energía pero pesadas.
  • Menor densidad energética.
  • La tasa de descarga disminuye con menor temperatura (la resistencia interna aumenta).
• Peligros: La sobrecarga hierve el electrolito, dañando las placas.

Baterías de Níquel-Cadmio (NiCd)

• Composición: Placas de Óxido de Níquel y Cadmio, Electrolito (Hidróxido de Potasio).
• Voltaje: ~1.2V por celda (permanece relativamente constante durante la descarga).
• Características:
  • Baja resistencia interna.
  • Amplio rango de temperatura de funcionamiento.
  • Riesgo de Fuga Térmica: Alto.
  • Ventilación: Requerida.

Iones de Litio (Li-ion) / Polímero de Litio (LiPo)

• Características: Alta densidad de energía.
• Peligros: Extremadamente susceptibles a Fuga Térmica (Thermal Runaway).
• Desgaste: El rendimiento se degrada con el tiempo; la resistencia interna aumenta, causando peor rendimiento bajo carga.

Fuga Térmica (Thermal Runaway)

Una reacción en cadena rápida e imparable donde un aumento en la temperatura cambia la resistencia interna, causando más generación de calor, lo que aumenta aún más la temperatura (bucle de retroalimentación positiva).

• Causas:
  • Cortocircuito Interno: Formación de dendritas, choque/impacto compresivo (daño físico), deformación.
  • Cortocircuito Externo.
  • Sobrecarga: Más allá del voltaje máximo.
  • Sobrecalentamiento: Durante la carga o debido a altas corrientes.
• Proceso: Descomposición del electrolito (reacción exotérmica) -> Aumento rápido de temperatura -> Liberación de energía almacenada -> Fuego/Explosión.
• Riesgo: Los incendios de Li-ion arden a miles de grados y son muy difíciles de extinguir. El fuego puede propagarse a celdas vecinas.
• Protección/Contención:
  • Cajas de Metal: Las baterías de Li-ion a menudo se alojan en cajas ventiladas hechas de acero galvanizado/inoxidable con aislamiento contra incendios para contener la fuga térmica.
  • Ventilación: Permite la disipación de calor y la liberación de gases inflamables.

Operaciones y Carga

• Método de Carga: La mayoría de las aeronaves usan Carga de Voltaje Constante.
  • El voltaje del generador excede el voltaje de la batería (por ejemplo, generador de 28V para una batería de 24V).
• Amperímetro: Conectado en serie. Una lectura positiva (por ejemplo, +24A) indica que la batería se está cargando.
• Pérdida de Potencia Generada: Si todos los generadores fallan, la energía eléctrica restante de la batería es limitada en el tiempo (típicamente 30 minutos para sistemas esenciales).
• Mercancías Peligrosas: Las baterías de litio de repuesto están restringidas/prohibidas en carga debido al riesgo de incendio.