Bien, tomó un poco escribir una mejor respuesta. Prepárate, es una pared gigante de texto. No es completamente complicado, pero se necesitan muchas palabras para tratar de explicar y tener sentido.
Quería tomar un par de ilustraciones para que tuviera un poco más de sentido, pero pasé la mayor parte de mi tiempo comiendo en Internet para ver si alguien ya tenía las ilustraciones correctas, y nadie las tenía. No es de extrañar que nadie entienda cómo funcionan estas cosas. Hice suficiente caza para asegurarme de que mi información fuera correcta, y solo hice mis propias ilustraciones después del trabajo. Si tengo la oportunidad a finales de esta semana, tal vez pueda escribir esto mucho mejor en otro lugar, y ofrecerlo como referencia.
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 adecuadas» para el alternador de serie y la batería de arranque que obtienes en un E-150 de tu año, y con suerte lo suficientemente buenas para explicar el concepto.
En primer lugar, el 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 le pone más carga, 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.
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. Todo en esa primera curva cambia con el tamaño de la batería y la descarga, así que he hecho uno para cada una de las diferentes situaciones que necesitaríamos examinar para entender cómo funciona el aislador. Para esta primera, se supone que se trata de una batería de plomo ácido de 75 Ah (básicamente la batería del Grupo 65 en su Econoline). Al mirar a la izquierda de cero en la parte inferior, esa es la corriente de descarga, con la batería suministrando energía, y a la derecha está la corriente de carga, con la alimentación puesta en la 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 esté cargada al 90%, lo cual es bastante normal para solo haber encendido una camioneta que está sentada por un tiempo.
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 probablemente 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 45 A, y su batería «quiere» un valor de carga de aproximadamente 8 A, por lo que 14,2 V es correcto si el resto de su sistema exige aproximadamente 37 A en ese momento.
Ahora con ese combo simple, encendamos los faros y encendamos el ventilador a baja potencia, por lo que ahora elevamos nuestra carga de, digamos, 37A a 50A. A una salida de 50A, su alternador está a aproximadamente 14.1 V, pero su batería también quiere algo de carga, pero mirando la tabla de baterías, la corriente de carga de la batería probablemente se reducirá a más como 6A. Así que ahora su alternador está apagando 14.1 V para suministrar 50A al automóvil y 6A al batería.
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 o algo así. 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, y 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 establecerá a cualquier voltaje que la corriente de salida de la batería y el alternador sumen a 90A. Mirando el gráfico, eso me parece a unos 12,5 V. A 12,5 V, su alternador todavía puede arrancar 85A, y su batería apagará los 5A restantes.
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.
Ahora, volvamos al primer ejemplo en el que acabas de arrancar la camioneta y tienes una carga razonable del sistema de 30 A, pero ahora agregamos las baterías de tu 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 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 las 13.5V nuestro alternador emite aproximadamente 75A, 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 60A que nuestro hambriento banco de baterías quiere a ese voltaje. Es una carga total de 93A, más de lo que el alternador está apagando, así que obviamente me equivoqué. Si lo intento de nuevo, sale más cerca: A 13.4 V, la carga es de 30 A, todavía alrededor de la batería de arranque de 3 A (un cambio demasiado pequeño para decirlo), pero hasta aproximadamente 40 A 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 76-77. Básicamente, estamos cerca de eso; lo que realmente va a suceder será solo entre esos dos voltajes, pero nuestras gráficas no son lo suficientemente buenas como para ser locamente precisas.
Ahora, con ese ejemplo, puedes ver realmente cómo se divide la energía entre los dos bancos de baterías. La batería de arranque no necesita mucho, porque está demasiado llena para soportar mucho más a un voltaje tan bajo, y el voltaje sigue siendo demasiado alto para que se descargue. Su banco de baterías aux solo succionará la corriente hasta que baje el voltaje del alternador a un nivel donde se esté satisfaciendo.
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 la batería de arranque, tal como lo viste. Voy a adivinar 12,7 V primero. A 12,7 V, su alternador está apagando alrededor de 81A, 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. 82A 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.
TL;DR 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).